Author: Покровский В.М. Коротько Г.Ф.
Tags: систематическая физиология биофизика, биохимия и физиология животных и человека медицина физиология
ISBN: 5-225-04729-7
Year: 2003
Text
Учебная литература для студентов
медицинских вузов
ФИЗИОЛОГИЯ
ЧЕЛОВЕКА
Под редакцией
В. М. Покровского,
Г.Ф.Коротько
Издание второе,
переработанное и дополненное
Рекомендован Департаментом образовательных
медицинских учреждений и кадровой политики
Министерства здравоохранения Российской
Федерации в качестве учебника для студентов
медицинских вузов
Москва
"Медицина"
2003
УДК 612.1/.8(075)
ББК 28.903
Ф50
Рецензенты:
В.Б. Брин, проф., зав. кафедрой нормальной физиологии Северо-
Осетинской Государственной медицинской академии;
С.А. Чеснокова, проф. кафедры физиологии Российского университе-
та дружбы народов.
Физиология человека: Учебник/Под ред. В.М. Покров-
Ф50 ского, Г.Ф. Коротько. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.:
Медицина, 2003. — 656 с., ил.: [2] л. ил. — (Учеб. лит.
Для студ. мед.вузов). ISBN 5-225-04729-7
Второе издание учебника (первое вышло в 1997 г. и трижды
стереотипно тиражировано в 1998, 2000 и 2001 гг.) переработано в
соответствии с последними достижениями науки. Представлены
новые факты и концепции. Авторы учебника — высококвалифици-
рованные специалисты в соответствующих областях физиологии.
Особое внимание обращено на описание методов количественной
оценки функционального состояния важнейших систем организма
человека. Учебник соответствует программе, утвержденной М3
России.
Для студентов медицинских вузов и факультетов.
ББК 28.903
ISBN 5-225-04729-7
© Коллектив авторов, 1997
© Коллектив авторов, 2003
Все права авторов защищены. Ни одна часть этого издания не может быть занесена
в память компьютера либо воспроизведена любым способом без предварительного
письменного разрешения издателя.
списек лвтвРвв
ПОКРОВСКИЙ Владимир Михайлович, д-р мед. наук, профессор, Кубан-
ская государственная медицинская академия
КОРОТЬКО Геннадий Феодосьевич, д-р биол. наук, профессор, Кубанская
государственная медицинская академия
Авдеев Сергей Николаевич, канд. мед. наук, Институт пульмонологии М3
России
Айсанов Заурбек Рамазанович, д-р мед. наук, Институт пульмонологии М3
России
Водолажская Маргарита Геннадиевна, д-р биол. наук, профессор, Ставро-
польский государственный университет
Гурфннкель Виктор Семенович, д-р мед. наук, профессор, академик РАН,
Институт проблем передачи информации РАН
Дегтярев Виталий Прокофьевич, д-р мед. наук, профессор, Московский
государственный медико-стоматологический университет
Кобрин Владимир Исаакович, д-р мед. наук, профессор, Российский госу-
дарственный медицинский университет
Косицкий Григорий Иванович, д-р мед. наук, профессор, чл.-корр. РАМН,
Российский государственный медицинский университет
Кузник Борис Ильич, д-р мед. наук, профессор, Читинская государствен-
ная медицинская академия
Кураев Григорий Асвандурович, д-р биол. наук, профессор, чл.-корр. РАО,
Ростовский государственный университет
Куценко Ирина Игоревна, д-р мед. наук, профессор, Кубанская государст-
венная медицинская академия
Левик Юрий Сергеевич, канд. биол. наук, Институт проблем передачи ин-
формации РАН
Малигонов Евгений Антонович, канд. мед. наук, доцент, Кубанская госу-
дарственная медицинская академия
Наточин Юрий Викторович, д-р биол. наук, профессор, академик РАН,
Санкт- Петербургский государственный университет
Ноздрачев Александр Данилович, д-р мед. наук, профессор, академик РАН,
Санкт- Петербургский государственный университет
Орлов Ратмир Сергеевич, д-р мед. наук, профессор, Институт эволюцион-
ной физиологии и биохимии РАН
3
Осадчий Олег Евгеньевич, д-р мед. наук, Кубанская государственная меди-
цинская академия
Островский Михаил Аркадьевич, д-р биол. наук, профессор, академик
РАН, Московский государственный университет
Перов Юрий Митрофанович, канд. мед. наук, профессор, Кубанская госу-
дарственная медицинская академия
Похотько Александр Георгиевич, канд. мед. наук, Кубанская государствен-
ная медицинская академия
Пятин Василий Федорович, д-р мед. наук, профессор, Самарский государ-
ственный медицинский университет
Ткачук Всеволод Арсеньевич, д-р биол. наук, профессор, чл.-корр. РАН,
академик РАМН, Московский государственный университет
Хананашвили Яков Абрамович, д-р мед. наук, профессор, Ростовский госу-
дарственный медицинский университет
Черняк Александр Владимирович, канд. мед. наук, Институт пульмонологии
М3 России
Чораян Ованес Григорьевич, д-р биол. наук, профессор, Ростовский госу-
дарственный университет
Чучалин Александр Григорьевич, д-р мед. наук, профессор, академик
РАМН, Институт пульмонологии М3 России
Шевелев Игорь Александрович, д-р биол. наук, профессор, академик РАН,
Московский государственный университет
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ко второму изданию. 15
Предисловие к первому изданию 15
Глава 1. Физиология: предмет, методы, значение для медицины. Краткая
история. — В.М. Покровский, Г.Ф. Коротько 17
1.1. Физиология, ее предмет и роль в системе медицинского образования 17
1.2. Становление и развитие методов физиологических исследований 18
1.3. Принципы организации управления функциями. — В.П. Дегтярев 21
1.3.1. Управление в живых организмах 21
1.3.2. Саморегуляция физиологических функций 25
1.3.3. Системная организация управления. Функциональные системы
и их взаимодействие. 26
1.4. Организм и окружающая среда. Адаптация 31
1.5. Краткая история физиологии 34
Глава 2. Возбудимые ткани 39
2.1 Физиология возбудимых тканей. — В.И. Кобрин . 39
2.1.1 Строение и основные функции клеточных мембран. 39
2.1.2. Основные свойства клеточных мембран и ионных каналов 41
2.1.3. Методы изучения возбудимых клеток 45
2.1.4. Потенциал покоя 48
2.1.5. Потенциал действия. 51
2.1.6. Действие электрического тока на возбудимые ткани 55
2.2. Физиология нервной ткани. — Г.А. Кураев . 58
2.2.1. Строение и морфофункциональная классификация нейронов. 58
2.2.2. Рецепторы. Рецепторный и генераторный потенциалы 63
2.2.3. Афферентные нейроны 64
2.2.4. Вставочные нейроны 64
2.2.5. Эфферентные нейроны 65
2.2.6. Нейроглия . 65
2.2.7 Проведение возбуждения по нервам 67
2.3. Физиология синапсов. — Г.А. Кураев 69
2.4. Физиология мышечной ткани . 74
2.4.1. Скелетные мышцы. — В.И. Кобрин. 75
2.4.1.1. Классификация скелетных мышечных волокон 75
2.4.1.2. Функции и свойства скелетных мышц 76
2.4.1.3. Механизм мышечного сокращения 77
2.4.1.4. Режимы мышечного сокращения 81
2.4.1.5. Работа и мощность мышцы 84
2.4.1.6. Энергетика мышечного сокращения 85
2.4.1.7. Теплообразование при мышечном сокращении 85
2.4.1.8. Скелетно-мышечное взаимодействие 86
2.4.1,9. Оценка функционального состояния мышечной системы
у человека. ... 87
2.4.2. Гладкие мышцы. — АС. Орлов. 88
2.4.2.1. Классификация гладких мышц. 88
2.4.2.2. Строение гладких мышц. 88
2.4.2.3. Иннервация гладких мышц 89
2.4.2.4. Функции и свойства гладких мышц................... 90
5
2.5. Физиология железистой ткани. — Г.Ф. Коротько 93
2.5.1. Секреция 93
2.5.2. Многофункциональность секреции 94
2.5.3. Секреторный цикл 94
2.5.4. Биопотенциалы гландулоцитов 95
2.5.5. Регуляция секреции гландулоцитов 95
Глава 3. Нервная регуляция физиологических функций 97
3.1. Механизмы деятельности центральной нервной системы. — О,Г. Чораян. 97
3.1.1. Методы исследования функций центральной нервной системы 97
3.1.2. Рефлекторный принцип регуляции функций 98
3.1.3. Торможение в центральной нервной системе. 102
3.1.4. Свойства нервных центров. . 103
3.1.5. Принципы интеграции и координации в деятельности центральной
нервной системы 105
3.1.6. Нейронные комплексы. . 108
3.1.7 Гематоэнцефалический барьер 109
3.1.8. Цереброспинальная жидкость 110
3.1.9. Элементы кибернетики нервной системы ... 111
3.2. Физиология центральной нервной системы. — Г.А. Кураев 113
3.2.1. Спинной мозг 113
3.2.1.1. Морфофункциональная организация спинного мозга 113
3.2.1.2. Особенности нейронной организации спинного мозга. 115
3.2.1.3. Проводящие пути спинного мозга 117
3.2.1.4. Рефлекторные функции спинного мозга. 120
3.2.2. Ствол мозга 123
3.2.2.1. Продолговатый мозг 124
3.2.2.2. Мост 126
3.2.2.3. Средний мозг . 127
3.2.2.4. Ретикулярная формация ствола мозга. 129
3.2.2.5. Промежуточный мозг 131
З.2.2.5.1. Таламус 131
3.2.2.6. Мозжечок 133
3.2.3. Лимбическая система 139
3.2.3.1. Гиппокамп 140
3.2.3.2. Миндалевидное тело. 141
3.2.3.3. Гипоталамус 142
3.2.4. Базальные ядра. 144
3.2.4.1. Хвостатое ядро. Скорлупа. 144
3.2.4.2. Бледный шар 147
3.2.4.3. Ограда. 148
3.2.5. Кора большого мозга 148
3.2.5.1. Морфофункциональная организация 148
3.2.5.2. Сенсорные области. 151
3.2.5.3. Моторные области 151
3.2.5.4. Ассоциативные области 152
3.2.5.5. Электрические проявления активности коры большого мозга 155
3.2.5.6. Межполушарные взаимоотношения . . 157
3.2.6. Координация движений. — В.С. Гурфинкель, Ю.С. Левин, ... 160
3.3. Физиология автономной (вегетативной) нервной системы.— Л.Д. Ноздрачев 171
3.3.1. Функциональная структура автономной нервной системы. 171
3.3.1.1. Симпатическая часть 176
3.3.1.2. Парасимпатическая часть 177
3.3.1.3. Метасимпатическая часть 178
3.3.2. Особенности конструкции автономной нервной системы 179
3.3.3. Автономный (вегетативный) тонус. 180
3.3.4. Синаптическая передача возбуждения в автономной нервной системе 182
3.3.5. Влияние автономной нервной системы на функции тканей и органов 187
6
Глава 4« Гормональная регуляция физиологических функций — В А Тка-
чук, О Е Осадчий
4 1
42
43
44
Гл
5 I
52
5 3
54
55
56
199
Принципы гормональной регуляции Методы исследования Образование, выведение из эндокринных клеток, транспорт кровью и механизмы действия гормонов 4 3 1 Синтез гормонов 4 3 2 Выведение гормонов из клеток-продуцентов и транспорт гормонов 199 203 204 204
кровью 4 3 3 Молекулярные механизмы действия гормонов Эндокринные железы и физиологическая роль их гормонов 44 1 Гипофиз 4 4 2 Щитовидная железа 4 4 3 Околощитовидные железы 4 4 4 Надпочечники 4 4 5 Поджелудочная железа 4 4 6 Половые железы 4 4 7 Эндотелий как эндокринная ткань 210 211 214 214 218 219 220 224 226 228
а в а 5. Система крови — БИ Кузник Понятие о системе крови 5 1 1 Основные функции крови 5 1 2 Количество крови в организме 5 1 3 Состав плазмы крови 5 1 4 Физико-химические свойства крови Форменные элементы крови 5 2 1 Эритроциты 5 2 11 Гемоглобин и его соединения 5 2 12 Цветовой показатель 5 2 13 Гемолиз 5 2 14 Функции эритроцитов 5 2 15 Эритрон 5 2 2 Гемопоэз 5 2 2 1 Основные условия нормального гемопоэза 5 2 2 2 Физиология эритропоэза 5 2 2 3 Факторы, обеспечивающие эритропоэз 5 2 3 Лейкоциты 5 2 3 1 Физиологические лейкоцитозы Лейкопении 5 2 3 2 Лейкоцитарная формула 5 2 3 3 Характеристика отдельных видов лейкоцитов 5 2 3 4 Физиология лейкопоэза 5 2 3 5 Факторы, обеспечивающие леикопоэз 5 2 3 6 Неспецифическая резистентность 5 2 3 7 Иммунитет Группы крови 5 3 1 Система АВО 5 3 2 Система резус (Rh-hr) и другие 5 3 3 Группы крови и заболеваемость Тромбоциты Система гемостаза 5 5 1 Сосудисто-тромбоцитарный гемостаз 5 5 2 Процесс свертывания крови 5 5 2 1 Плазменные и клеточные факторы свертывания крови 5 5 2 2 Механизм свертывания крови 5 5 3 Естественные антикоагулянты 5 5 4 Фибринопиз 5 5 5 Регуляция свертывания крови и фибринолиза Инструментальные методы исследования системы крови 229 229 230 230 231 233 237 237 238 239 239 240 240 241 241 242 243 244 244 245 245 248 248 249 252 256 256 258 260 260 261 261 263 264 265 268 270 271 272
7
Глава 6. Крово- и лимфообращение. — В.М. Покровский, Г.И. Косицкий 274
6.1. Деятельность сердца 274
6.1.1. Электрические явления в сердце, возникновение и проведение
возбуждения 274
6.1.1.1. Электрическая активность клеток миокарда. 275
6.1.1.2. Функции проводящей системы сердца 277
6.1.1.3. Динамика возбудимости миокарда и экстрасистола 278
6.1.1.4. Электрокардиограмма. 280
6.1.2. Нагнетательная функция сердца. 284
6.1.2.1. Сердечный цикл 286
6.1.2.2. Сердечный выброс . 288
6.1.2.3. Механические и звуковые проявления сердечной деятель-
ности. 290
6.1.2.4. Методы исследования функций сердца 291
6.1.3. Регуляция деятельности сердца 293
6.1.3.1. Внутрисердечные регуляторные механизмы 294
6.1.3.2. Внесердечные регуляторные механизмы 295
6.1.3,3. Влияние центральной нервной системы на деятельность
сердца 299
6.1.3.4. Рефлекторная регуляция деятельности сердца 300
6.1.3.5. Условнорефлекторная регуляция деятельности сердца 301
6.1.3.6. Гуморальная регуляция деятельности сердца 302
6.1.3.7 Интеграция механизмов регуляции деятельности сердца 302
6.1.4. Эндокринная функция сердца 306
6.2. Функции сосудистой системы . . 307
6.2.1. Основные принципы гемодинамики. Классификация сосудов. 307
6.2.2. Движение крови по сосудам. . 310
6.2.2.1. Артериальное давление крови и периферическое сопротив-
ление. 310
6.2.2.2. Артериальный пульс . 313
6.2.2.3. Объемная скорость кровотока 314
6.2.2.4. Движение крови в капиллярах. Микроциркуляция. 316
6.2.2.5. Движение крови в венах. 318
6.2.2.6. Время кругооборота крови 320
6.2.3. Регуляция движения крови по сосудам 320
6.2.3.1. Иннервация сосудов. 321
6.2.3.2. Сосудодвигательный центр 322
6.2.3.3. Гуморальные влияния на сосуды 322
6.2.3.4. Физиологические системы регуляции артериального давле-
ния 323
6.2.3.5. Перераспределительные реакции в системе регуляции
кровообращения . . 329
6.2.3.6. Регуляция объема циркулирующей крови. Кровяные депо. 329
6.2.3.7 Изменения деятельности сердечно-сосудистой системы
при работе ... 331
6.2.4. Регионарное кровообращение. — Я.А. Хананашвили. 331
6.2.4.1. Коронарное кровообращение 332
6.2.4.2. Кровоснабжение головного и спинного мозга 336
6.2.4.3. Легочное кровообращение 340
6.3. Лимфообращение. — Р.С. Орлов 342
6.3.1. Строение лимфатической системы. 342
6.3.2. Образование лимфы 343
6.3.3. Состав лимфы . 343
6.3.4. Движение лимфы 344
6.3.5. Функции лимфатической системы 346
Глава 7. Дыхание. — А. Г. Чучалин, В.М. Покровский 347
7.1. Сущность и стадии дыхания..................................347
8
7.2. Внешнее дыхание. — А.В. Черняк 347
7.2.1. Биомеханика дыхательных движений 347
7.2.2. Дыхательные мышцы 347
7.2.3. Изменения давления в легких 349
7.2.4. Плевральное давление 349
7.2.5. Эластические свойства легких 350
7.2.6. Растяжимость легких 350
7.2.7 Эластические свойства грудной клетки 351
7.2.8. Сопротивление вдыхательной системе 351
7.2.9. Работа дыхания 353
7.3. Вентиляция легких. — З.Р. Айсанов, Е.А. Малигонов 354
7.3.1. Легочные объемы и емкости. 354
7.3.2. Количественная характеристика вентиляции легких 356
7.3.3. Альвеолярная вентиляция. 356
7.4. Газообмен и транспорт газов. — С.Н. Авдеев, Е.А. Малигонов 358
7.4.1. Диффузия газов 358
7.4.2. Транспорт кислорода 360
7.4.3. Кривая диссоциации оксигемоглобина. 361
7.4.4. Доставка кислорода и потребление кислорода тканями 363
7.4.5. Транспорт углекислого газа 364
7.5. Регуляция внешнего дыхания. — В.Ф. Пятин 366
7.5.1. Дыхательный центр 366
7.5.2. Рефлекторная регуляция дыхания 371
7.5.3. Координация дыхания с другими функциями организма. 373
7.6. Особенности дыхания при физической нагрузке и при измененном
парциальном давлении газов. — З.Р. Айсанов 375
7.6.1. Дыхание при физической нагрузке. 375
7.6.2. Дыхание при подъеме на высоту 376
7.6.3. Дыхание чистым кислородом 377
7.6.4. Дыхание при высоком давлении. 378
7.7. Недыхательные функции легких. — Е.А. Малигонов, А.Г Похотько. 378
7.7.1. Защитные функции дыхательной системы 378
7.7.1.1. Механические факторы защиты 379
7 7.1.2. Клеточные факторы защиты 381
7.7.1.3. Гуморальные факторы защиты 382
7.7.2. Метаболизм биологически активных веществ в легких 384
Глава 8. Пищеварение. — Г.Ф, Коротько 386
8.1. Голод и насыщение 386
8.2. Сущность пищеварения и его организация 388
8.2.1. Пищеварение и его значение 388
8.2.2. Типы пищеварения. 388
8.2.3. Конвейерный принцип организации пищеварения 390
8.3. Пищеварительные функции. 392
8.3.1. Секреция пищеварительных желез 392
8.3.2. Моторная функция пищеварительного тракта 393
8.3.3. Всасывание. 394
8.4. Регуляция пищеварительных функций 397
8.4.1. Управление пищеварительной деятельностью 397
8.4.2. Роль регуляторных пептидов и аминов в деятельности пищевари-
тельного тракта. . 399
8.4.3. Кровоснабжение пищеварительного тракта и его функциональная
активность 402
8.4.4. Периодическая деятельность органов пищеварения 402
8.5. Методы изучения пищеварительных функций. 404
8.5.1. Экспериментальные методы 404
8.5.2. Методы исследования пищеварительных функций у человека... 405
9
8 6 Пищеварение в полости рта и глотание 408
8 6 1 Прием пищи 408
8 6 2 Жевание 409
8 6 3 Слюноотделение 409
8 6 4 Глотание 411
8 7 Пищеварение в желудке 413
8 7 1 Секреторная функция желудка 413
8 7 2 Моторная деятельность желудка 420
8 7 3 Эвакуация содержимого желудка в двенадцатиперстную кишку 421
8 7 4 Рвота 422
8 8 Пищеварение в тонкой кишке 422
8 8 1 Секреция поджелудочной железы 423
8 8 11 Образование, состав и свойства поджелудочного сока 423
8 8 2 Желчеобразование и желчевыделение 428
8 8 3 Кишечная секреция 431
8 8 4 Полостной и пристеночный гидролиз питательных веществ
в тонкой кишке 432
8 8 5 Моторная деятельность тонкой кишки 433
8 8 6 Всасывание различных веществ в тонкой кишке 434
8 9 Функции толстой кишки 438
8 9 1 Поступление кишечного химуса в толстую кишку 438
8 9 2 Роль толстой кишки в пищеварении 438
8 9 3 Моторная деятельность толстой кишки 438
8 9 4 Газы толстой кишки 439
8 9 5 Дефекация 439
8 9 6 Микрофлора пищеварительного тракта 440
8 10 Функции печени 443
8 11 Пищеварительные функции и двигательная активность человека 444
8 111 Влияние гипокинезии 444
8 112 Влияние гиперкинезии 445
8 12 Непищеварительные функции пищеварительного тракта 446
8 12 1 Экскреторная деятельность пищеварительного тракта 446
8 12 2 Участие пищеварительного тракта в водно-солевом обмене 446
8 12 3 Эндокринная функция пищеварительного тракта и выделение
в составе секретов физиологически активных веществ 447
8 12 4 Инкреция (эндосекреция) пищеварительными железами
ферментов 448
8 12 5 Иммунная система пищеварительного тракта 449
Глава 9. Обмен веществ и энергии. Питание — В М Покровский 451
9 1 Обмен веществ 451
9 1 1 Обмен белков 451
9 1 2 Обмен липидов 455
9 1 3 Обмен углеводов 457
9 1 4 Обмен минеральных солеи и воды 459
9 2 Превращение энергии и общий обмен веществ 461
9 2 1 Методы исследования энергообмена 461
9 2 11 Прямая калориметрия 461
9 2 12 Непрямая калориметрия 462
9 2 13 Исследование валового обмена 465
9 2 3 Основной обмен 466
9 2 4 Правило поверхности 467
9 2 5 Обмен энергии при физическом труде 468
9 2 6 Обмен энергии при умственном труде 469
9 2 7 Специфическое динамическое действие пищи 470
9 2 8 Регуляция обмена энергии 470
9 3 Питание —ГФ Коротъко 470
93 1 Пищевые вещества 471
10
9.3.2. Теоретические основы питания 474
9.3.3. Нормы питания 477
Глава 10. Терморегуляция. — В.М. Покровский, Ю.М. Перов 480
10.1. Терморегуляция как фактор гомеостаза. 480
10.2. Типы терморегуляции 480
10.3. Температура тела человека и его частей. 481
10.4. Теплообразование — химическая терморегуляция 482
10.5. Теплоотдача — физическая терморегуляция 483
10.6. Регуляция изотермии 487
10.7 Гипотермия 489
10.8. Гипертермия 489
Глава 11. Выделение. Физиология почки. — Ю.В. Наточин 490
11.1. Общая характеристика. 490
11.2. Почки и их функции 490
11.2.1. Методы изучения функций почек. 491
11.2.2. Нефрон и его кровоснабжение 492
11.2.3. Процесс мочеобразования. 495
11.2.3.1. Клубочковая фильтрация. 495
11.2.3.2. Канальцевая реабсорбция 498
11.2.3.3. Канальцевая секреция 504
11.2.4. Определение величины почечного плазмо-и кровотока. 506
11.2.5. Синтез веществ в почках. 507
11.2.6. Осмотическое разведение и концентрирование мочи 507
11.2.7 Гомеостатические функции почек. 512
11.2.8. Экскреторная функция почек 515
11.2.9. Инкреторная функция почек 516
11.2.10. Метаболическая функция почек 516
11.2.11. Принципы регуляции реабсорбции и секреции веществ в клет-
ках почечных канальцев 517
11.2.12. Регуляция деятельности почек 518
11.2.13. Количество, состав и свойства мочи 519
11.2.14. Мочеиспускание 520
11.2.15. Последствия удаления почки и искусственная почка 521
11.2.16. Возрастные особенности структуры и функции почек 522
Глава 12. Репродуктивная функция. — И. И. Куценко 523
12.1. Половая дифференциация 523
12.2. Половое созревание. 524
12.3. Половое поведение человека 524
12.4. Физиология женских половых органов 527
12.5. Физиология мужских половых органов 528
12.6. Физиология беременности. 530
12.7. Физиология родов и послеродового периода 535
12.8. Адаптация организма новорожденного к условиям внеутробной жизни 537
12.9. Лактация 538
Глава 13. Сенсорные системы. — М.А. Островский, И.А. Шевелев 541
13.1. Общая физиология сенсорных систем 541
13.1.1. Методы исследования сенсорных систем 541
13.1.2. Общие принципы строения сенсорных систем 541
13.1.3. Основные функции сенсорной системы 542
13.1.4. Механизмы переработки информации в сенсорной системе. 546
13.1.5. Адаптация сенсорной системы 547
13.1.6. Взаимодействие сенсорных систем........................ 547
И
13.2. Частная физиология сенсорных систем 548
13.2.1. Зрительная система. 548
13.2.2. Слуховая система 562
13.2.2.1. Структура и функции наружного и среднего уха 562
13.2.2.2. Структура и функции внутреннего уха 563
13.2.2.3. Слуховые функции 566
13.2.2.4. Слуховые ощущения 567
13.2.3. Вестибулярная система 568
13.2.4. Соматосенсорная система 571
13.2.4.1. Кожная рецепция 571
13.2.5. Обонятельная система. 579
13.2.6. Вкусовая система 581
13.2.7. Висцеральная система. 582
Глава 14, Интегративная деятельность мозга человека. — О.Г Чораян 585
14.1. Условнорефлекторная основа высшей нервной деятельности 585
14.1.1 Условный рефлекс. . 585
14.1.2. Методы изучения условных рефлексов. 587
14.1.3. Стадии образования условного рефлекса 588
14.1.4. Виды условных рефлексов 589
14.1.5. Торможение условных рефлексов 590
14.1.6. Динамика основных нервных процессов. 591
14.1.7. Типы высшей нервной деятельности 592
14.2. Физиологические механизмы памяти 593
14.3. Эмоции .... 598
14.4. Сон и гипноз. — В.И. Кобрин. 601
14.4.1. Сон 601
14.4.2. Гипноз 604
14.5. Основы психофизиологии 606
14.5.1. Нейрофизиологические основы психической деятельности 606
14.5.2. Психофизиология процесса принятия решения 610
14.5.3. Сознание. 613
14.5.4. Мышление 615
14.6. Вторая сигнальная система 617
14.7. Принцип вероятности и «размытости» в высших интегративных
функциях мозга 621
14.8. Межполушарная асимметрия. . . . 623
14.9. Основы хронофизиологии. — ГФ. Коротько, М.Г. Водолажская 626
14.9.1. Биологические ритмы . 627
14.9.1.1. Циркадианные ритмы у человека. 629
14.9.2. Аутохронометрия 634
14.9.3. Регуляция биологических часов млекопитающих 636
Рекомендуемая литература. 639
Предметный указатель...................................................648
СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИИ
АГ
АД
АДГ
АДФ
АКТГ
цАМФ
АТ
АТФ
АХ
АЦ
ВИП
впсп
ГАМК
ГИП (ЖИП)
ГМК
ГМ-КСФ
цГМФ
ГТФ
ГЦ
дк
ЖИП
ик
ил
КОЕ-ГМ
КОЕ-Э
КСФ
КФА
лг
М-КСФ
мок
опсс
оцк
ПАГ
пд
ПДФ
пкп
пп
пск
псп
РФ
сг
соэ
ТАП
тпсп
ФАТ
антиген
артериальное давление
антидиуретический гормон
аденозиндифосфат
адренокортикотропный гормон
циклический 3,5’-аденозинмонофосфат
антитело
аденозинтрифосфат
ацетилхолин
аденилатциклаза
вазоактивный интестинальный пептид
возбуждающий постсинаптический потенциал
гамма-аминомасляная кислота
гастральный, или желудочный, ингибирующий пептид
гладкие мышечные клетки
гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор
циклический 3,5-гуанозинмонофосфат
гуанозинтрифосфат
гуанилатциклаза
дыхательный коэффициент
желудочный ингибируюший пептид
иммунный комплекс
интерлейкин
колониеобразующая единица гранулоцитарно-моноцитарная
колониеобразующая единица эритроцитарная
колониестимулирующий фактор
коэффициент физической активности
лютеинизирующий гормон
макрофагальный колониестимулирующий фактор
минутный объем крови
общее периферическое сопротивление сосудов
объем циркулирующей крови
пара-аминогиппуровая кислота
потенциал действия
продукты деградации фибрина
потенциал концевой пластинки
панкреатический пептид
полипотентная стволовая клетка
постсинаптический потенциал
ретикулярная формация
сфигмограмма
скорость оседания эритроцитов
тканевый активатор плазминогена
тормозящий постсинаптический потенциал
фактор активации тромбоцитов
13
ФДЭ — фосфодиэстераза
ФКГ — фонокардиограмма
ФНО — фактор некроза опухолей
ФС — функциональная система
ФСГ — фолликулостимулирующий гормон
ХЦК — холецистокинин
ЦНС — центральная нервная система
ЦТЛ — цитотоксические лимфоциты
ЭДС — электродвижущая сила
ЭКГ — электрокардиограмма
ЭМГ — электромиограмма
ЭРГ — электроретинограмма
Эо-КСФ — эозинофильный колониестимулирующий фактор
ЭхоКГ — эхокардиограмма
ЭЭГ — электроэнцефалограмма
РСО2 — парциальное давление СО2
РО2 — парциальное давление О2
РаСО2 — напряжение СО2
РаО2 — напряжение О2
ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ
Предыдущее издание учебника с 1997 по 2002 г. вышло в пяти тиражах.
При подготовке учебника ко второму изданию авторы поставили перед со-
бой задачи: дополнить учебник достижениями науки за последние годы;
представить современные методы исследования функций у человека, заме-
нив ими устаревшие; улучшить логику подачи материала в целях облегче-
ния понимания студентами закономерностей протекания физиологиче-
ских функций. В основу представлений о жизнедеятельности положена
интеграция современных данных, полученных на молекулярном, орган-
ном, системном и организменном уровнях. Организм человека рассматри-
вается как целостная система, находящаяся в постоянном взаимодействии
с многообразием влияний окружающей, в том числе социальной, среды.
ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ
Со времени выхода в свет последнего (3-го) издания учебника «Физиоло-
гия человека» для медицинских вузов прошло более 10 лет. Ушли из жиз-
ни Е.Б. Бабский — редактор и автор первых изданий, Г.И. Косицкий —
редактор 3-го и автор двух изданий учебника, по которому изучали физио-
логию несколько поколений студентов. Нет среди нас В.Д. Глебовского,
А.Б. Когана, А.И. Шаповалова — авторов 3-го издания учебника. Это об-
стоятельство не позволило создать переработанное 4-е издание «Физиоло-
гии человека», и два автора 3-го издания взяли на себя обязанности соре-
дакторов издания нового учебника. При этом мы хотели сохранить в нем
славные имена Е.Б. Бабского и Г.И. Косицкого в знак памяти и призна-
ния их подвижнического труда в деле полувекового обеспечения медицин-
ских вузов отечественным учебником физиологии, выходившим в издате-
льстве «Медицина», а также двумя учебниками на английском языке, вы-
пущенными издательством «Мир».
В создании настоящего учебника приняли участие как некоторые из ав-
торов 3-го издания «Физиологии человека», так и вновь приглашенные.
Приглашая коллег к сотрудничеству в написании учебника, мы исходили
из того, чтобы они имели солидный опыт преподавательской вузовской
работы на уровне заведующих и профессоров кафедр, опыт написания
учебников, руководств и учебных пособий. В целях обеспечения совре-
менного уровня фактического материала особое внимание мы обращали
на соответствие научных интересов и работ автора теме главы учебника.
Немаловажным мы считали соответствие учебника официальной про-
грамме по нормальной физиологии для медицинских вузов, однако содер-
жание программы динамично и систематически корректируется науч-
но-методической комиссией по нормальной физиологии М3 РФ. В состав
комиссии входят профессора — физиологи ряда медицинских вузов Рос-
сии, творческий труд которых в значительной мере формирует стратегию
15
и тактику преподавания нормальной физиологии и организации учебного
процесса на соответствующих кафедрах. С учетом этого к написанию
учебника были приглашены несколько членов данной комиссии, опыт ко-
торых сыграл большую роль не только в написании той или иной главы
учебника, но и определении его плана.
Конечно, следование изложенным принципам формирования авторско-
го коллектива увеличило число авторов учебника и повлекло за собой раз-
личие стиля изложения отдельных глав. Редакторы старались в какой-то
мере уменьшить эти различия, но избежать их полностью было невозмож-
но. В этом есть свои не только недостатки, но и преимущество — автор-
ская индивидуальность придает учебнику дополнительный интерес.
Мы считаем своим долгом принести благодарность авторам глав за со-
вместную работу, за большую помощь в редактировании Е.А. Малигонову,
А.Г. Похотько, В.И. Кобрину — за нелегкую работу над текстом.
Мы далеки от мысли, что наш коллективный труд совершенен, и будем
признательны коллегам за высказанные замечания и предложения по дан-
ному учебнику.
В.М. ПОКРОВСКИЙ, ГФ. КОРОТЬКО
Глава 1
ФИЗИОЛОГИЯ: ПРЕДМЕТ, МЕТОДЫ,
ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ.
КРАТКАЯ ИСТОРИЯ
1.1. ФИЗИОЛОГИЯ: ЕЕ ПРЕДМЕТ И РОЛЬ В СИСТЕМЕ
МЕДИЦИНСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Физиология (от греч. physis — природа и logos — учение) — наука о при-
роде, о существе жизненных процессов. Физиология изучает жизнедея-
тельность организма и отдельных его частей: клеток, тканей, органов,
систем. Предметом изучения физиологии являются функции живого ор-
ганизма, их связь между собой, регуляция и приспособление к внешней
среде, происхождение и становление в процессе эволюции и индивидуа-
льного развития особи.
Физиологическая функция (functio — деятельность) — проявления жиз-
недеятельности организма и его частей, имеющие приспособительное зна-
чение и направленные на достижение полезного результата. В основе
функции лежит обмен веществ, энергии и информации.
Достижения последних лет в области биохимии, молекулярной биоло-
гии, биофизики клеточных мембран позволили исследователям приот-
крыть занавес неизвестности над рядом ранее недоступных для познания
частных механизмов жизнедеятельности, что не может не вызывать восхи-
щения и стремления к дальнейшему углубленному анализу жизненных
процессов. Нисколько не умаляя роль такого направления в развитии на-
учной мысли, нельзя не констатировать некоторого забвения целостного,
синтетического подхода к познанию организма — подхода, уверенно декла-
рированного к мировой науке классиками отечественной физиологии
И.М. Сеченовым и И.П. Павловым.
Очевидно, что если предметом познания биохимии является протекание
химических процессов в живом организме, биофизики — физических про-
цессов, то физиология изучает новое качество живого — его функцию. При
этом для удобства преподавания функция отдельных органов и систем рас-
сматривается иногда самостоятельно. Стержневым моментом синтетиче-
ского подхода служит представление о том, что функция каждого органа
находится в тесной связи с функциями других органов и систем, а весь ком-
плекс регуляторных механизмов обеспечивает не только тонкое взаимодей-
ствие внутри организма, но и приспособление организма как целого к по-
стоянно меняющимся физико-химическим и социальным условиям среды.
Успешно изучать физиологию можно, лишь зная макро- и микрострук-
туру органов (т. е. анатомию и гистологию) и основы протекания физиче-
ских и химических процессов в живых тканях (т. е. биофизику и биохи-
мию). С другой стороны, изучение физиологии должно предшествовать
познанию клинических дисциплин. Идея о преподавании физиологии как
предмета, завершающего и интегрирующего общебиологическую подго-
товку будущего врача и предваряющего начало его клинической подготов-
ки, не нова. Принято изображать систему медицинского образования в
форме дерева, корнями которого являются морфологические (анатомия и
гистология), стволом — функциональные (физиология) науки. От ствола
отходят две основные ветви — хирургический и терапевтический циклы, а
17
от каждой из них — более мелкие ветви — частные медицинские спе-
циальности (дерматовенерология, офтальмология, оториноларингология,
фтизиатрия, стоматология и др.).
В качестве первой задачи нормальной физиологии как учебной дисцип-
лины в системе высшего медицинского образования следует, видимо, рас-
сматривать обучение будущих врачей пониманию механизма функциони-
рования каждого органа. При этом особое внимание следует уделить взаи-
модействию каждого органа и системы в зависимости от меняющейся си-
туации в организме и вне его. Познание будущими врачами функции орга-
нов является непременным условием понимания патогенеза нарушений и
путей их коррекции. Вылечить — это, в конечном счете, восстановить на-
рушенную функцию.
Иными словами, у будущего врача должны быть заложены основы
функционального мышления, являющегося фундаментом врачебного мышле-
ния, базой его профессионального творчества.
В связи с новым уровнем развития медицины, ее оснащенности диа-
гностической аппаратурой особое значение приобретает знание принци-
пов получения достоверной информации о деятельности органов и систем
и грамотной ее интерпретации. Следовательно, второй задачей нормаль-
ной физиологии как учебной дисциплины является всегда имевшая место,
но обретающая новые формы методическая подготовка будущего врача.
Изучая физиологию, он обретает первые навыки не только манипулирова-
ния на живом организме, но и оценки состояния как отдельных систем,
так и организма в целом на основе полученной информации. Это закла-
дывает фундамент для формирования у будущих врачей навыков функцио-
нальной диагностики.
Стремительно меняющиеся условия жизни ставят человека перед необ-
ходимостью постоянно адаптироваться к ним. Физиология готовит буду-
щего врача к пониманию, оценке и рациональной подготовке здорового че-
ловека к различным видам труда, разработке принципов профессиональ-
ного отбора. Это составляет третью задачу физиологии как учебной дис-
циплины. В этой связи встает вопрос об оценке и грамотной интерпрета-
ции уровня здоровья, а также путей и способов его укрепления у каждого
человека. Физиология должна подготовить врача к оценке здоровья и пу-
тей его адаптации как к меняющейся экологической ситуации, так и ха-
рактеру деятельности.
1.2. СТАНОВЛЕНИЕ И РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИИ
Успехи любой науки, и физиологии в частности, напрямую зависят от
методического совершенствования. В связи с этим И.П. Павлов указывал,
что наука движется толчками в зависимости от успехов, делаемых методи-
кой. Прогресс науки обусловлен не только развитием методов исследова-
ния. Он в огромной мере зависит и от эволюции мышления исследовате-
лей, методологии научного поиска. До 80-х годов XIX в. физиология оста-
валась наукой аналитической. Она «расчленяла» организм на отдельные
органы и системы и изучала деятельность их изолированно. Это не давало
представления о функции органа в условиях целостного неповрежденного
организма. Синтетический подход в изучении организма как целостной
системы, находящейся в постоянной взаимосвязи со средой, осуществлен
в мировой физиологии И.П. Павловым.
18
Аналитические методы исследования. Метод острого эксперимента. Эта
группа аналитических методов называется еще живосечением, или виви-
секцией. Острый эксперимент осуществляют обычно на наркотизирован-
ном животном, у которого выполняется операция, вводятся канюли в со-
суды, выделяется нерв или исследуемый орган и выполняются воздейст-
вия (рефлекторное или прямое раздражение, введение биологически ак-
тивных веществ). При этом выясняют, как действует раздражение конк-
ретного нерва или вещества на функцию органа или системы (например,
системы поддержания кровяного давления).
К группе аналитических методов относится также метод изолированных
органов и тканей, который позволяет наблюдать за деятельностью органа
вне организма (например, изолированное сердце) и изучать его реакции
на различные воздействия.
Синтетические методы исследования. Метод хронического эксперимента.
И.П. Павлов предложил способ, позволяющий изучать деятельность како-
го-либо органа, не нарушая целость организма. Это метод хронического
эксперимента, проводимого на основе «физиологической хирургии».
На наркотизированном животном в условиях стерильности проводят
операцию, позволяющую получить доступ к тому или иному внутреннему
органу, вживляют в него фистульную трубку или выводят наружу и под-
шивают к коже проток железы. Сам опыт ставят много дней спустя, когда
рана зажила, животное выздоровело и по характеру течения физиологиче-
ских процессов практически ничем не отличается от нормального, здоро-
вого. Благодаря наложенной фистуле можно длительно изучать течение
тех или иных физиологических процессов в естественных условиях. На та-
ком же хирургическом принципе осуществляют доступ к другим органам,
вживляют катетеры в сосуды, электроды в различные органы для их раз-
дражения или отведения электрических потенциалов.
Комплексный подход к оценке жизнедеятельности. Всестороннее интег-
ральное представление о жизнедеятельности организма как целостной си-
стемы возможно лишь при сочетании различных методов и подходов. Вы-
яснение базовых закономерностей жизнедеятельности на мембранном и
молекулярном уровнях подразумевает необходимость использования ана-
литических подходов. С другой стороны, понимание механизмов форми-
рования приспособительных реакций органов, систем и организма как це-
лостной системы становится возможным лишь при системном синтетиче-
ском подходе. Все это диктует необходимость разумного сочетания подхо-
дов и методов для достижения конечной цели — познания механизмов
жизнедеятельности организма человека.
При этом часть представлений о механизмах жизнедеятельности может
основываться на результатах экспериментов, выполненных на животных
или их тканях, позволяющих выявить общебиологические закономерно-
сти. Например, все фундаментальные представления об электрогенезе и о
функциях мембран были созданы в результате исследований на тканях и
клетках животных и лишь потом подтверждены у человека.
Вопрос о непосредственном исследовании функций у человека не мо-
жет не учитывать основного принципа медицины «не навреди». Это яви-
лось побуждающим фактором для создания большого ряда достаточно
информативных методов, позволяющих получать сведения о функциони-
ровании организма на основании изменения физико-химических пара-
метров, регистрацию которых современная техника позволяет проводить,
не причиняя вреда организму (конкретные методы будут приведены в со-
ответствующих главах учебника). При самом щадящем подходе к челове-
19
ку некоторые методы все-таки требуют внедрения (инвазия) в его орга-
низм (например, взятие крови из вены для анализа). Такие методы объе-
диняются понятием инвазивные в отличие от неинвазивных, не требую-
щих внедрения в организм.
Способы оценки и регистрации физиологических функций. Методы раз-
дражения. Наблюдение как метод физиологического исследования. Сравни-
тельно медленное развитие экспериментальной физиологии на протяже-
нии двух столетий после работ Гарвея объясняется несовершенством мето-
дов исследования физиологических явлений путем их наблюдения. Обыч-
но наблюдение позволяет установить лишь качественную сторону явлений
и лишает возможности исследовать их количественно.
Важной вехой в развитии экспериментальной физиологии было изобре-
тение кимографа и введение метода графической регистрации артериаль-
ного давления немецким ученым Карлом Людвигом в 1847 г.
Графическая регистрация физиологических процессов позволяет осущест-
вить объективную запись изучаемого процесса, сводящую к минимуму
возможность субъективных ошибок. При этом эксперимент и анализ изу-
чаемого явления можно проводить в два этапа. Во время самого опыта за-
дача экспериментатора заключается в том, чтобы получить высококачест-
венные записи — кривые — кимограммы. Анализ полученных данных мож-
но производить позже, когда внимание экспериментатора уже не отвлека-
ется на проведение опыта. Метод графической регистрации дает возмож-
ность записывать одновременно (синхронно) не один, а несколько физио-
логических процессов для изучения связи между ними.
Исследования биоэлектрических явлений. Чрезвычайно важное направле-
ние развития физиологии было ознаменовано открытием «животного
электричества». Л.Гальвани показал, что живые ткани являются источни-
ком электрических потенциалов, способных воздействовать на нервы и
мышцы другого организма и вызывать сокращение мышц. С тех пор на
протяжении почти целого столетия единственным индикатором потенциа-
лов, генерируемых живыми тканями (биоэлектрические потенциалы), был
нервно-мышечный препарат лягушки.
Одним из первых приборов, позволивших устанавливать наличие био-
токов, был простой телефон. Российский физиолог Н.Е. Введенский при
помощи телефона открыл ряд важнейших физиологических свойств нер-
вов и мышц. Значительным шагом вперед было изобретение методики
объективной графической регистрации биоэлектрических явлений. Нидер-
ландский физиолог Эйнтховен изобрел струнный гальванометр — прибор,
позволивший регистрировать на фотопленке электрические потенциалы,
возникающие при деятельности сердца, — электрокардиограмму (ЭКГ).
В нашей стране пионером этого метода был крупнейший физиолог, уче-
ник И.М. Сеченова и Й.П. Павлова А.Ф. Самойлов.
Объективная графическая регистрация биоэлектрических потенциалов
послужила основой важнейшего раздела физиологии — электрофизиологии.
Крупным шагом вперед было предложение английского физиолога Эдриа-
на использовать для записи биоэлектрических явлений электронные уси-
лители. В.Я. Данилевский и В.В. Правдич-Неминский впервые зарегист-
рировали биотоки головного мозга. Этот метод позже был усовершенство-
ван немецким ученым Бергером. В настоящее время электроэнцефалогра-
фия широко используется в клинике, так же как и графическая запись
электрических потенциалов мышц (электромиография), нервов и других
возбудимых тканей и органов. Это позволило проводить оценку функцио-
нального состояния органов и систем.
20
Важной вехой в развитии электрофизиологии было изобретение микро-
электродов, т.е. тончайших электродов, диаметр кончика которых равен
долям микрона. Эти электроды при помощи микроманипуляторов можно
вводить непосредственно в клетку и регистрировать ее электрические по-
тенциалы. Микроэлектродная техника дала возможность расшифровать
механизмы генерации биопотенциалов — процессов, протекающих в мем-
бранах клетки.
Современная электроника открыла возможности не только для анализа,
но и преобразования первично зарегистрированной информации в цифро-
вую форму для количественной оценки.
Методы электрического раздражения органов и тканей. Существенной
вехой в развитии физиологии было введение метода электрического раз-
дражения органов и тканей. Живые органы и ткани способны реагировать
на любые воздействия: тепловые, механические, химические и др. Элект-
рическое раздражение по своей природе близко к «естественному языку»,
с помощью которого живые системы обмениваются информацией. Осно-
воположником этого метода был немецкий физиолог Дюбуа-Реймон,
предложивший «санный аппарат» (индукционная катушка) для дозирован-
ного электрического раздражения живых тканей.
В настоящее время для этого используют электронные стимуляторы,
позволяющие получить электрические импульсы любой формы, частоты и
силы. Электрическая стимуляция стала важным методом исследования
функций органов и тканей. Успешно применяется электростимуляция
скелетных мышц и нервов, разработаны методы электрической стимуля-
ции участков головного мозга при помощи вживленных электродов у че-
ловека (Н.П. Бехтерева).
13. ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ
ФУНКЦИЯМИ
13.1. Управление в живых организмах
Организм как единое целое может существовать только при условии,
когда составляющие его многочисленные органы и ткани функционируют
с такой интенсивностью и в таком объеме, которые обеспечивают его
адекватное пребывание в среде обитания. По словам И.П. Павлова, живой
организм — сложная система, внутренние силы которой постоянно урав-
новешиваются с внешними силами окружающей среды. В основе уравно-
вешивания лежат процессы регуляции, управления физиологическими
функциями.
Управление, или регуляция, в живых организмах представляет собой со-
вокупность процессов, обеспечивающих необходимые режимы функциони-
рования, достижение определенных целей или полезных для организма
приспособительных результатов. Управление возможно при наличии взаи-
мосвязи органов и систем. Процессы регуляции охватывают все уровни ор-
ганизации: субклеточный, клеточный, органный, системный, организмен-
ный, надорганизменный (популяционный, экосистемный, биосферный).
Законы управления в сложных системах изучает кибернетика — наука об
общих принципах управления в машинах, в живых системах и обществе.
Физиологическая кибернетика изучает процессы управления в живых
организмах.
21
Принципы управления. Управление в живых организмах осуществляется
управляющей системой. Она включает в себя датчики, воспринимающие
информацию на входе (сенсорные рецепторы) и выходе (рецепторы ис-
полнительных структур) системы, входные и выходные каналы связи
(жидкие среды организма, нервные проводники), управляющее устройство
(центральная нервная система), частью которого является запоминающее
устройство (аппараты памяти). Информация, фиксированная в аппаратах
памяти, определяет «настройку» системы управления на переработку опре-
деленных сведений, поставляемых через каналы связи.
Управление осуществляется с использованием трех основных принци-
пов; 1) по рассогласованию (отклонение); 2) по возмущению; 3) по про-
гнозированию.
Управление по рассогласованию предусматривает наличие механизмов,
способных определить разность между задаваемым и фактическим значе-
нием регулируемой величины или функции. Эта разность используется
для выработки регулирующего воздействия на объект регуляции, которое
уменьшает величину отклонения. Примером такого управления является
стимуляция образования глюкозы при уменьшении ее содержания в кро-
ви. Это уменьшение определяется клетками гипоталамуса, которые стиму-
лируют выработку адренокортикотропного гормона в гипофизе. Послед-
ний усиливает образование кортизола в надпочечниках. Кортизол стиму-
лирует в печени образование глюкозы из аминокислот, что приводит (
восстановлению нормального содержания сахара в крови.
Управление по возмущению предусматривает использование самого воз
мущения для выработки компенсирующего воздействия, в результате кото
рого регулируемый показатель возвращается к исходному состоянию. На
пример, увеличение поступления глюкозы из кишечника в кровь стимули
рует образование поджелудочной железой инсулина, увеличивающего депо
нирование глюкозы в форме гликогена в печени, мышцах и жировой ткани
Таким образом, возмущающее воздействие — усиленный приток глюкозы
явилось источником компенсирующего процесса — депонирования глюко
зы, обеспечивающего поддержание исходной концентрации сахара в крови
Другой пример — уменьшение парциального давления О2 (РО2) в атмо
сферном воздухе при подъеме на высоту является возмущающим воздейст
вием для системы дыхания, обеспечивающей оптимальное содержани
кислорода в крови. Увеличение частоты и глубины дыхания, скорост
кровотока, количества эритроцитов в крови отражает процессы регуляци
по возмущению, направленные на восстановление исходных показателе
содержания кислорода.
Управление по прогнозированию предусматривает выработку управляй
щих воздействий при появлении сообщения о предстоящем изменени
внешней или внутренней среды. Такое управление носит опережающий х<
рактер, позволяет подготовить организм к предстоящим изменениям сред
обитания и, следовательно, повышает его адаптационные возможности. Н<
пример, вид и запах пищи — сигналы о предстоящем ее поступлении в о[
ганизм, вызывают отделение «запального» желудочного сока, что формир;
ет состояние готовности пищеварительного канала к поступлению пищевь
веществ и способствует более быстрому их перевариванию.
Способы управления в живом организме предусматривают запуск (ин1
циацию), коррекцию и координацию физиологических процессов.
Запуск представляет собой процесс управления, вызывающий перех<
функции органа из состояния относительного покоя к деятельному сост
янию или от активной деятельности к состоянию покоя.
22
Коррекция позволяет управлять деятельностью органа, осуществляю-
щего физиологическую функцию в автоматическом режиме или иниции-
рованную поступлением управляющих сигналов.
Координация предусматривает согласование работы нескольких орга-
нов или систем одновременно для получения полезного приспособитель-
ного результата.
Механизмы управления делятся на гуморальный и нервный. Гумораль-
ный механизм предусматривает изменение физиологической активности
органов и систем под влиянием химических веществ, доставляемых через
жидкие среды организма [интерстициальная жидкость, лимфа, кровь, це-
реброспинальная жидкость (ЦСЖ) и др.]. Гуморальный механизм управле-
ния является древнейшей формой взаимодействия клеток, органов и сис-
тем, поэтому в организме человека и высших животных имеются различ-
ные варианты гуморального механизма регуляции, отражающие его эво-
люцию. Одним из простейших вариантов является изменение деятельно-
сти клеток под влиянием продуктов обмена веществ. Последние могут из-
менять работу клетки, которая выделяет эти продукты, и других органов,
расположенных на достаточном удалении. Например, под влиянием СО2,
образующегося в тканях, изменяется активность центра дыхания и как
следствие — глубина и частота дыхания. Под влиянием адреналина, выде-
ляемого в кровь из надпочечников, изменяются частота и сила сердечных
сокращений, тонус периферических сосудов, ряд функций центральной
нервной системы (ЦНС), интенсивность обменных процессов в скелетных
мышцах.
Для гуморального механизма управления характерны относительно
медленное распространение и диффузный характер управляющих воздей-
ствий.
Нервный механизм управления предусматривает изменение физиологи-
ческих функций под влиянием управляющих воздействий, передаваемых
из ЦНС по нервным волокнам к органам и системам организма. Нервный
механизм является более поздним продуктом эволюции. Для него харак-
терна высокая скорость распространения и точная «адресная» передача
объекту регулирования управляющих воздействий, высокая надежность
осуществления связи.
В естественных условиях нервный и гуморальный механизмы работают
как единый нейрогуморалъный механизм управления.
Нейрогуморальный механизм управления — комбинированная форма,
в которой одновременно используются гуморальный и нервный компо-
ненты. Так, передача управляющих воздействий с нерва на иннервируе-
мые структуры осуществляется с помощью химических посредников —
медиаторов, действующих на специфические рецепторы. Еще более тес-
ная и сложная связь обнаружена в некоторых ядрах гипоталамуса. Нер-
вные клетки этих ядер приходят в активное состояние при изменении
химических и физико-химических показателей крови. Активность этих
клеток вызывает образование и выделение химических факторов, стиму-
лирующих восстановление исходных характеристик крови. Так, на повы-
шение осмотического давления крови реагируют специальные нервные
клетки супраоптического ядра гипоталамуса, активность которых приво-
дит к выделению в кровь антидиуретического гормона, усиливающего ре-
абсорбцию воды в почках, что обусловливает снижение осмотического
давления.
Взаимодействие гуморального и нервного механизмов создает интегра-
тивный вариант управления, способный обеспечить адекватное изменение
23
функций от клеточного до организменного уровней при изменении внеш-
ней и внутренней среды.
Средства управления. Управление физиологическими функциями осу-
ществляется посредством передачи информации. Информация может со-
держать сообщение о наличии возмущающих воздействий, отклонении
функций. Она передается по афферентным (чувствительным) каналам свя-
зи. Информация, передаваемая по эфферентным (исполнительным) кана-
лам связи, содержит информацию о том, какие функции и в каком на-
правлении следует изменять.
Гуморальный механизм в качестве средств управления и передачи ин-
формации использует химические вещества — продукты обмена веществ.
Так, накопление молочной кислоты в мышцах при физической нагрузке
является источником информации о недостатке кислорода.
Нервный механизм в качестве средства управления, передачи информа-
ции использует потенциалы возбуждения, которые объединяются в опре-
деленные паттерны по частоте, набору в «пачках», характеристикам ме-
жимпульсных интервалов и кодируют информацию. Показано, что паттер-
ны возбуждения гипоталамических нейронов при формировании мотива-
ции голода специфичны и существенно отличаются от столь же специфич-
ных паттернов возбуждения нейронов, ответственных за формирование
мотивации жажды.
Формы управления. Гуморальный и нервный механизмы предусматри-
вают использование нескольких форм управления. Аутокринная, пара-
кринная и телекринная формы характерны для более древнего механизма.
Аутокринная форма управления предполагает изменение функции клет-
ки химическими субстратами, выделяемыми в межклеточную среду самой
клеткой.
Паракринная форма управления основана на выделении клетками хими-
ческих средств управления в межтканевую жидкость. Химические субстра-
ты, распространяясь по межтканевым пространствам, управляют функ-
цией клеток, расположенных на некотором удалении от источника управ-
ляющих воздействий.
Телекринная форма управления реализуется при выделении биологиче-
ски активных веществ в кровь. С током крови эти вещества достигают
всех органов и тканей.
В основе нервного механизма управления лежит рефлекс — ответная
реакция организма на изменения внутренней и внешней среды, осуществ-
ляемая при участии ЦНС. Управление посредством рефлексов предусмат-
ривает использование нескольких форм.
Местные рефлексы осуществляются через ганглии автономной нервной
системы, которые рассматривают как нервные центры, вынесенные на пе-
риферию. За счет местных рефлексов происходит управление, например
моторной и секреторной функцией тонкой и толстой кишки.
Центральные рефлексы протекают с обязательным вовлечением различ
ных уровней ЦНС (от спинного мозга до коры большого мозга). Примера
ми таких рефлексов являются выделение слюны при раздражении рецеп
торов полости рта, опускание века при раздражении склеры глаза, отдер
гивание руки при раздражении кожи пальцев и др.
Условные рефлексы вырабатываются в процессе развития и повседнев
ной жизнедеятельности и служат основой для реализации управления п
принципу прогнозирования. Широкий «ассортимент» различных по слож
ности условных рефлексов позволяет организму осуществлять опережаю
щие формы адаптивной деятельности.
24
В естественных условиях нервный и гуморальный механизмы едины и,
образуя нейрогуморальный механизм, реализуются в разнообразных ком-
бинациях, наиболее полно обеспечивающих адекватное уравновешивание
организма со средой обитания.
Например, физиологически активные вещества, поступая в кровь, не-
сут информацию в ЦНС об отклонении какой-либо функции. Под влия-
нием этой информации формируется поток управляющих нервных импу-
льсов к эффекторам для коррекции отклонения.
В других случаях поступление информации в ЦНС по нервным каналам
приводит к выделению гормонов, корригирующих возникшие отклонения.
Нейрогуморальный механизм создает в процессах управления многозвен-
ные кольцевые связи, где различные формы гуморального механизма сме-
няются и дополняются нервными, а последние обеспечивают включение
гуморальных.
1.3.2. Саморегуляция физиологических функций
В процессе эволюции живых организмов внутренняя среда была отде-
лена от внешней и приобрела устойчивый, консервативный характер.
К. Бернар писал, что условием свободного поведения живого организ-
ма является постоянство внутренней среды. По его мнению, все жизнен-
ные процессы имеют одну цель — поддержание постоянства условий жиз-
ни во внутренней среде организма. Позднее эта мысль нашла воплощение
в форме учения Кеннона о гомеостазе.
Гомеостаз — относительное динамическое постоянство внутренней сре-
ды и устойчивость физиологических функций организма. Основным ме-
ханизмом поддержания гомеостаза является саморегуляция.
Саморегуляция представляет собой вариант управления, при котором
отклонение какой-либо физиологической функции или характеристики
(константы) внутренней среды от уровня, обеспечивающего нормальную
жизнедеятельность, является причиной возвращения этой функции (кон-
станты) к исходному уровню. В ходе естественного отбора живыми орга-
низмами выработаны общие механизмы управления процессами приспо-
собления к среде обитания, направленные на обеспечение относительного
постоянства внутренней среды. У человека и высших животных гомеоста-
тические механизмы достигли совершенства.
Практически все характеристики внутренней среды организма непре-
рывно колеблются относительно средних уровней, оптимальных для про-
текания устойчивого обмена веществ. Эти уровни отражают потребность
клеток в необходимом количестве исходных продуктов обмена. Допусти-
мый диапазон колебаний для разных констант различен. Незначительные
отклонения одних констант могут приводить к существенным нарушениям
обменных процессов — это так называемые жесткие константы. К ним
относятся осмотическое давление, величина водородного показателя (pH),
содержание глюкозы, О2, СО2 в крови.
Другие константы могут варьировать в довольно широком диапазоне
без существенных нарушений физиологических функций — это так назы-
ваемые пластичные константы. К их числу относят количество и соотно-
шение форменных элементов крови, объем циркулирующей крови, ско-
рость оседания эритроцитов.
25
Процессы саморегуляции основаны на использовании прямых и обрат-
ных связей. Прямая связь предусматривает выработку управляющих воздей-
ствий на основании информации об отклонении константы или действии
возмущающих факторов. Например, раздражение холодным воздухом тер-
морецепторов кожи приводит к увеличению процессов теплопродукции.
Обратные связи заключаются в том, что выходной, регулируемый сиг-
нал о состоянии объекта управления передается на вход системы. Различа-
ют положительные и отрицательные обратные связи. Положительная об-
ратная связь усиливает управляющее воздействие, позволяет управлять
значительными потоками энергии, потребляя незначительные энергетиче-
ские ресурсы. Примером может служить увеличение скорости образования
тромбина при появлении некоторого его количества на начальных этапах
гомеостаза.
Отрицательная обратная связь ослабляет управляющее воздействие,
уменьшает влияние возмущающих факторов на работу управляющих объ-
ектов, способствует возвращению измененного показателя к стационарно-
му уровню. Например, информация о степени натяжения сухожилия ске-
летной мышцы, поступающая в центр управления функций этой мышцы
от рецепторов Голъджи, ослабляет степень возбуждения центра, чем пре-
дохраняет мышцу от развития избыточной силы сокращения. Отрицатель-
ные обратные связи повышают устойчивость биологической системы
способность возвращаться к первоначальному состоянию после прекраще-
ния возмущающего воздействия.
В организме обратные связи построены по принципу иерархии (подчи-
ненность) и дублирования. Например, саморегуляция работы сердечной
мышцы предусматривает наличие обратных связей от рецепторов самой
сердечной мышцы, рецепторных полей магистральных сосудов, рецепто-
ров, контролирующих уровень тканевого дыхания, и др.
Гомеостаз организма в целом обеспечивается согласованной работой
различных органов и систем, функции которых поддерживаются на отно-
сительно постоянном уровне процессами саморегуляции.
1.3.3. Системная организация управления.
Функциональные системы и их взаимодействие
Представление о саморегуляции физиологических функций нашло наи-
более полное отражение в теории функциональных систем, разработанной
академиком П.К. Анохиным. Согласно этой теории, уравновешивание ор-
ганизма со средой обитания осуществляется самоорганизующимися функ-
циональными системами.
Функциональная система (ФС) представляет собой динамически скла-
дывающийся саморегулирующийся комплекс центральных и перифери-
ческих образований, обеспечивающий достижение полезных приспосо-
бительных результатов.
Результат действия любой ФС представляет собой жизненно важньп
адаптивный показатель, необходимый для нормального функционирова-
ния организма в биологическом и социальном плане. Отсюда вытекает си-
стемообразующая роль результата действия. Именно для достижение
определенного адаптивного результата складываются ФС, сложность орга
низации которых определяется характером этого результата.
26
Многообразие полезных для организма приспособительных результатов
может быть сведено в следующие группы: I) метаболические результаты,
являющиеся следствием обменных процессов на молекулярном уровне,
создающие необходимые для жизнедеятельности субстраты или конечные
продукты; 2) гомеостатические результаты, представляющие собой веду-
щие показатели жидких сред организма: крови, лимфы, интерстициальной
жидкости (осмотическое давление, pH, содержание питательных веществ,
кислорода, гормонов и др.), обеспечивающие различные стороны нор-
мального обмена веществ; 3) результаты поведенческой деятельности жи-
вотных и человека, удовлетворяющие основные метаболические, биологи-
ческие потребности: пищевые, питьевые, половые и др.; 4) результаты со-
циальной деятельности человека, удовлетворяющие социальные (создание
общественного продукта труда, охрана окружающей среды, защита отече-
ства, обустройство быта) и духовные (приобретение знаний, творчество)
потребности.
В состав каждой ФС включаются различные органы и ткани. Объедине-
ние последних в ФС осуществляется результатом, ради достижения кото-
рого и создается ФС. Этот принцип организации ФС получил название
принципа избирательной мобилизации деятельности органов и тканей в цело-
стную систему. Например, для обеспечения оптимального для метаболиз-
ма газового состава крови происходит избирательная мобилизация в ФС
дыхания, сердца, сосудов, почек, кроветворных органов, крови.
Включение отдельных органов и тканей в ФС осуществляется по прин-
ципу взаимосодействия. который предусматривает активное участие каждо-
го элемента системы в достижении полезного приспособительного резуль-
тата.
В приведенном примере каждый элемент активно способствует поддер-
жанию газового состава крови: легкие обеспечивают газообмен, кровь свя-
зывает и транспортирует О2 и СО2, сердце и сосуды обеспечивают необхо-
димую скорость движения крови.
Для достижения результатов различного уровня формируются и разно-
уровневые ФС, причем любая из них имеет принципиально однотипную
структуру, которая включает в себя 5 основных компонентов: 1) полезный
приспособительный результат; 2) акцептор результата (аппарат контроля);
3) обратную афферентацию, поставляющую информацию от рецепторов в
центральное звено ФС; 4) центральную архитектонику — избирательное
объединение нервных элементов различных уровней в специальные узло-
вые механизмы (аппараты управления); 5) исполнительные компоненты
(аппараты реакции) — соматические, вегетативные, эндокринные, пове-
денческие. Схема функциональной системы по П.К. Анохину представле-
на на рис. 1.1.
Состояние внутренней среды постоянно контролируется соответствую-
щими рецепторами. Источником изменения параметров внутренней среды
организма является непрерывно текущий в клетках процесс обмена ве-
ществ, сопровождающийся потреблением исходных и образованием ко-
нечных продуктов. Любое отклонение параметров от показателей, оптима-
льных для метаболизма, равно как и изменение результатов иного уровня,
воспринимается рецепторами. От последних информация передается зве-
ном обратной связи в соответствующие нервные центры. На основе посту-
пающей информации происходит избирательное вовлечение в ФС струк-
тур различных уровней ЦНС для мобилизации исполнительных органов и
систем. Деятельность последних приводит к восстановлению необходимо-
го для метаболизма или социальной адаптации результата.
27
г
1
Рис. 1.1. Общая архитектура функциональной системы, определяющей целена-
правленную деятельность организма на основе внутренней потребности (по П.К.
Анохину).
1 — афферентный синтез: 1 — обстановочная афферентация, 2 — пусковая афферентация,
3 — мотивация, 4 — память; II — принятие решения; III — акцептор результатов действия;
IV — программа действия (эфферентный синтез); 5 — поведенческая деятельность; V — ре-
зультат поведения; VI — параметры результата; 6,9 — обратная афферентация; VII — мета-
болизм; VIИ — параметры гомеостаза; 7 — гуморальные влияния; IX — рецепторы; 8 —
нервные влияния. Сплошной линией сверху обозначены границы поведенческого акта.
Организация различных ФС в организме принципиально одинакова.
В этом заключается принцип изоморфизма ФС.
Вместе с тем в их организации есть и отличия, которые обусловлены
характером результата. ФС, определяющие различные показатели внутрен-
ней среды организма, генетически детерминированы, часто включают в
себя только внутренние (вегетативные, гуморальные) механизмы саморе-
гуляции. К их числу можно отнести ФС, определяющие оптимальный для
метаболизма тканей уровень массы крови, форменных элементов, реакции
среды (pH), кровяного давления. Другие ФС гомеостатического уровня
включают в себя и внешнее звено саморегуляции, предусматривающее
взаимодействие организма с внешней средой. В работе некоторых ФС
внешнее звено играет относительно пассивную роль источника необходи-
мых субстратов (например, кислорода для ФС дыхания); в других внешнее
звено саморегуляции активно и включает целенаправленное поведение чело-
века в среде обитания, направленное на ее преобразование. К их числу от-
носится ФС, обеспечивающая оптимальный для организма уровень пита-
тельных веществ, осмотического давления, температуры тела.
ФС поведенческого и социального уровня чрезвычайно динамичны пс
своей организации и формируются по мере возникновения соответствую-
щих потребностей. В таких ФС внешнее звено саморегуляции играет веду-
щую роль. Вместе с тем поведение человека определяется и корригируется
генетически, индивидуально приобретенным опытом, а также многочис
ленными возмущающими воздействиями. Примером таких ФС являете
производственная деятельность человека по достижению социально зна
28
чимого для общества и индивида результата: творчество ученых, художни-
ков, писателей.
Аппараты управления ФС. По принципу изоморфизма построена и цен-
тральная архитектоника (аппараты управления) ФС, складывающаяся из
нескольких стадий (см. рис. 1.1). Исходной является стадия афферентного
синтеза. В ее основе лежит доминирующая мотивация, возникающая на
базе наиболее значимой в данный момент потребности организма. Воз-
буждение, создаваемое доминирующей мотивацией, мобилизует генетиче-
ский и индивидуально приобретенный опыт (память) по удовлетворению
данной потребности. Информация о состоянии среды обитания, поставля-
емая обстановочной афферентацией, позволяет в конкретной обстановке
оценить возможность и при необходимости скорректировать прошлый
опыт удовлетворения потребности. Взаимодействие возбуждений, создава-
емых доминирующей мотивацией, механизмами памяти и обстановочной
афферентацией, создает состояние готовности, необходимое для получе-
ния адаптивного результата. Пусковая афферентация переводит систему из
состояния готовности в состояние деятельности. В стадии афферентного
синтеза доминирующая мотивация определяет, что делать, память — как
делать, обстановочная и пусковая афферентация — когда делать, чтобы
достичь необходимого результата.
Стадия афферентного синтеза завершается принятием решения. В этой
стадии из многих возможных избирается единственный путь для удовлет-
ворения ведущей потребности организма. Происходит ограничение степе-
ней свободы деятельности ФС.
Вслед за принятием решения формируются акцептор результата дей-
ствия и программа действия. В акцепторе результатов действия програм-
мируются все основные черты будущего результата действия. Это програм-
мирование происходит на основе доминирующей мотивации, которая изв-
лекает из механизмов памяти необходимую информацию о характеристи-
ках результата и путях его достижения. Таким образом, акцептор результа-
тов действия представляет собой аппарат предвидения, прогнозирования,
моделирования итогов деятельности ФС, где моделируются и сопоставля-
ются параметры результата с афферентной моделью. Информация о пара-
метрах результата поставляется с помощью обратной афферентации.
Программа действия (эфферентный синтез) представляет собой согла-
сованное взаимодействие соматических, вегетативных и гуморальных ком-
понентов в целях успешного достижения полезного приспособительного
результата. Программа действия формирует необходимый приспособи-
тельный акт в виде определенного комплекса возбуждений в ЦНС до на-
чала его реализации в виде конкретных действий. Эта программа опреде-
ляет включение эфферентных структур, необходимых для получения по-
лезного результата.
Необходимое звено в работе ФС — обратная афферентация. С ее помо-
щью оцениваются отдельные этапы и конечный результат деятельности
систем. Информация от рецепторов поступает по афферентным нервам и
гуморальным каналам связи к структурам, составляющим акцептор резу-
льтата действия. Совпадение параметров реального результата и свойств
заготовленной в акцепторе его модели означает удовлетворение исходной
потребности организма. Деятельность ФС на этом заканчивается. Ее ком-
поненты могут быть использованы в других ФС. При несовпадении пара-
метров результата и свойств модели, заготовленной на основании аффе-
рентного синтеза в акцепторе результатов действия, возникает ориентиро-
вочно-исследовательская реакция. Она приводит к перестройке афферент-
29
ного синтеза, принятию нового решения, уточнению характеристик моде-
ли в акцепторе результатов действия и программы по их достижению. Дея-
тельность ФС осуществляется в новом, необходимом для удовлетворения
ведущей потребности направлении.
Принципы взаимосодействия ФС. В организме работают одновременно
несколько функциональных систем, что предусматривает их взаимосодей-
ствие, которое строится на определенных принципах.
Принцип системогенеза предполагает избирательное созревание и эво-
люцию функциональных систем. Так, ФС кровообращения, дыхания, пи-
тания и их отдельные компоненты в процессе онтогенеза созревают и раз-
виваются раньше других ФС.
Принцип мультипараметрического (многосвязное) взаимодействия опре-
деляет обобщенную деятельность различных ФС, направленную на дости
жение многокомпонентного результата. Например, параметры гомеостаз;
(осмотическое давление, pH и др.) обеспечиваются самостоятельным!
ФС, которые объединяются в единую обобщенную ФС гомеостаза. Она ]
определяет единство внутренней среды организма, а также ее изменени
вследствие процессов обмена веществ и активной деятельности организм
во внешней среде. При этом отклонение одного показателя внутренне
среды вызывает перераспределение в определенных соотношениях други
параметров результата обобщенной ФС гомеостаза.
Принцип иерархии предполагает, что ФС организма выстраиваются
определенный ряд в соответствии с биологической или социальной значг
мостью. Например, в биологическом плане доминирующее положение з;
нимает ФС, обеспечивающая сохранение целости тканей, затем — ФС ш
тания, воспроизведения и др. Деятельность организма в каждый време)
ной период определяется доминирующей ФС в плане выживания ид
адаптации организма к условиям существования. После удовлетворен!
одной ведущей потребности доминирующее положение занимает друг;
важнейшая по социальной или биологической значимости потребность.
Принцип динамического взаимосодействия предусматривает четкую п
следовательность смены деятельности нескольких взаимосвязанных Ф
Фактором, определяющим начало деятельности каждой последующей Ф
является результат деятельности предыдущей системы. Еще одним при
ципом организации взаимодействия ФС является принцип системы
квантования жизнедеятельности (К.В. Судаков). Например, в процес
дыхания можно выделить следующие системные «кванты» с их конечны
результатами: вдох и поступление некоторого количества воздуха в альвс
лы; диффузия О2 из альвеол в легочные капилляры и связывание О2 с
моглобином; транспорт О2 к тканям; диффузия О2 из крови в ткани и С
в обратном направлении; транспорт СО2 к легким; диффузия СО2 из к]
ви в альвеолярный воздух; выдох. Принцип системного квантования р
пространяется на поведение человека.
Таким образом, управление жизнедеятельностью организма путем ор
низации ФС гомеостатического и поведенческого уровней обладает ряд
свойств, позволяющих адекватно адаптировать организм к изменяюще
внешней среде. ФС позволяет реагировать на возмущающие воздейст
внешней среды и на основе обратной афферентации перестраивать г
тельность организма при отклонении параметров внутренней среды,
мимо этого, в центральных механизмах ФС формируется аппарат пред
дения будущих результатов — акцептор результата действия, на основе
торого происходит организация и инициация опережающих действие
ные события адаптивных актов, что существенно расширяет приспос<
30
тельные возможности организма. Сравнение параметров достигнутого ре-
зультата с афферентной моделью в акцепторе результатов действия служит
основой для коррекции деятельности организма в плане получения имен-
но тех результатов, которые наилучшим образом обеспечивают процесс
адаптации.
1.4. ОРГАНИЗМ И ВНЕШНЯЯ СРЕДА. АДАПТАЦИЯ
Целостный организм неразрывно связан с окружающей его внешней
средой. Физиология целостного организма изучает не только внутренние
механизмы саморегуляции физиологических процессов, но и механизмы,
обеспечивающие непрерывное взаимодействие и неразрывное единство
организма с окружающей средой. Непременным условием и проявлением
такого единства является адаптация организма к данным условиям. Одна-
ко понятие адаптации имеет и более широкий смысл и значение.
Адаптация (от лат. adaptatio — приспособление) — все виды врожденной
и приобретенной приспособительной деятельности, которые обеспечи-
ваются на основе физиологических процессов, происходящих на клеточ-
ном, органном, системном и организменном уровнях.
Этим термином пользуются для характеристики широкого круга при-
способительных процессов: от адаптивного синтеза белков в клетке и
адаптации рецепторов к длительно действующему раздражителю до социа-
льной адаптации человека и адаптации народов к определенным климати-
ческим условиям. На уровне организма человека под адаптацией понима-
ют его приспособление к постоянно меняющимся условиям существова-
ния.
Организм человека адаптирован к адекватным условиям среды в ре-
зультате длительной эволюции и онтогенеза, создания и совершенствова-
ния в ходе их адаптивных механизмов (адаптогенез) в ответ на выраженные
и достаточно длительные изменения окружающей среды. К одним факто-
рам внешней среды организм адаптирован полностью, к другим — частич-
но, к третьим не может адаптироваться из-за их экстремальности. В этих
условиях человек погибает без специальных средств жизнеобеспечения (на-
пример, в космосе без скафандра вне космического корабля). К менее жест-
ким, субэкстремальным, влияниям человек может адаптироваться, однако
длительное нахождение человека в таких условиях ведет к перенапряжению
адаптационных механизмов, болезням, а иногда и смерти.
Различают ряд видов адаптации. Физиологической адаптацией называ-
ют достижение устойчивого уровня активности организма и его частей,
при котором возможна длительная активная деятельность организма,
включая трудовую активность в измененных условиях существования (в
том числе социальных) и способность воспроизведения здорового потом-
ства. Физиология исследует формирование и механизмы индивидуальной
адаптации.
Различные люди с разной скоростью и полнотой адаптируются к одним
и тем же условиям среды. Скорость и полнота адаптации обусловлены со-
стоянием здоровья, эмоциональной устойчивостью, физической трениро-
ванностью, типологическими особенностями, полом, возрастом человека.
Адаптационные реакции делят на общие, или неспецифические, происхо-
дящие под влиянием любого достаточно сильного или длительного стиму-
31
ла и сопровождающиеся однотипными сдвигами функций организма,
частные, или специфические, проявляющиеся в зависимости от характера
свойств воздействующего фактора или их комплекса.
Нсспецифический ответ организма на любое интенсивное воздействг
на него Ганс Селье назвал стрессом (напряжение, давление), а вызывай
щий его фактор — стрессором. По Селье, общий адаптационный синдро
как ответная реакция на стрессор включает в себя усиление деятельное!
гипоталамуса, гипофиза с увеличением продукции АКТГ, гипертрофи
коры надпочечников, атрофию вилочковой железы, изъязвление слиз1
стой оболочки желудка. В дальнейшем были доказаны участие в стрессор
ной реакции практически всего организма и ведущая роль в этом ЦНС.
В общем адаптационном синдроме Селье выделил три фазы изменени
уровня сопротивления организма стрессору: 1) реакция тревоги, когда сс
противление снижалось; 2) фаза повышенного сопротивления; 3) фаза ис
тощения механизмов сопротивления. В повседневной жизни встречаютс
все эти фазы реакций организма — ощущение трудности перенесени
сложной ситуации, «втягивание» — привыкание к ней, затем ощущена
невозможности дальнейшего нахождения в этой ситуации, острая потреС
ность выхода из нее.
Предложены и другие классификации фаз адаптации организма челов<
ка, о которых будет сказано в соответствующих главах учебника.
Каждая реакция адаптации имеет некую «стоимость», т.е. цену адапк
ции, которую организм «платит» затратой веществ, энергии, различны
резервов, в том числе защитных. Истощение этих резервов приводит
фазе дизадаптации, для которой характерны состояние сдвигов гомеостз
за, мобилизация вспомогательных физиологических систем, неэкономна
трата энергии.
Если организм возвращается к исходным условиям, то он постепенн
утрачивает приобретенную адаптацию, т.е. реадаптируется к исходны,
условиям. Повторная адаптация возможна, если организм вновь окажете
в условиях, к которым он был адаптирован. При этом в одних случая
способность к повторной адаптации может быть повышена, в других
понижена в зависимости от истощенности или тренированности механиз
мов адаптации. Тренировка механизмов адаптации благоприятна для мс
бильности и стойкости адаптации. Готовность к адаптации и ее эффектиг
ность динамичны и зависят от многих факторов, в числе которых состоя
ние здоровья, рациональное питание, режим сна и бодрствования, труда
отдыха, физическая активность и тренировка, закаливание, адаптирующи
лекарственные средства (адаптогены), воздействие гипоксии.
Состояние стресса может быть тем фоном, на котором на организ]
действуют иные раздражители. Такая ситуация является типичной для по
вседневной жизни. Реакция на такой добавочный раздражитель може
усилиться, что рассматривают как перекрестную сенсибилизацию, ил
ослабиться — перекрестная резистентность.
Добавочный раздражитель сам по себе влияет на выраженность стрес
сорной реакции. Так, отрицательные эффекты распространенного в наше,
жизни эмоционального стресса ослабляются или снимаются интенсивно:
физической нагрузкой, философией оптимизма и многими другими прие
мами.
Описанные фазы неспецифической адаптации характеризуют актив
ность адаптационных реакций, которые должны быть дополнены еще 1
адаптивным поведением, целью которых является ускорение адаптации 1
уменьшение отрицательных влияний стрессорных факторов.
32
Существует и пассивная форма адаптации по принципу «экономизации
активности», которая проявляется в гипореактивности или ареактивности.
Ее выражением может быть такое общее состояние организма, как сон.
Физиологический сон выступает в роли экономизирующего энергетиче-
ские затраты фактора.
Ареактивность может быть результатом снижения реактивности рецеп-
торов (адаптация рецепторов), торможения центральной части рефлек-
торной дуги. В механизме адаптации может принять участие и эффектор-
ный компонент, когда с помощью различных механизмов снижается ин-
тенсивность или исключаются реакции эффекторов — органов-исполни-
телей.
Объективное определение адаптированности или неадаптированности
человека к субэкстремальным условиям вызывает значительные затрудне-
ния. Тем нс менее об адаптированности организма человека к новым
условиям свидетельствуют восстановление полноценной физической и ум-
ственной работоспособности; сохранение общей резистентности в ответ
на действие дополнительного возмущающего фактора, его переносимость
в субэкстремальных условиях; достаточно совершенная адаптированность
к временным факторам; нормальный иммунный статус; воспроизведение
здорового потомства; устойчивый уровень активности реакций и взаимо-
действия функциональных систем.
В субэкстремальных условиях у человека проявляются не только об-
щие, неспецифические, но и специфические, частные реакции, направлен-
ные на адаптацию организма к конкретным условиям внешней среды.
В одних случаях эти условия созданы искусственно, например специфиче-
ские условия производства, в других случаях это естественные условия,
например климатические.
В развитии адаптации прослеживается два этапа: начальный — «сроч-
ная» адаптация, и последующий — «долговременная» адаптация. «Сроч-
ная» адаптационная реакция развивается сразу с началом действия стрессо-
ра на основе готовых физиологических механизмов. Например, увеличе-
ние теплопродукции в ответ на холодовое воздействие или повышение ле-
гочной вентиляции при недостатке кислорода во вдыхаемом воздухе и др.
«Срочная» адаптация мобилизует функциональные резервы и часто в не-
полной мере обеспечивает адаптационный эффект.
«Долговременная» адаптационная реакция развивается постепенно в ре-
зультате длительного или многократного действия на организм факторов
внешней среды. Эта адаптация происходит на основе многократной «сроч-
ной» адаптации. В итоге накопления структурных и функциональных из-
менений организм приобретает новое качество — из неадаптированного
превращается в адаптированный. Именно переход от «срочной» адаптации
к «долговременной» делает возможной стабильную жизнь организма в но-
вых условиях.
Адаптации значительно отличаются у разных людей скоростью и выра-
женностью в зависимости от индивидуальных особенностей каждого чело-
века.
На основании результатов исследования адаптации лиц, переселяю-
щихся в районы Сибири и Крайнего Севера, выявлены следующие кон-
ституционные типы (по В.П. Казначееву): «спринтеры», «стайеры» и
«миксты» (смешанный тип).
Организм «спринтера» способен осуществлять мощные физиологиче-
ские реакции с высокой степенью надежности в ответ на действие значи-
тельных, но кратковременных факторов внешней среды. Высокий уровень
33
надежности физиологических реакций может поддерживаться лишь отно
сительно короткий срок. «Спринтеры» мало приспособлены к выдержива
нию длительных и менее интенсивных нагрузок.
«Стайер» менее приспособлен к переносимости мощных кратковремен
ных нагрузок. Однако после кратковременной перестройки его организм
способен выдерживать продолжительные равномерные воздействия факто
ров внешней среды. Промежуточные варианты конституционных типо
названы «микстами».
«Спринтеры» и «стайеры» различаются по ряду конституциональных
физиологических и биохимических показателей, а также заболеваемостью
В целом цикл адаптивной перестройки в новой экологической и климати
ческой зоне с субэкстремальными условиями у людей длится 2—3 года
Это относительно короткий срок — у других биологических видов эквива
лентные перестройки требуют смены нескольких поколений.
1.5. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ФИЗИОЛОГИИ
Физиология обязана своим возникновением потребностям медицины,
также стремлению человека познать себя, сущность и проявления жизн
на различных уровнях ее организации. Потребность сохранения жизни че
ловека существовала на всех этапах его развития, и уже в древние времен
формировались элементарные представления о деятельности организм
человека, являясь обобщением накопленного опыта человечества. Гиппок
рат (460—377 гг. до н.э.) представлял организм человека как некое единсл
во жидких сред и психического склада личности, подчеркивал связь челе
века со средой обитания и то, что движение является основной формо
этой связи.
Достойный вклад в развитие физиологии внес древнеримский врач П
лен (129—201 гг.). Он впервые ввел живосечение (вивисекция) как мете
исследования, указал на роль диафрагмы и межреберных мышц в дыхе
нии, установил наличие крови в артериях, связал психические функции
головным мозгом.
В средние века, когда прогресс научной мысли в Европе затормозила
заметный вклад был внесен врачами арабского Востока: Ибн-Аль-Нафг
(ХШ в.) описал малый (легочный) круг кровообращения.
Эпоха Возрождения (XVI—XVII вв.) с ее возросшими потребностям
общественного производства пробудила к жизни науку и культуру, а усп<
хи физики и химии, обращение к ним врачей определили стремление 061
яснить деятельность организма человека на основе происходящих в не
химических и физических процессов.
Изобретение микроскопа и углубление знаний о микроскопическо
строении тканей животных побудило к исследованию функционально!
назначения открываемых структур. Успехи химии и изучения кругообор<
та веществ в природе направляют интересы человека к судьбе поступав
щих в его организм веществ, что становится предметом исследовательск
го интереса. Совершенствование точных наук, естествознания в целом
философии определяет обращение человеческой мысли к механизмам дв
жения. Так, Р Декарт (1596—1650) формулирует рефлекторный принцип о
ганизации движений, в основе которого лежит побуждающий их стимул.
Особое место в науке о человеке сыграло открытие английским враче
У Гарвеем (1578—1657) кровообращения. Обладая обширными анатом
ческими знаниями, Гарвей проводил экспериментальные исследования
34
животных и наблюдения на людях, основал физиологию как науку, основ-
ным методом которой является эксперимент. Официальной датой возник-
новения физиологии человека и животных как науки принят 1628 г. — год
выхода в свет трактата Гарвея «Анатомическое исследование о движении
сердца и крови у животных». Это произведение послужило стимулом к
изучению деятельности организма в экспериментах на животных как
основного объективного источника знаний.
В XVII в. был выполнен ряд исследований по физиологии мышц, дыха-
ния, обмена веществ. В Европе в XVIII в. возникло учение о «животном
электричестве» (Гальвани, 1737—1798), переросшее в один из ведущих раз-
делов современной науки — электрофизиологию. Получил дальнейшее раз-
витие принцип рефлекторной деятельности (Прохаска, 1749—1820). Было
внесено много ценного в понимание деятельности систем кровообраще-
ния (Хеле, 1667—1761), дыхания (Пристли, 1733—1804), обмена веществ
(Лавуазье, 1743—1794).
В этот период открылась Российская академия наук (1724), где Д. Бер-
нулли выполнил первые в России экспериментальные исследования дви-
жения крови по кровеносным сосудам.
XIX в. — период расцвета аналитической физиологии, когда были сде-
ланы выдающиеся открытия практически по всем физиологическим систе-
мам. Это происходило одновременно с бурным ростом естествознания,
обретением фундаментальных знаний о природе: открытием закона сохра-
нения энергии, клеточного строения организмов, формированием основ
учения об эволюции жизни на Земле. Особое значение в развитии физио-
логии сыграли новые методические подходы и изобретения выдающихся
физиологов той поры. Все это определило в середине XIX в. выделение фи-
зиологии в самостоятельную науку. В университетах России, Англии созда-
вались физиологические лаборатории, интенсифицировались физиологи-
ческие исследования в Европе.
Во второй половине XIX — начале XX вв. физиология в России стала
одной из передовых в мировой науке, в чем выдающуюся роль сыграли
столичные школы И.М. Сеченова (1829—1905), Н.П. Павлова (1849—
1936), известные школы Казани, Киева, Одессы, Томска, Екатеринбурга.
Российская наука при всей ее самобытности, методологической ориги-
нальности поддерживала теснейшие творческие связи с ведущими физио-
логическими школами Западной Европы, а затем и Америки.
XX в. — период интеграции и специализации наук, не обошел величай-
шими открытиями и физиологию. В 40—50-х годах утвердилась мембран-
ная теория биоэлектрических потенциалов (А.Л. Ходжкин, Э.Ф. Хаксли,
Б. Катц). Теория ионных механизмов возбуждения нейронов в 1963 г. от-
мечена Нобелевской премией (Д.К. Экклс, Э.Ф. Хаксли, А.Л. Ходжкин).
Были сделаны принципиальные открытия в области цитофизиологии и
цитохимии.
Конец XIX и начало XX вв. — период определяющих успехов в области
физиологии нервов и мышц как возбудимых тканей (Дюбуа-Реймон,
Э.Ф. Пфлюгер, П.Г. Гейденгайн, Ю. Бернштейн, Г.Л. Гельмгольц). В Рос-
сии особенно заметные исследования в этом разделе науки выполнили
Н.Е. Введенский (1852—1922), А.И. Бабухин (1835—1891), Б.Ф. Вериго
(1860-1925), В.Я. Данилевский (1852-1939), В.Ю. Чаговец (1873-1941).
За открытия теплообразования в мышцах А.В. Хиллу (1886—1977) и
О.Ф. Мейергофу (1884—1951) была присуждена Нобелевская премия. До-
стижением XX в., отмеченным Нобелевской премией 1936 г., явилось от-
крытие химического механизма передачи нервного импульса в синапсах
35
О. Леви (1873—1961) и Г.Х. Дейлом (1875—1968). Развитие этого направле-
ния в трудах У Эйлера, Д. Аксельрода и Б. Катца было отмечено Нобелев-
ской премией в 1970 г. В недавнее время (1998 г.) Нобелевская премия
присуждена за открытие роли NO как нейротрансмиттера в кардиоваску-
лярной системе Р.Ф. Фаршготту, Л.Д. Игнарро и Фериду Мураду. В после-
дующем была установлена такая же роль NO в других висцеральных систе-
мах и показана его роль как вторичного мессенджера в гладких миоцита>
и гландулоцитах.
В 2000 г. за работы по механизмам деятельности центральных синап-
сов, внедрение результатов этих исследований в клиническую практи
ку Нобелевская премия присуждена А. Карлсону, Р Грингарду и Е.Кан-
делу.
А.Д. Эрлангер и Г Гассер были отмечены в 1944 г. той же премией з<
успехи в изучении проведения импульсов по нервным волокнам. В реше
ние проблемы возбуждения нервов и мышц в этот период существенны!
вклад внесли и российские физиологи — А.А. Ухтомский (1875—1942)
А.Ф. Самойлов (1867—1930), Д.С. Воронцов (1886—1965).
Выдающаяся роль в исследовании функций мозга принадлежи
И.М. Сеченову (1829—1905), который в 1862 г открыл явление торможе
ния в ЦНС, что во многом определило последующие успехи исследовани
координации рефлекторной деятельности. Идеи, изложенные И.М. Сече
новым в книге «Рефлексы головного мозга» (1863), определили то, что
рефлекторным актам были отнесены психические явления, внесли новы
представления в механизмы деятельности мозга, наметили принципиальн
новые подходы к его дальнейшим исследованиям. При этом ученый по;
черкивал определяющую роль внешней среды в рефлекторной деятельнс
сти мозга.
На качественно новый уровень вывел теорию рефлекторной деятел)
ности мозга И.П. Павлов (1849—1936), создав учение о высшей нервной де;
тельности (поведение) человека и животных, ее физиологии и патологи
И.П. Павлов основал школу отечественных физиологов, внесшую выдан
щийся вклад в мировую науку.
В числе учеников и последователей И.П. Павлова академики П.К. Ahi
хин, Э.А. Асратян, К.М. Быков, Л.А. Орбели и многие другие, создавш)
отечественные физиологические научные школы.
Идеи И.П. Павлова о рефлекторной деятельности мозга получили дал
нейшее развитие в учении о функциональных системах П.К. Анохи!
(1898—1974), которые являются основой организации сложных форм п
веденческой деятельности и обеспечения гомеостаза организма человека
животных. В наши дни это направление успешно развивается научн,
школой академика К.В. Судакова. Трудно переоценить вклад в физиол
гию нервной системы И.С. Бериташвили (1885—1975), открывшего фун;
ментальные закономерности в деятельности мозга и создавшего ряд ор
гинальных теорий о ее организации.
Э.А. Асратян (1903—1981) — автор ряда фундаментальных работ, в к
торых развивал основные положения И.П. Павлова о высшей нервной /
ятельности. К.М. Быков (1887—1959) основал учение о двусторонней ci
зи коры головного мозга с внутренними органами, о кортико-висцера;
ной патологии. Его ученик В.Н. Черниговский (1907—1981) обогатил Н!
ку учением об интероцепции висцеральных органов, регуляции систе!
крови.
Л.А. Орбели (1882—1958) основал учение об адаптационно-трофи1
ских влияниях симпатической нервной системы на соматические и веге
36
тивные функции организма, явился одним из основателей эволюционной
физиологии. Л.С. Штерн (1878—1968) создала учение о гематоэнцефали-
ческом и гистогематическом барьерах, обеспечивающих гомеостатические
функции в организме человека и животных.
Велика заслуга А.А. Ухтомского (1875—1942) в изучении физиологии
ЦНС. Его учение о доминанте — «основном принципе деятельности»
мозга — и поныне питает идеи организации целенаправленной деятель-
ности человека и животных.
В конце XIX и в XX вв. физиология мозга успешно развивается в Евро-
пе и Америке. В большой мере это связано с созданием нейронной теории
рефлекторной деятельности мозга на основе его гистологического иссле-
дования К. Гольджи (1844—1926) и С. Рамон-и-Кахалем (1852—1934), удо-
стоенными Нобелевской премии в 1906 г., а затем Лоренте де Но.
Выдающуюся роль в изучении функций центральной нервной системы
сыграл Ч.С. Шеррингтон (1856—1952), разработавший и сформулировав-
ший основные принципы координационной деятельности мозга. Эти ра-
боты были удостоены в 1932 г. Нобелевской премии. Премию одновремен-
но получил и электрофизиолог З.Д. Эдриан (1889—1977), также внесший
существенный вклад в современные представления о деятельности мозга.
Заслуга Ч.С. Шеррингтона и в том, что он воспитал плеяду физиологов,
которым наука обязана многими выдающимися открытиями (Р. Гранит,
Р Магнус, У Пенфилд, Дж. Экклс и др.).
Р Магнусу (1873—1927) наука обязана учением об установочных рефлек-
сах, распределяющих тонус скелетных мышц. Р Гранит, X. К. Хартлайнен
и Д. Уолд в 1967 г., а Д. Хьюбел и Т. Визел в 1981 г. были удостоены Нобе-
левской премии за работы по физиологии и биохимии зрительного анали-
затора. В этот раздел науки внесли достойный вклад также отечественные
ученые П.П. Лазарев (1878—1942) и В.С. Кравков (1893—1951).
Современная физиология ретикулярной формации мозга создана экспери-
ментальными исследованиями Г Мэгуна и Д. Моруцци. Следует подчерк-
нуть, что основой для проведения этих исследований послужили результа-
ты научных работ И.М. Сеченова и В.М. Бехтерева.
Физиология висцеральных органов в истории науки занимает весьма за-
метное место со времени возникновения физиологии до наших дней. XIX
и XX вв. ознаменованы крупными открытиями по механизмам регуляции
деятельности сердца и кровеносных сосудов: К. Людвиг (1816—1895),
И.Ф. Цион (1842-1912), К. Бернар (1813-1878), Ф.В. Овсянников (1827-
1906), В. Эйнтховен (1860—1927), Э.Г Старлинг (1866—1927) и др.
За исследования капиллярного кровообращения в 1920 г. Нобелевской
премии был удостоен А. Крог (1874—1949).
Богат XX в. успехами в области физиологии дыхания, особенно его ре-
гуляции (Н.А. Миславский, К. Гейманс, Д.С. Холдейн). За работы в этой
области К. Гейманс (1892—1968) получил Нобелевскую премию в 1939 г.
Крупные открытия были сделаны по биохимии газообмена и клеточного
дыхания (А. Крог, Д. Баркрофт), а О.Г Варбургу (1883—1970) за открытие
ферментативного механизма клеточного дыхания была присуждена Нобе-
левская премия в 1931 г. Велик вклад в физиологию дыхательного центра
М.В. Сергиевского (1898—1982).
Физиологией пищеварения в разное время занимались выдающиеся фи-
зиологи Европы и Америки (Людвиг, Клод Бернар, Гейденгайн, Старлинг
и др.), но «пересоздал физиологию пищеварения» (так сказано в дипломе
Нобелевского лауреата 1904 г.) И.П. Павлов — первый среди физиологов
мира и первый российский ученый, удостоенный этого высокого звания.
37
Внутриклеточному пищеварению были посвящены работы еще однол
российского Нобелевского лауреата — И.И. Мечникова (1845—1916)
В лаборатории И.П. Павлова работали Е.С. Лондон, И.П. Разенког
Г.В. Фольборт, Б.П. Бабкин и др., которые продолжили славные традици
первооткрывателей в области физиологии пищеварения. Выдающуюс
роль в этой области науки сыграл А.М. Уголев (1926—1992), котором
принадлежат честь открытия мембранного кишечного пищеварения.
Открытиями в области изучения деятельности эндокринных желез бон
XX в. В 1923 г. Нобелевская премия присуждена Ф.Г Бантингу (1891-
1941), Д. Маклеоду (1876-1935) и Ч.Г Бесту (1899-1978) за работы г
инсулину. Этой премии в 1947 г. удостоен Б.А. Усай (1887—1971) за открь
тия в области физиологии гипофиза. Работы по изучению функции этс
железы были отмечены и в 1977 г. — Р Гиймен, Э.В. Шалли и Р.С. Яле
В 1950 г. Нобелевской премии за исследование функции надпочечник
удостоены Ф.Ш. Хенч (1896-1965), Э.К. Кендалл (1886-1972) и Т. Рей
штейн (р. в 1897).
В 1971 г. Нобелевским лауреатом стал Э.У Сазерленд (1915—1974), к
торый открыл роль АМФ в регуляции обмена веществ, показал его зна^
ние как посредника в гормональном воздействии на обмен веществ. За f
боты о сигнальной роли G-белков в клетках, участвующих в передаче и
формации от рецепторов на цепь внутриклеточных процессов, лежащи?
основе функции клетки, Нобелевской премии были удостоены в 1994
А.Г. Гилман и М. Родвелль.
Глава 2
ВОЗБУДИМЫЕ ТКАНИ
2Л. ФИЗИОЛОГИЯ ВОЗБУДИМЫХ ТКАНЕЙ
Основным свойством живых клеток является раздражимость, т.е. их
способность реагировать изменением обмена веществ в ответ на дейст-
вие раздражителей. Возбудимость — свойство клеток отвечать на раздра-
жение возбуждением. К возбудимым относят нервные, мышечные и не-
которые секреторные клетки. Возбуждение — ответ ткани на ее раздраже-
ние, проявляющийся в специфической для нее деятельности (проведе-
ние возбуждения нервной тканью, сокращение мышцы, секреция желе-
зы) и неспецифических реакциях (генерация потенциала действия, мета-
болические изменения).
Одним из важных свойств живых клеток является их электрическая воз-
будимость, т.е. способность возбуждаться в ответ на действие электриче-
ского тока. Высокая чувствительность возбудимых тканей к действию сла-
бого электрического тока впервые была продемонстрирована Л. Гальвани
в опытах на нервно-мышечном препарате задних лапок лягушки. Если к
нервно-мышечному препарату лягушки приложить две соединенные меж-
ду собой пластинки из различных металлов, например медь—цинк, таким
образом, чтобы одна пластинка касалась мышцы, а другая — нерва, то
мышца сокращается {первый опыт Гальвани).
Детальный анализ результатов опытов Гальвани, проведенный Вольта,
позволил сделать другое заключение: электрический ток возникает не в жи-
вых клетках, а в месте контакта разнородных металлов с электролитом, по-
скольку тканевые жидкости представляют собой раствор солей. В результа-
те своих исследований Вольта создал устройство, получившее название
«вольтов столб» — набор последовательно чередующихся цинковых и сереб-
ряных пластинок, разделенных бумагой, смоченной солевым раствором. В
доказательство справедливости своей точки зрения Гальвани провел другой
опыт: набрасывал на мышцу дистальный отрезок нерва, который иннерви-
рует эту мышцу, при этом мышца также сокращалась {второй опыт Гальва-
ни, или опыт без металла). Отсутствие металлических проводников при
проведении опыта позволило Гальвани подтвердить свою точку зрения и
развить представления о «животном электричестве», т.е. электрических яв-
лениях, возникающих в живых тканях. Окончательное доказательство су-
ществования электрических явлений в живых тканях было получено в опы-
те «вторичного тетануса» Маттеуччи, в котором один нервно-мышечный
препарат возбуждался током, а биотоки сокращающейся мышцы раздража-
ли нерв второго нервно-мышечного препарата.
В конце XIX в. благодаря работам Германа, Дюбуа-Раймона, Ю. Бернш-
тейна стало очевидно, что электрические явления, возникающие в возбуди-
мых тканях, обусловлены электрическими свойствами клеточных мембран.
2.1.1. Строение и основные функции клеточных мембран
Биологические мембраны образуют наружную оболочку всех живот-
ных клеток и формируют многочисленные внутриклеточные органеллы.
39
Наиболее характерным структурным признаком является то, что мембра-
ны всегда образуют замкнутые пространства, и такая микроструктурная
организация мембран позволяет им выполнять важнейшие функции.
• Барьерная функция выражается в том, что мембрана при помощи соот-
ветствующих механизмов участвует в создании концентрационных гра-
диентов, препятствуя свободной диффузии. При этом мембрана прини-
мает участие в механизмах электрогенеза. К ним относятся механизмы
создания потенциала покоя, генерация потенциала действия, механизмы
распространения биоэлектрических импульсов по однородной и неодно-
родной возбудимым структурам.
• Регуляторная функция заключается в тонкой регуляции внутриклеточно-
го содержимого и внутриклеточных реакций за счет рецепции внекле-
точных биологически активных веществ, что приводит к изменению ак-
тивности ферментных систем мембраны и запуску механизмов вторич-
ных «мессенджеров» («посредники»).
• Контактная функция клеточной мембраны заключается в организации
зон специфического или неспецифического контакта между клетками с
образованием тканевой структуры. При этом в области контакта возмо-
жен обмен ионами, медиаторами, макромолекулами между клетками,
или передача электрических сигналов.
• Преобразование внешних стимулов неэлектрической природы в электри-
ческие сигналы (в рецепторах).
• Высвобождение нейромедиаторов в синаптических окончаниях.
Методом электронной микроскопии была определена толщина клеточ-
ных мембран (6—12 нм). Химический анализ показал, что мембраны в
основном состоят из липидов и белков, количество которых неодинаково
у разных типов клеток. Сложность изучения молекулярных механизмов
функционирования клеточных мембран обусловлена тем, что при выделе-
нии и очистке клеточных мембран нарушается их нормальное функциони-
рование. В настоящее время предложено несколько моделей клеточной
мембраны, среди которых наибольшее распространение получила жидко-
стно-мозаичная модель Сингера и Николсона.
Согласно этой модели, мембрана представлена бислоем фосфолипид-
ных молекул, ориентированных таким образом, что гидрофобные концы
молекул находятся внутри бислоя, а гидрофильные направлены в водную
фазу (рис. 2.1). Такая структура идеально подходит для образования разде-
ла двух фаз: вне- и внутриклеточной.
В фосфолипидном бислое интегрированы глобулярные белки, поляр-
ные участки которых образуют гидрофильную поверхность в водной фазе.
Эти интегрированные белки выполняют различные функции, в том числе
рецепторную, ферментативную, образуют ионные каналы, являются мемб-
ранными насосами и переносчиками ионов и молекул.
Некоторые белковые молекулы свободно диффундируют в плоскости
липидного слоя; в обычном состоянии части белковых молекул, выходя-
щие по разные стороны клеточной мембраны, не изменяют своего поло-
жения. Здесь описана только общая схема строения клеточной мембраны,
и для других типов клеточных мембран возможны значительные различия:
в частности, для мембран митохондрий и зрительных рецепторов липид-
ный слой заменяется регулярно расположенными субъединицами. В каче-
стве этих субъединиц для митохондриальной мембраны выступают комп-
лексы ферментов, для мембраны зрительных рецепторов — молекулы зри-
тельных пигментов.
40
Рис. 2.1. Трехмерная жидкостно-мозаичная модель клеточной мембраны (по Син-
геру-Николсону).
А — фосфолипидный бислой, в который погружены белки; Б — различные моменты движе-
ния Na+ через клеточную мембрану.
Возбудимые клетки связаны между собой зонами специфических и не-
специфических контактов. Зоны неспецифического контакта представле-
ны неизмененными участками прилежаших друг другу клеточных мембран
соседних клеток, между которыми находится межклеточная жидкость.
Зоны специфического контакта в возбудимых тканях в основном пред-
ставлены щелевыми, плотными контактами и десмосомами. Щелевые кон-
такты являются областью межклеточного обмена ионами и малыми моле-
кулами с мол. массой до 500. Функция щелевых контактов нарушается при
повышении внутриклеточной концентрации Са2+ и Н+ Щелевые и плот-
ные контакты также ответственны за передачу возбуждения между клетка-
ми. Десмосомы обеспечивают механическую связь между клетками.
2Л.2. Основные свойства клеточных мембран и ионных каналов
Электрические характеристики мембран. Особая морфология клеточных
мембран определяет их электрические характеристики, среди которых
наиболее важными являются емкость и проводимость.
Емкостные свойства в основном определяются фосфолипидным бисло-
ем, который непроницаем для гидратированных ионов и в то же время до-
статочно тонок (около 5 нм), чтобы обеспечивать эффективное разделение
и накопление зарядов и электростатическое взаимодействие катионов и
анионов. Кроме того, емкостные свойства клеточных мембран являются
41
одной из причин, определяющих временные характеристики электриче-
ских процессов, протекающих на клеточных мембранах.
Проводимость (g) — величина, обратная электрическому сопротивле-
нию и равная отношению величины общего трансмембранного тока для
данного иона к величине, обусловившей его трансмембранной разности
потенциалов.
Через фосфолипидный бислой могут диффундировать различные веще-
ства, причем степень проницаемости (Р), т.е. способность клеточной мемб-
раны пропускать эти вещества, зависит от разности концентраций диф-
фундирующего вещества по обе стороны мембраны, его растворимости в
липидах и свойств клеточной мембраны. Скорость диффузии для заряжен-
ных ионов в условиях постоянного поля в мембране определяется подвиж-
ностью ионов, толщиной мембраны, распределением ионов в мембране.
Для неэлектролитов проницаемость мембраны не влияет на ее проводи-
мость, поскольку неэлектролиты не несут зарядов, т.е. не могут перено-
сить электрический ток.
Проводимость мембраны является мерой ее ионной проницаемости.
Увеличение проводимости свидетельствует об увеличении количества
ионов, проходящих через мембрану.
Строение и функции ионных каналов. Ионы Na+, К+, Са2+, СГ прони-
кают внутрь клетки и выходят наружу через специальные, заполненные
жидкостью каналы. Размер каналов довольно мал (диаметр 0,5—0,7 нм).
Расчеты показывают, что суммарная площадь каналов занимает незначи-
тельную часть поверхности клеточной мембраны.
Функцию ионных каналов изучают различными способами. Наиболее
распространенным является метод фиксации напряжения, или «voltage-
clamp». Сущность метода заключается в том, что с помощью специальных
электронных систем в процессе опыта изменяют и фиксируют на опреде-
ленном уровне мембранный потенциал. При этом измеряют величину
ионного тока, протекающего через мембрану. Если разность потенциалов
постоянна, то в соответствии с законом Ома величина тока пропорцио-
нальна проводимости ионных каналов. В ответ на ступенчатую деполяри-
зацию открываются те или иные каналы, соответствующие ионы входят в
клетку по электрохимическому градиенту, т.е. возникает ионный ток, ко-
торый деполяризует клетку. Это изменение регистрируется с помощью
усилителя и через мембрану пропускается электрический ток, равный по
величине, но противоположный по направлению мембранному ионному
току. При этом трансмембранная разность потенциалов не изменяется.
Совместное использование метода фиксации потенциала и специфических
блокаторов ионных каналов привело к открытию различных типов ионных
каналов в клеточной мембране. Для натриевых каналов таким специфиче-
ским блокатором является тетродотоксин (ТТХ), для калиевых — тетра-
этиламмоний (ТЭА), для кальциевых — D-600, верапамил.
В настоящее время установлены многие типы каналов для различных
ионов (табл. 2.1). Одни из них весьма специфичны, другие, кроме основ-
ного, могут пропускать и другие ионы.
Изучение функции отдельных каналов возможно методом локальной
фиксации потенциала «path-clamp». Стеклянный микроэлектрод заполняют
солевым раствором, прижимают к поверхности мембраны и создают небо-
льшое разрежение. При этом часть мембраны подсасывается к микроэлект-
роду. Если в зоне присасывания оказывается ионный канал, то регистриру-
ют активность одиночного канала. Система раздражения и регистрации ак-
тивности канала мало отличается от системы фиксации напряжения.
42
Таблица 2.1. Важнейшие ионные каналы и ионные токи возбудимых клеток
Канал Ток Характеристика Блокаторы Функция
Калиевый канал, состояние покоя / (утечка) Отвечает за утечку ка- лия в покое ТЭА В основном созда- ние потенциала покоя
Натриевый канал 4la+ Быстро активируется при деполяризации, затем следует потен- циалзависимая инак- тивация ТТХ Генерация перед- него фронта ПД
Кальциевый канал ^Са2+ Медленная активация при деполяризации; инактивация зависит от мембранного по- тенциала D-600, верапамил Генерация медлен- ных деполяризую- щих потенциалов
Калиевый канал, задержанное вы- прямление Задержанная актива- ция при деполяриза- ции ТЭА (внут- ри- и вне- клеточно) Обеспечивает реполяризацию
Калиевый каль- ций-активируе- мый канал /к+(Са^+) Активируется (Ca)i Кальциевая активация усиливается при депо- ляризации ТЭА (вне- клеточно) Обеспечивает ре- поляризацию нат- риевых и кальцие- вых ПД
Ток через одиночный ионный канал имеет прямоугольную форму и
одинаков по амплитуде для каналов различных типов. Длительность пре-
рывания канала в открытом состоянии имеет вероятностный характер, но
зависит от величины мембранного потенциала. Суммарный ионный ток
определяется вероятностью нахождения в открытом состоянии в каждый
конкретный период времени определенного числа каналов.
У Наружная часть канала сравнительно доступна для изучения, исследо-
вание внутренней части представляет значительные трудности. П.Г Кос-
Тюк и сотр. разработали метод внутриклеточного диализа, который позво-
ляет изучать функцию входных и выходных структур ионных каналов без
{фименения микроэлектродов. Оказалось, что часть ионного канала, от-
крытая во внеклеточное пространство, по своим функциональным свойст-
вам отличается от части канала, обращенной во внутриклеточную среду.
Именно ионные каналы обеспечивают два важных свойства мембраны:
селективность и проводимость.
, Селективность, или избирательность, канала обеспечивается его особой
белковой структурой. Большинство каналов являются электроуправляемы-
ми, т.е. их способность проводить ионы зависит от величины мембранного
потенциала. Канал на своем протяжении неоднороден по функциональным
характеристикам; особенно это касается белковых структур, находящихся у
входа в канал и у его выхода (так называемые воротные механизмы).
Рассмотрим принцип работы ионных каналов на примере натриевого
канала. Полагают, что в состоянии покоя натриевый канал закрыт. При
Деполяризации клеточной мембраны до определенного уровня происходит
открытие m-активационных ворот (активация) и усиление поступления
Na+ внутрь клетки. Через несколько миллисекунд (мс) после открытия
m-ворот происходит закрытие h-ворот, расположенных у выхода натрие-
вых каналов (инактивация) (рис. 2.2). Инактивация развивается в клеточ-
43
Рис. 2.2. Работа натриевых каналов и «воротных» механизмов.
А — в покое m-активационные ворота («m-ворота») закрыты; Б — при возбуждении «Ь-во-
рота» открыты; В — закрытие «Изворот» (инактивация) при деполяризации.
ной мембране очень быстро и степень инактивации зависит от величины и
времени действия деполяризующего стимула.
Работа натриевых каналов определяется величиной мембранного по-
тенциала. Рассчитано, что активированный натриевый канал пропускает
всего 6000 ионов за I мс. При этом весьма существенный натриевый ток,
который проходит через мембрану во время возбуждения, представляет со-
бой сумму тысяч одиночных токов.
При генерации одиночного потенциала действия в толстом нервном во-
локне изменение концентрации Na+ во внутренней среде составляет всего
1/100 000 от внутреннего содержания Na+ гигантского аксона кальмара.
Однако для тонких нервных волокон это изменение концентрации может
быть весьма существенным.
Кроме натриевых, в клеточных мембранах установлены другие виды ка-
налов, избирательно проницаемые для отдельных ионов: К+, Са2+ причем
существуют разновидности каналов для этих ионов (см. табл. 2.1).
Ходжкин и Хаксли сформулировали принцип «независимости» кана-
лов, согласно которому потоки натрия и калия через мембрану независи-
мы друг от друга.
Свойство проводимости различных каналов неодинаково. В частности,
для калиевых каналов процесса инактивации, в отличие от натриевых ка-
налов, не существует. Имеются особые калиевые каналы, активирующиеся
при повышении внутриклеточной концентрации кальция и деполяризации
клеточной мембраны. Активация калий-кальцийзависимых каналов уско-
ряет реполяризацию, тем самым восстанавливая исходное значение потен-
циала покоя.
Особый интерес представляют кальциевые каналы.
44
Входящий кальциевый ток, как правило, недостаточно велик, чтобы де-
поляризовать клеточную мембрану. Чаще всего поступающий в клетку ка-
льций выступает в роли «мессенджера», или вторичного посредника. Ак-
тивация кальциевых каналов обеспечивается деполяризацией клеточной
мембраны, например, входящим натриевым током. Процесс инактивации
кальциевых каналов достаточно сложен. С одной стороны, повышение
внутриклеточной концентрации свободного кальция приводит к инактива-
ции кальциевых каналов; с другой —- белки цитоплазмы клеток связывают
кальций, что позволяет поддерживать длительное время стабильную вели-
чину кальциевого тока, хотя и на низком уровне; при этом натриевый ток
полностью подавляется.
2.1.3. Методы изучения возбудимых клеток
Электрические явления, которые возникают в возбудимых тканях, обу-
словлены электрическими свойствами клеточных мембран. Поэтому необ-
ходимо остановиться на методических подходах современной физиологии
возбудимых тканей, используемых при исследовании электрических ха-
рактеристик клеточных мембран.
Любая физиологическая установка, предназначенная для изучения воз-
будимых клеток и тканей, должна содержать следующие основные элемен-
ты: 1) электроды для регистрации и стимуляции; 2) усилители биоэлектри-
ческих сигналов; 3) регистратор; 4) стимулятор; 5) систему для обработки
физиологической информации. Поскольку в современной медицине ши-
роко используются методы электрофизиологического исследования и воз-
действия электрическим током, необходимо кратко познакомиться с
основными методическими приемами.
При работе на изолированных органах, тканях и отдельных клетках
применяют специальные камеры и растворы определенного состава, на-
пример Рингера—Локка, Тироде, Хэнкса, позволяющие в течение длите-
льного времени поддерживать нормальную жизнедеятельность биологиче-
ского объекта. Во время эксперимента раствор должен быть насыщен кис-
лородом и иметь соответствующую температуру (для холоднокровных жи-
вотных +20 °C, для теплокровных +37 °C). В процессе эксперимента необ-
ходимо использовать проточные камеры для непрерывного обновления
раствора, в котором находится биологический объект.
\ При электрофизиологических исследованиях используют различные
7рйы электродов, детальное описание которых можно найти в соответст-
вующих руководствах. В то же время существуют определенные требова-
ния ко всем без исключения электродным системам.
Электроды, которые используют в эксперименте, должны оказывать
минимальное влияние на объект исследования, т.е. они должны только
передавать информацию от объекта или на объект.
Если в электрофизиологическом эксперименте исследуют собственно
Процесс возбуждения, то применяют два электрода с различной величи-
ной площади контактной поверхности (желательно в соотношении не
Менее 1:100). При этом электрод меньшей площади называют активным,
или референтным, большей площади — пассивным, или индифферент-
ным. При исследовании процесса распространения возбуждения исполь-
зуют два активных электрода с одинаковой площадью контактных повер-
хностей, устанавливаемых на возбудимой ткани на некотором расстоянии
Друг от друга, и индифферентный электрод, который устанавливают в от-
45
далении. В первом случае говорят о моно-(уни-)полярном способе отве-
дения потенциала (раздражении), во втором — о биполярном способе.
Необходимо подчеркнуть, что термин «униполярный» способ весьма
условен, поскольку всегда регистрируется разность потенциалов, а не аб-
солютное значение потенциала.
Поскольку работа с биологическим объектом подразумевает контакт
электрода с жидкостью, содержащейся в биологическом объекте, высока
вероятность возникновения контактных поляризационных потенциалов,
которые могут существенно исказить результаты исследования. Чтобы из-
бежать возможных искажений, в электрофизиологических экспериментах
используют специальные слабополяризующиеся электроды, например
хлорсеребряные или каломельные, имеющие незначительный поляризаци-
онный потенциал.
При исследовании электрофизиологических характеристик отдельных
клеток применяют стеклянные микроэлектроды. Они представляют собой
микропипетку с диаметром кончика менее 0,5 мкм, заполненные ЗМ рас-
твором хлорида калия.
В электрофизиологических экспериментах применяют различные уси-
лители биологических сигналов, позволяющие измерять минимальные из-
менения тока (до 10-12 А) и напряжения (до Ю-7 В). В связи с тем что ре-
гистрируемые сигналы могут иметь высокую скорость нарастания перед-
него фронта, усилители должны иметь достаточно широкую полосу пропу-
скания (сотни кГц). Наибольшие требования предъявляют к входным кас-
кадам усилителей, которые должны быть согласованы с внутренним со-
противлением измерительного электрода. Наибольшие трудности экспери-
ментатор встречает при использовании микроэлектродов для регистрации
быстрых изменений тока или потенциала, поскольку микроэлектроды
имеют очень высокое внутреннее сопротивление (до 150 Мом).
Стимуляторы, регистраторы, системы управления экспериментом и об-
работки физиологической информации еще более разнообразны, и их
описание можно найти в специальной литературе.
На рис. 2.3, А показана схема простейшей установки для измерения
трансмембранной разности потенциалов и изучения реакций возбудимой
мембраны при ее электрической стимуляции.
Исследуемый биологический объект (клетка, кусочек ткани) помещен в камеру,
содержащую солевой раствор и электрод сравнения. Если измерительный элект-
род также находится в растворе, то разность потенциалов между ним и электродом
сравнения стремится к нулю. В момент проникновения микроэлектрода внутрь
клетки регистрируют отрицательный потенциал относительно внешней среды
(рис. 2.3, Б). У покоящейся клетки с нормальным метаболизмом и стабильными
условиями внешней и внутренней среды постоянная разность потенциалов будет
регистрироваться неопределенно долго. Эта постоянная разность потенциалов на-
зывается потенциалом покоя, или мембранным потенциалом покоя. При этом потен-
циал внеклеточной среды принимается равным нулю. Величина потенциала покоя
неодинакова у различных типов клеток и колеблется обычно от —70 до —95 мВ.
В том случае, если в клетку введен второй, стимулирующий микроэлектрод,
можно исследовать реакцию возбудимой мембраны на действие электрического
тока. Если стимулирующий электрод электроотрицателен по отношению к внут-
ренней среде клетки, то говорят о входящем токе; при этом общая трансмембран-
ная разность потенциалов увеличивается, т. е. происходит гиперполяризация кле-
точной мембраны. Напротив, если стимулирующий электрод электроположителен
по отношению к внутренней среде клетки, то говорят о выходящем токе; при этом
общая трансмембранная разность потенциалов уменьшается, т.е. происходит де-
поляризация клеточной мембраны (рис. 2.4).
46
Рис. 2.3. Эксперимент внутриклеточной регистрации трансмембранных потенциа-
лов и электростимуляции клеточной мембраны.
А — экспериментальная установка для изучения электрических характеристик клеточных
мембран; Б — момент введения микроэлектрода в клетку.
1 — микроэлектрод для подачи тока; 2 — микроэлектрод для регистрации ответной реакции
клеточной мембраны; 3 — электроды сравнения; 4 — измеритель величины раздражающего
тока; 5 — усилитель; 6 — регистратор.
Как правило, при действии гиперполяризующего тока потенциал мемб-
раны изменяется в соответствии с законом Ома. При этом изменение по-
тенциала не зависит от молекулярных процессов в мембране, поэтому го-
ворят, что изменяются пассивные электрические свойства мембраны. При
действии деполяризующего тока потенциал мембраны не подчиняется за-
кону Ома, что связано с изменением функциональных характеристик ион-
ных каналов клеточной мембраны. Если деполяризация клеточной мемб-
раны достигает так называемого критического уровня, происходит актива-
Рис. 2.4. Реакция возбудимой мембраны на
Действие деполяризующего и гиперполяри-
зующего токов.
а — реакция клеточной мембраны на гиперполя-
ризующий (1, 2) и деполяризующий (3, 4) ток;
б — величина и направление гиперполяризующе-
го (Г, 2’) и деполяризующего (3\ 4’) стимулиру-
ющего тока.
п -20 нА
- 0
- +20 нА
47
ция ионных каналов клеточной мембраны и возникает потенциал дейст-
вия. Критический потенциал (Екр) — уровень мембранного потенциала,
при котором начинается генерация потенциала действия. Потенциал дей-
ствия (ПД, спайк, импульс) — быстрое колебание мембранного потенциа-
ла в положительном направлении. В этом случае мембрана реагирует ак-
тивно, поскольку изменение трансмембранной разности потенциалов обу-
словлено изменением функциональных свойств ионных каналов.
Детальный анализ процессов, протекающих в мембранах возбудимых
клеток, был проведен Ходжкиным, Хаксли и другими исследователями в
опытах на гигантском аксоне кальмара и привел к созданию современной
теории происхождения потенциала покоя и потенциала действия.
2.1.4. Потенциал покоя
Схема опыта Ходжкина—Хаксли: в аксон кальмара диаметром около
1 мм, помещенный в морскую воду, вводили активный электрод, второй
электрод (электрод сравнения) находился в морской воде. В момент введе-
ния электрода внутрь аксона регистрировали скачок отрицательного по-
тенциала, т.е. внутренняя среда аксона была заряжена отрицательно отно-
сительно внешней среды.
Как указывалось в разделе 2.1.2, электрический потенциал содержимо-
го живых клеток принято измерять относительно потенциала внешней
среды, который обычно принимают равным нулю. Поэтому считают сино-
нимами такие понятия, как трансмембранная разность потенциалов в по-
кое, потенциал покоя, мембранный потенциал. Согласно концепции Ход-
жкина и Хаксли, величина потенциала покоя зависит от ряда факторов, в
частности от селективной (избирательная) проницаемости клеточной мем-
браны для различных ионов; различной концентрации ионов цитоплазмы
клетки и ионов окружающей среды (ионная асимметрия); работы меха-
низмов активного транспорта ионов. Все эти факторы тесно связаны меж-
ду собой, и их разделение имеет определенную условность. Известно, что
в невозбужденном состоянии клеточная мембрана высокопроницаема для
ионов калия и малопроницаема для ионов натрия. Это было показано в
опытах с использованием изотопов натрия и калия: спустя некоторое вре-
мя после введения внутрь аксона радиоактивного калия его обнаруживали
во внешней среде. Таким образом, происходит пассивный (по градиенту
концентраций) выход ионов калия из аксона. Добавление радиоактивного
натрия во внешнюю среду приводило к незначительному повышению его
концентрации внутри аксона. Пассивный вход натрия внутрь аксона не-
сколько уменьшает величину потенциала покоя.
Установлено, что имеется разность концентраций ионов калия вне и
внутри клетки, причем внутри клетки ионов калия примерно в 20—50 раз
больше, чем вне клетки (табл. 2.2).
Таблица? 2. Концентрация ионов снаружи и внутри клетки
Ткань Внутриклеточная концентрация, мМ Внеклеточная концентрация, мМ
Na+ Na+ К?
Нервное волокно кальмара 49 но 140 22
Мышечное волокно лягушки 10 140 120 2,5
48
Разность концентраций ионов калия вне и внутри клетки и высокая
проницаемость для них клеточной мембраны обеспечивают диффузион-
ный ток этих ионов из клетки наружу и накопление избытка положитель-
ных К+ на наружной стороне клеточной мембраны, что противодействует
дальнейшему выходу К+ из клетки. Диффузионный ток ионов калия суще-
ствует до тех_ пор, пока стремление их двигаться по концентрационному
градиенту не уравновесится разностью.потенциалов на мембране. Эта раз-
ность потенциалов'называется калиевым равновесным потенциалом.
Равновесный потенциал (для соответствующего иона, Ек) — разность по-
тенциалсйГмежду внутренней средой клетки и внеклеточной жидкостью,
при которой вход и выход иона уравновешен, т.е. стремление ионов диф-
фундировать по концентрационному градиенту сбалансировано электро-
статической силой — трансмембранной разностью потенциалов.
Важно подчеркнуть следующие два момента: 1) состояние равновесия
наступает в результате диффузии лишь очень небольшого количества
ионов (по сравнению с их общим содержанием); калиевый равновесный
потенциал всегда больше (по абсолютному значению) реального потен-
циала покоя, поскольку мембрана в покое не является идеальным изоля-
тором, в частности имеется небольшая утечка Na+ Сопоставление теоре-
тических расчетов с использованием уравнений постоянного поля Голд-
мана, формулы Нернста показали хорошее совпадение с эксперименталь-
ными данными при изменении вне- и внутриклеточной концентра-
ции К+
Трансмембранную диффузионную разность потенциалов рассчитывают
по формуле Нернста:
Ек =
* ZF К,
где Ек — равновесный потенциал; R — газовая постоянная; Т — абсолют-
ная температура; Z — валентность иона; F — постоянная Фарадея; Ко и
Kt — концентрации К+ вне и внутри клетки соответственно.
Величина мембранного потенциала для значений концентрации К+
приведенных в табл. 2.2, при температуре +20 °C составляет примернг
60 мВ. Поскольку концентрация ионов К+ вне клетки меньше, чем внут
ри, Ек будет отрицательным.
В состоянии покоя клеточная мембрана высокопроницаема не толью
для К+ У мышечных волокон мембрана высокопроницаема и для СГ
В клетках с высокой проницаемостью для С1_, как правило, оба иона -
С1“ и К+ практически в одинаковой степени участвуют в создании потен
циала покоя.
Известно, что в любой точке электролита количество анионов всегд
соответствует количеству катионов (принцип электронейтральности), поэ
тому внутренняя среда клетки в любой точке электронейтральна. Действи
тельно, в опытах, выполненных на аксоне кальмара, перемещение элект
рода внутри аксона не выявило различия в трансмембранной разности по
тенциалов.
Активный транспорт. Поскольку мембраны живых клеток в той ил
иной степени проницаемы для всех ионов, совершенно очевидно, что бе
специальных механизмов невозможно поддерживать постоянную разност
концентрации ионов (ионная асимметрия). В клеточных мембранах суше
ствуют специальные системы активного транспорта, работающие с затрг
+
той энергии и перемещающие ионы против градиента концентраций. Экс-
периментальным доказательством существования механизмов активного
транспорта служат результаты опытов, в которых активность АТФазы по-
давляли различными способами, например сердечным гликозидом оуабаи-
ном. При этом происходило выравнивание концентраций К+ вне и внутри
клетки и мембранный потенциал уменьшался до нуля.
Различают два вида активного транспорта. Первичный активный транс-
порт получает энергию, высвобождаемую непосредственно при гидролизе
АТФ или креатинфосфата. Вторичный активный транспорт заключается в
переносе вещества против градиента концентрации; энергообеспечение
этого процесса происходит за счет энергии, которая освобождается при
транспорте других веществ по градиенту концентрации.
Примером первичного активного транспорта является механизм, под-
держивающий низкую внутриклеточную концентрацию Na+ и высокую
концентрацию К+ (натрий-калиевый насос) (рис. 2.5). Известно, что в
50
клеточной мембране имеется система переносчиков, каждый из которых
связывается с тремя находящимися внутри клетки Na+ и выводит их нару-
жу. С наружной стороны переносчик связывается с двумя находящимися
вне клетки К+, которые переносятся в цитоплазму. Энергообеспечение ра-
боты систем переносчиков обеспечивается АТФ. Функционирование насо-
са по такой схеме приводит к следующим результатам.
а Поддерживается высокая концентрация К+ внутри клетки, что обеспе-
чивает постоянство величины потенциала покоя. Вследствие того что за
один цикл обмена ионов из клетки выводится на один положительный
ион больше, чем вводится, активный транспорт играет роль в создании
потенциала покоя (электрогенный насос). Однако величина вклада элек-
трогенного насоса в общее значение потенциала покоя обычно невелика
и составляет несколько мВ.
а Поддерживается низкая концентрация Na+ внутри клетки, что обеспе-
чивает работу механизма генерации потенциала действия и сохранение
нормальных осмолярности и объема клетки.
Примером вторичного активного транспорта может служить механизм
поддержания низкой внутриклеточной концентрации кальция за счет вы-
сокого натриевого концентрационного градиента. Экспериментально было
показано, что выведение Са2+ уменьшается при удалении Na+ из окружа-
ющей среды. Доказано, что существует специальный обменный механизм
(переносчик-обменник), источником энергии которого служит высокий
градиент Na+
Поддерживая стабильный концентрационный градиент Na+, натрий-
калиевый насос способствует сопряженному транспорту аминокислот и
сахаров через клеточную мембрану.
Таким образом, возникновение трансмембранной разности потенциа-
лов (потенциал покоя) обусловлено высокой проводимостью клеточной
мембраны в состоянии покоя для К+ (для мышечных клеток и С1~), ион-
ной асимметрией концентраций для К+ (для мышечных клеток и для СГ),
работой систем активного транспорта, которые создают и поддерживают
ионную асимметрию.
2.1.5. Потенциал действия
Емкость мембраны и работа метаболических ионных насосов приводят
к накоплению потенциальной электрической энергии на клеточной мемб-
ране в форме потенциала покоя. Эта энергия может освобождаться в виде
специфических электрических сигналов (потенциал действия), характер-
ных для возбудимых тканей.
|Под потенциалом действия понимают быстрое колебание потенциала,
сопровождающееся, как правило, перезарядкой мембраны.
Для понимания процессов, происходящих при генерации потенциала
Действия, используем схему опыта, приведенную на рис. 2.6. Если через
стимулирующий электрод подавать короткие толчки гиперполяризующего
тока, то можно зарегистрировать увеличение мембранного потенциала,
пропорциональное амплитуде подаваемого тока; при этом мембрана про-
являет свои емкостные свойства — замедленное нарастание и снижение
мембранного потенциала.
51
Рис. 2.6. Потенциал действия
одиночной клетки.
А — реакция клеточной мембраны
на деполяризующий стимул; Б —
величина деполяризующего тока в
относительных единицах. I — лока-
льный ответ; 2 — быстрая деполя-
ризация; 3 — реверсия, или овер-
шут; 4 — реполяризаиия; 5 — поло-
жительный следовой потенциал. На
абсциссе — отметка времени.
Ситуация будет изменяться, если через стимулирующий электрод пода-
вать короткие толчки деполяризующего тока. При небольшой (подпорого-
вая) величине деполяризующего тока мембрана ответит пассивной деполя-
ризацией и проявит емкостные свойства. Подпороговое пассивное поведе-
ние клеточной мембраны называется электротоническим, или электрото-
ном. Увеличение деполяризующего тока приведет к появлению активной
реакции клеточной мембраны в форме повышения натриевой проводимо-
сти (gNa+). При этом проводимость клеточной мембраны не будет подчи-
няться закону Ома. Отклонение от пассивного проведения проявляется
обычно при 50—80 % значении порогового тока.
Подпороговые изменения мембранного потенциала называются локаль-
ным ответом.
Смещение мембранного потенциала до критического уровня приводит
к генерации потенциала действия (ПД). Минимальное значение тока, не-
обходимого для достижения критического потенциала, называют порого-
вым током. Следует подчеркнуть, что не существует абсолютных значений
величины порогового тока и критического уровня потенциала, поскольку
эти параметры зависят от электрических характеристик мембраны и ион-
ного состава окружающей внешней среды, а также от параметров стимула
(зависимость между величиной стимулирующего тока и временем его дей-
ствия рассматривается в разделе 2.1.5).
В опытах Ходжкина и Хаксли было обнаружено, что во время генерации
ПД мембранный потенциал уменьшался не просто до нуля, как следовало
бы из уравнения Нернста, но изменил свой знак на противоположный.
Анализ ионной природы ПД, проведенный первоначально Ходжкиным,
Хаксли и Катцем, позволил установить, что фронт нарастания потенциала
действия и перезарядка мембраны (овершут) обусловлены движением Na+
внутрь клетки. Как уже указывалось выше, натриевые каналы оказались
электроуправляемыми. Деполяризующий толчок тока приводит к актива-
52
ции натриевых каналов и увеличению натриевого тока, что обеспечивает
локальный ответ. Смещение мембранного потенциала до критического
уровня приводит к стремительной деполяризации клеточной мембраны и
обеспечивает фронт нарастания ПД. Если удалить Na+ из внешней среды,
то ПД не возникает. Аналогичный эффект удавалось получить при добав-
лении в перфузионный раствор ТТХ (тетродотоксин) — специфического
блокатора натриевых каналов (см. табл. 2.1). При использовании метода
«voltage-clamp» было показано, что в ответ на действие деполяризующего
тока через мембрану протекает кратковременный (1—2 мс) входящий ток,
который сменяется через некоторое время выходящим током. При замене
Na+ на другие ионы и вещества, например холин, удалось показать, что
входящий ток обеспечивается натриевым током, т.е. в ответ на деполяри-
зующий стимул происходит повышение натриевой проводимости (gNa+).
Таким образом, развитие фазы деполяризации ПД обусловлено повыше-
нием натриевой проводимости.
Критический потенциал определяет уровень максимальной активации
натриевых каналов. Если смещение мембранного потенциала достигает
значения критического уровня потенциала, то процесс поступления Na+ в
клетку лавинообразно нарастает. Система начинает работать по принципу
положительной обратной связи, т.е. возникает регенеративная (самоуси-
ливающаяся) деполяризация.
Перезарядка мембраны, или овершут, весьма характерна для большин-
ства возбудимых клеток. Амплитуда овершута характеризует состояние
мембраны и зависит от состава вне- и внутриклеточной среды. На высоте
овершута величина потенциала действия приближается к равновесному
натриевому потенциалу, поэтому происходит изменение знака заряда на
мембране.
Экспериментально было показано, что амплитуда ПД практически не
зависит от силы стимула, если он превышает пороговую величину. Поэто-
му принято говорить, что потенциал действия подчиняется закону «все
или ничего».
На пике ПД проводимость мембраны для ионов натрия (gNa+) начина-
ет быстро снижаться. Этот процесс называется инактивацией. Скорость и
степень натриевой инактивации зависят от величины мембранного потен-
циала, т.е. они потенциалзависимы. При постепенном уменьшении мемб-
ранного потенциала до —50 мВ (например, при дефиците кислорода, дей-
ствии некоторых лекарственных веществ) система натриевых каналов пол-
ностью инактивируется, и клетка становится невозбудимой.
Потенциалзависимость активации и инактивации в большой степени
обусловлена концентрацией Са2+ При повышении концентрации кальция
значение порогового потенциала увеличивается, при понижении — умень-
шается и приближается к потенциалу покоя. При этом в первом случае
возбудимость уменьшается, во втором — увеличивается.
После достижения пика ПД происходит реполяризация, т.е. мембранный
потенциал возвращается к контрольному значению в покое. Рассмотрим
эти процессы подробнее. Развитие ПД и перезарядка мембраны приводят
к тому, что внутриклеточный потенциал становится еще более положи-
тельным, чем равновесный калиевый потенциал, и, следовательно, элект-
рические силы, перемещающие К+ через мембрану, увеличиваются. Мак-
симума эти силы достигают во время пика ПД. Кроме тока, обусловленно-
го пассивным передвижением К+, был обнаружен задержанный выходя-
щий ток, который также переносился К , что было показано в опытах с
применением изотопа К+. Этот ток достигает максимума спустя 5—8 мс от
53
Время, мс
Рис. 2.7. Потенциал действия
(А) и изменение проводимости
клеточной мембраны (Б) для
Na+ (gNa+) и К? (gK/) во время
генерации потенциала дейст-
вия; Екр — критический по-
тенциал; Em — мембранный
потенциал; h показатель
способности каналов к актива-
ции.
начала генерации ПД. Введение тетраэтиламмония (ТЭА) — блокатора ка-
лиевых каналов — замедляет процесс реполяризации. В обычных условиях
задержанный выходящий калиевый ток существует некоторое время после
генерации ПД, и это обеспечивает гиперполяризацию клеточной мембра-
ны, т.е, положительный следовой потенциал. Положительный следовой по-
тенциал может возникать и как следствие работы натриево-калиевого
электрогенного насоса. На рис. 2.7 показано изменение проводимости
клеточной мембраны для Na+ и К+ в различные фазы ПД.
Инактивация натриевой системы в процессе генерации ПД приводит к
тому, что клетка в этот период не может быть повторно возбуждена, т.е.
наблюдается состояние абсолютной рефрактерности.
Постепенное восстановление потенциала покоя в процессе реполяриза-
ции дает возможность вызвать повторный ПД, но для этого требуется
сверхпороговый стимул, так как клетка находится в состоянии относи-
тельной рефрактерности.
И
ф
X
ф
3
Высоковольтный потенциал
Отрицательный следовой
потенциал
—Положительный—
следовой потенциал
Местный
процесс
Z
ф
(D
Супернормальный период
Субнормальный
I период
I Рефрактерный период
Время, мс
Рис. 2.8. Фазовые изменения воз-
будимости при генерации потенци-
ала действия (по Б.И. Ходорову).
А — потенциал действия; Б — измене-
ние возбудимости.
54
Исследование возбудимости клетки во время локального ответа или во
время отрицательного следового потенциала показало, что генерация ПД
возможна при действии стимула ниже порогового значения. Это состоя-
ние супернормальности, или экзальтации. На рис. 2.8 показано изменение
возбудимости во время генерации потенциала действия.
Продолжительность периода абсолютной рефрактерности ограничивает
максимальную частоту генерации ПД данным типом клеток. Например,
при продолжительности периода абсолютной рефрактерности 4 мс макси-
мальная частота равна 250 Гц.
Н.Е. Введенский ввел понятие лабильности, или функциональной по-
движности, возбудимых тканей. Мерой лабильности является количество
потенциалов действия, которое способно генерировать ткань в единицу
времени. Очевидно, что лабильность возбудимой ткани в первую очередь
определяется продолжительностью периода рефрактерности. Наиболее ла-
бильными являются волокна слухового нерва, в которых частота генера-
ции ПД достигает 1000 Гц.
Таким образом, генерация ПД в возбудимых мембранах возникает под
влиянием различных факторов и сопровождается повышением проводи-
мости клеточной мембраны для Na+, входом их внутрь клетки, что приво-
дит к деполяризации клеточной мембраны и появлению локального отве-
та. Этот процесс может достигнуть критического уровня деполяризации,
после чего проводимость мембраны для натрия увеличивается до максиму-
ма, мембранный потенциал при этом приближается к натриевому равно-
весному потенциалу. Через несколько миллисекунд происходит инактива-
ция натриевых каналов, активация калиевых каналов, увеличение выходя-
щего калиевого тока, что приводит к реполяризации и восстановлению
исходного потенциала покоя.
У некоторых типов клеток, например клеток водителей ритма сердца,
лимфатических сосудов, нейронов ретикулярной формации вследствие
взаимодействия между различными системами, которые обеспечивают про-
хождение ионов через клеточную мембрану, возможны регулярные осцил-
ляции мембранного потенциала, заканчивающиеся генерацией ПД. Как
правило, в этих случаях стабильный мембранный потенциал, или потенци-
ал покоя, отсутствует, поэтому говорят о максимальном диастолическом по-
тенциале, или пейсмекерном потенциале. Природа пейсмекерной активности
окончательно неясна, однако известно, что в возникновении спонтанной
медленной диастолической деполяризации определенную роль играет акти-
вация/инактивация медленных натриевых/кальциевых каналов.
2 Л .6. Действие электрического тока на возбудимые ткани
Электрический ток широко используется в экспериментальной физио-
логии при изучении характеристик возбудимых тканей, поэтому необходи-
мо рассмотреть механизмы воздействия электрического тока на возбуди-
мые ткани. Реакция возбудимой ткани зависит от формы тока (постоян-
ный, переменный или импульсный), продолжительности действия тока,
крутизны нарастания амплитуды тока.
Эффект воздействия определяется не только абсолютным значением
тока, но и плотностью тока под стимулирующим электродом. Плотность
тока определяется отношением величины тока, протекающего по цепи, к
величине площади электрода, поэтому при монополярном раздражении
площадь активного электрода всегда меньше пассивного.
55
о
Рис. 2.9. Действие электрического тока на возбудимые ткани.
А — изменение мембранного потенциала под катодом при кратковременном пропускании
тока; Б — изменение мембранного потенциала и критического потенциала под катодом при
длительном пропускании тока; В — возникновение потенциала действия при пороговом
значении тока; Г — изменение мембранного потенциала под анодом при кратковременном
пропускании тока; Д — изменение мембранного потенциала и критического потенциала при
длительном действии сильного анодного тока (анодно-размыкательное возбуждение). На ор-
динате — величина мембранного потенциала (Екр — критический потенциал), мВ и величи-
на стимула в относительных единицах (от величины порога). Стрелками показана величина
порога возбудимости.
Постоянный ток. При кратковременном пропускании подпорогового
постоянного электрического тока изменяется возбудимость ткани под сти-
мулирующими электродами. Под катодом происходит деполяризация кле-
точной мембраны, под анодом — гиперполяризация (рис. 2.9, А). В пер-
вом случае уменьшается разность между критическим потенциалом и мем-
бранным потенциалом, т.е. возбудимость ткани под катодом увеличивает-
ся. Под анодом происходят противоположные явления (рис. 2.9, Г), т.е.
возбудимость уменьшается. Если мембрана отвечает пассивным сдвигом
потенциала, то говорят об электротонических сдвигах, или электротоне.
При кратковременных электротонических сдвигах значение критического
потенциала не изменяется.
Поскольку практически у всех возбудимых клеток длина клетки превы-
шает ее диаметр, электротонические потенциалы распределяются нерав-
номерно. В точке локализации стимулирующего электрода сдвиг потенци-
ала происходит очень быстро и временные параметры определяются вели-
чиной емкости мембраны. В удаленных участках мембраны ток проходит
не только через мембрану, но и преодолевает продольное сопротивление
внутренней среды, Электротонический потенциал падает экспоненциаль-
но с увеличением длины, а расстояние, на котором он падает в 1/е раз (до
37 %), называют константой длины (X).
При сравнительно большой продолжительности действия подпорогово-
го тока изменяются не только мембранный потенциал, но и значение кри-
тического потенциала. При этом под катодом происходит смещение уров-
ня критического потенциала вверх (рис. 2.9, Б), что свидетельствует об
инактивации натриевых каналов. Таким образом, возбудимость под като-
дом уменьшается при длительном воздействии подпорогового тока. Это
явление уменьшения возбудимости при длительном действии подпорого-
56
Рис. 2.10. Кривая «сила—длительность».
АВ — реобаза; АС — порог времени; АЕ —
двойная реобаза; AD — хронаксия. На абсцис-
се — продолжительность действия стимула, на
ординате — величина реобазы.
вого раздражителя называется аккомодацией. При этом в исследуемых
клетках возникают аномально низкоамплитудные ПД.
Скорость нарастания интенсивности раздражителя имеет существенное
значение при определении возбудимости ткани, поэтому чаше всего испо-
льзуют импульсы прямоугольной формы (импульс тока прямоугольной
формы имеет максимальную крутизну нарастания). Замедление скорости
изменения амплитуды раздражителя приводит к тому, что происходит
инактивация натриевых каналов вследствие постепенной деполяризации
клеточной мембраны, а следовательно, к падению возбудимости.
Увеличение силы стимула до порогового значения приводит к генера-
ции ПД (рис. 2.9, В).
Под анодом при действии сильного тока изменяется уровень критиче-
ского потенциала, в противоположном направлении — вниз (рис. 2.9, Д).
При этом уменьшается разность между критическим и мембранным по-
тенциалами, т.е. возбудимость под анодом при длительном действии тока
повышается.
Очевидно, что увеличение значения тока до пороговой величины при-
ведет к тому, что возбуждение будет возникать под катодом при замыка-
нии цепи. Следует подчеркнуть, что этот эффект может быть выявлен в
Случае продолжительного действия электрического тока. При действии до-
статочно сильного тока смещение критического потенциала под анодом
может быть весьма существенным и достигать первоначального значения
мембранного потенциала. Выключение тока приведет к тому, что гиперпо-
ляризация мембраны исчезнет, мембранный потенциал вернется к перво-
начальному значению, а это соответствует величине критического потен-
циала, т.е. возникает анодно-размыкательное возбуждение.
Изменение возбудимости и возникновение возбуждения под катодом
при замыкании и анодом при размыкании называется законом полярного
действия тока. Экспериментальное подтверждение этой зависимости
впервые было получено Пфлюгером.
Как указывалось выше, существует определенное соотношение между
временем действия раздражителя и его амплитудой. Эта зависимость в гра-
фическом выражении получила название кривой «сила—длительность»
(рис. 2.10). Иногда по имени авторов ее называют кривой Гоорвега—Вей-
са— Лапика. На этой кривой видно, что уменьшение значения тока ниже
определенной критической величины не приводит к возбуждению ткани
независимо от продолжительности времени, в течение которого действует
этот раздражитель, а минимальная величина тока, вызывающая возбужде-
ние, получила название порога раздражения, или реобазы. Величина реоба-
зы определяется разностью между критическим потенциалом и мембран-
ным потенциалом покоя.
57
Вместе с тем раздражитель должен действовать не меньше определен-
ного времени. Уменьшение времени действия раздражителя ниже крити-
ческого значения приводит к тому, что раздражитель любой интенсивно-
сти не оказывает эффекта. Для характеристики возбудимости ткани по
времени ввели понятие порога времени — минимальное (полезное) время, в
течение которого должен действовать раздражитель пороговой силы с тем,
чтобы вызвать возбуждение (отрезок АС на рис. 2.10).
Порог времени определяется емкостной и резистивной характеристи-
кой клеточной мембраны, т.е. постоянной времени т = RC.
В связи с тем что величина реобазы может изменяться и что это может
привести к значительной погрешности в определении порога времени, Ла-
пик ввел понятие хронаксии для характеристики временных свойств кле-
точных мембран. Хронаксия — время, в течение которого должен действо-
вать раздражитель удвоенной реобазы, чтобы вызвать возбуждение. Ис-
пользование этого критерия позволяет точно измерить временные харак-
теристики возбудимых структур, поскольку измерение происходит на кру-
том изгибе гиперболы (отрезок AD на рис. 2.10). Хронаксиметрия исполь-
зуется при оценке функционального состояния нервно-мышечной систе-
мы у человека. При ее органических поражениях величина хронаксии и
реобазы нервов и мышц значительно возрастает.
Таким образом, при оценке степени возбудимости различных структур
используют количественные характеристики раздражителя — амплитуду,
продолжительность действия, скорость нарастания амплитуды. Следовате-
льно, количественная оценка физиологических свойств возбудимой ткани
производится опосредованно по характеристикам раздражителя.
Переменный ток. Эффективность действия переменного тока определя-
ется не только амплитудой, продолжительностью воздействия, но и часто-
той. При этом низкочастотный переменный ток, например 50 Гц (сете-
вой), представляет наибольшую опасность при прохождении через область
сердца. В первую очередь это обусловлено тем, что при низких частотах
возможно попадание очередного стимула в фазу повышенной уязвимости
миокарда (см. главу 7) и возникновение фибрилляции желудочков сердца.
Действие тока частотой выше 10 кГц представляет меньшую опасность,
поскольку длительность полупериода составляет 0,05 мс. При такой длите-
льности импульса мембрана клеток вследствие своих емкостных свойств
не успевает деполяризоваться до критического уровня. Токи большей час-
тоты вызывают, как правило, тепловой эффект.
2.2. ФИЗИОЛОГИЯ НЕРВНОЙ ТКАНИ
2.2.1. Строение и морфофункциональная классификация
нейронов
Структурной и функциональной единицей нервной системы является
нервная клетка — нейрон.
Нейроны — специализированные клетки, способные принимать, обрабаты-
вать, кодировать, хранить, передавать и воспроизводить информацию, ор-
ганизовывать реакции на раздражения, устанавливать контакты с други-
ми нейронами, клетками органов. Нейроны способны генерировать электри-
ческие потенциалы и с их помощью передавать информацию через специали-
зированные окончания — синапсы.
58
I Выполнению функций нейрона способствуют нейромедиаторы, синтезирую-
щиеся в его аксоплазме.
Размеры нейронов колеблются от 6 до 120 мкм.
Число нейронов мозга человека приближается к 1011. На одном нейро-
не может быть до 10 000 синапсов. Если только эти элементы считать
ячейками хранения информации, то можно прийти к выводу, что нервная
система может хранить 1019 ед. информации, т.е. способна вместить прак-
тически все знания, накопленные человечеством. Поэтому вполне обосно-
ванным является представление, что человеческий мозг в течение жизни
запоминает все происходящее в организме и при его общении со средой.
Однако мозг не может извлекать из памяти всю информацию, которая в
нем хранится.
Для различных структур мозга характерны определенные типы нейрон-
ной организации. Нейроны, организующие единую функцию, образуют
так называемые группы, популяции, ансамбли, колонки, ядра. В коре
большого мозга, мозжечке нейроны формируют слои клеток. Каждый слой
имеет свою специфическую функцию.
Клеточные скопления образуют серое вещество мозга. Между ядрами,
группами клеток и между отдельными клетками проходят миелиновые или
безмиелиновые волокна: аксоны и дендриты.
Одно нервное волокно из нижележащих структур мозга в коре разветв-
ляется на нейроны, занимающие объем 0,1 мм3, т.е. одно нервное волокно
может возбудить до 5000 нейронов. В постнатальном развитии происходят
изменения в плотности расположения нейронов, их объема, ветвления
дендритов.
Строение нейрона. Функционально в нейроне выделяют следующие час-
ти: воспринимающую — дендриты, мембрана сомы нейрона; интегратив-
ную — сома с аксонным холмиком; передающую — аксонный холмик с
аксоном.
Тело нейрона (сома), помимо информационной, выполняет трофиче-
скую функцию относительно отростков и их синапсов. Перерезка аксона
или дендрита ведет к гибели отростков, лежащих дистальней перерезки, а
следовательно, и синапсов этих отростков. Сома обеспечивает также рост
дендритов и аксона.
Сома нейрона заключена в мембрану, обеспечивающую формирование и
распространение электротонического потенциала к аксонному холмику.
Нейроны способны выполнять свою информационную функцию благо-
даря тому, что их мембрана обладает особыми свойствами. Мембрана ней-
рона имеет толщину 6 нм и состоит из двух слоев липидных молекул, кото-
рые своими гидрофильными концами обращены в сторону водной фазы:
один слой молекул обращен внутрь, другой — кнаружи клетки. Гидрофоб-
ные концы повернуты друг к другу — внутрь мембраны. Белки мембраны
встроены в двойной липидный слой и выполняют несколько функций:
белки-«насосы» обеспечивают перемещение ионов и молекул против гра-
диента концентрации в клетке; белки, встроенные в каналы, обеспечивают
избирательную проницаемость мембраны; рецепторные белки распознают
нужные молекулы и фиксируют их на мембране; ферменты, располагаясь
на мембране, облегчают протекание химических реакций на поверхности
нейрона. В ряде случаев один и тот же белок может быть и рецептором, и
ферментом, и «насосом».
Рибосомы располагаются, как правило, вблизи ядра и осуществляют
синтез белка на матрицах тРНК. Рибосомы нейронов вступают в контакт с
59
’2**оплазматической сетью пластинчатого комплекса и образуют базо-
фидьное вещество.
* Базофильное вещество (вещество Ниссля, тигроидное вещество, тигро-
ид) — трубчатая структура, покрытая мелкими зернами, содержит РНК и
участвует в синтезе белковых компонентов клетки. Длительное возбужде-
ние нейрона приводит к исчезновению в клетке базофильного вещества, а
#начит, и к прекращению синтеза специфического белка. У новорожден-
ных нейроны лобной доли коры большого мозга не имеют базофильного
вещества. В то же время в структурах, обеспечивающих жизненно важные
рефлексы, — спинном мозге, стволе мозга, — нейроны содержат большое
количество базофильного вещества. Оно аксоплазматическим током из
ромы клетки перемещается в аксон.
Пластинчатый комплекс (аппарат Гольджи) — органелла нейрона, окру-
жающая ядро в виде сети. Пластинчатый комплекс участвует в синтезе
нейросекреторных и других биологически активных соединений клетки.
Лизосомы и их ферменты обеспечивают в нейроне гидролиз ряда ве-
ществ.
Пигменты нейронов — меланин и липофусцин находятся в нейронах
черного вещества среднего мозга, в ядрах блуждающего нерва, клетках
симпатической системы.
Митохондрии — органеллы, обеспечивающие энергетические потребно-
сти нейрона. Они играют важную роль в клеточном дыхании. Их больше
всего у наиболее активных частей нейрона: аксонного холмика, в области
синапсов. При активной деятельности нейрона количество митохондрий
возрастает.
Нейротрубочки пронизывают сому нейрона и принимают участие в хра-
нении и передаче информации.
Ядро нейрона окружено пористой двухслойной мембраной. Через поры
происходит обмен между нуклеоплазмой и цитоплазмой. При активации
нейрона ядро за счет выпячиваний увеличивает свою поверхность, что уси-
ливает ядерно-плазматические отношения, стимулирующие функции нерв-
ной клетки. Ядро нейрона содержит генетический материал. Генетический
аппарат обеспечивает дифференцировку, конечную форму клетки, а также
типичные для данной клетки связи. Другой существенной функцией ядра
является регуляция синтеза белка нейрона в течение всей его жизни.
Ядрышко содержит большое количество РНК, покрыто тонким слоем
ДНК.
Существует определенная зависимость между развитием в онтогенезе
ядрышка и базофильного вещества и формированием первичных поведен-
ческих реакций у человека. Это обусловлено тем, что активность нейро-
нов, установление контактов с другими нейронами зависят от накопления
в них базофильного вещества.
Дендриты — основное воспринимающее поле нейрона. Мембрана денд-
рита и синаптической части тела клетки способна реагировать на медиато-
ры, выделяемые аксонными окончаниями другой клетки, изменением
электрического потенциала.
Обычно нейрон имеет несколько ветвящихся дендритов. Необходи-
мость такого ветвления обусловлена тем, что нейрон как информационная
структура должен иметь большое количество входов. Информация к нему
поступает от других нейронов через специализированные контакты, так
называемые шипики.
«Шипики» имеют сложную структуру и обеспечивают восприятие сиг-
налов нейроном. Чем сложнее функция нервной системы, чем больше раз-
60
ных анализаторов посылают информацию к данной структуре, тем больше
«шипиков» на дендритах нейронов. Максимальное количество их содер-
жится на пирамидных нейронах двигательной зоны коры большого мозга
и достигает нескольких тысяч. Они занимают до 43 % поверхности мемб-
раны сомы и дендритов. За счет «шипиков» воспринимающая поверхность
нейрона значительно возрастает и может достигать, например у клеток
Пуркинье, 250 000 мкм2.
Двигательные пирамидные нейроны получают информацию практиче-
ски от всех сенсорных систем, ряда подкорковых образований, от ассоци-
ативных систем мозга. Если данный «шипик» или группа «шипиков» дли-
тельное время перестает получать информацию, то эти «шипики» исчеза-
ют.
Аксон представляет собой вырост цитоплазмы, приспособленный для
проведения информации, собранной дендритами, переработанной в ней-
роне и переданной аксону через аксонный холмик — место выхода аксона
из нейрона. Аксон данной клетки имеет постоянный диаметр, в большин-
стве случаев одет в миелиновую оболочку. Аксон имеет разветвленные
окончания. В окончаниях находятся митохондрии и секреторные образо-
вания.
Типы нейронов. Строение нейронов в значительной мере соответствует
их функциональному назначению. По строению нейроны делят на три типа:
униполярные, биполярные и мультиполярные. Униполярные нейроны делят на
истинно- и псевдоуниполярные.
Истинно униполярные нейроны находятся только в мезэнцефалическом
ядре тройничного нерва. Эти нейроны обеспечивают проприоцептивную
чувствительность жевательных мышц.
Другие униполярные нейроны называют псевдоуниполярными, на самом
деле они имеют два отростка (один идет с периферии от рецепторов, дру-
гой — в структуры ЦНС). Оба отростка сливаются вблизи тела клетки в
единый отросток. Все эти клетки располагаются в сенсорных узлах: спина-
льных, тройничном и др. Они обеспечивают восприятие болевой, темпера-
турной, тактильной, проприоцептивной, бароцептивной, вибрационной
сигнализации.
Биполярные нейроны имеют один аксон и один дендрит. Нейроны этого
типа встречаются в основном в периферических частях зрительной, слухо-
вой и обонятельной систем. Биполярные нейроны дендритом связаны с
рецептором, аксоном — с нейроном следующего уровня организации со-
ответствующей сенсорной системы.
Мультиполярные нейроны имеют несколько дендритов и один аксон.
Насчитывают до 60 различных вариантов строения мультиполярных ней-
ронов, однако все они представляют разновидности веретенообразных,
звездчатых, корзинчатых и пирамидных клеток.
Обмен веществ в нейроне. Необходимые питательные вещества и соли
доставляются в нервную клетку в виде водных растворов. Продукты мета-
болизма также удаляются из нейрона в виде водных растворов.
Белки нейронов служат для пластических и информационных целей. В
ядре нейрона содержится ДНК, в цитоплазме преобладает РНК. РНК со-
средоточена преимущественно в базофильном веществе. Интенсивность
обмена белков в ядре выше, чем в цитоплазме. Скорость обновления бел-
ков в филогенетически более новых структурах нервной системы выше,
чем в более старых. Наибольшая скорость обмена белков в сером веществе
коры большого мозга. Меньше — в мозжечке, наименьшая — в спинном
мозге.
61
Липиды нейронов служат энергетическим и пластическим материа-
лом. Присутствие в миелиновой оболочке липидов обусловливает их вы-
сокое электрическое сопротивление, достигающее у некоторых нейронов
1000 Ом/см2. Обмен липидов в нервной клетке происходит медленно;
возбуждение нейрона приводит к уменьшению количества липидов.
Обычно после длительной умственной работы, при утомлении количест-
во фосфолипидов в клетке уменьшается.
Углеводы нейронов являются основным источником энергии для них.
Глюкоза, поступая в нервную клетку, превращается в гликоген, который
при необходимости под влиянием ферментов самой клетки превращается
вновь в глюкозу. Вследствие того что запасы гликогена при работе нейро-
на не обеспечивают полностью его энергетические траты, источником
энергии для нервной клетки служит и глюкоза крови.
Расщепление глюкозы идет преимущественно аэробным путем, чем
объясняется высокая чувствительность нервных клеток к недостатку кис-
лорода. Увеличение в крови адреналина, активная деятельность организма
приводят к увеличению потребления углеводов.
В нервной ткани содержатся ионы калия, натрия, кальция, магния и
др. Среди катионов преобладают К+, Na+, Mg2+, Са2+; из анионов — С1",
HCOj. Кроме того, в нейроне имеются различные микроэлементы. Благо-
даря высокой биологической активности они активируют ферменты. Ко-
личество микроэлементов в нейроне зависит от его функционального со-
стояния. Так, при рефлекторном или кофеиновом возбуждении содержа-
ние меди, марганца в нейроне резко снижается.
Обмен энергии в нейроне в состоянии покоя и возбуждения различен. Об
этом свидетельствует значение дыхательного коэффициента (ДК) в клетке.
В состоянии покоя он равен 0,8, а при возбуждении — 1,0. При возбужде-
нии потребление кислорода возрастает на 100 %. После возбуждения ко-
личество нуклеиновых кислот в цитоплазме нейронов иногда уменьшается
в 5 раз.
Собственные энергетические процессы нейрона (его сомы) тесно связа-
ны с трофическими влияниями нейронов, что сказывается прежде всего
на аксонах и дендритах. В то же время нервные окончания аксонов оказы-
вают трофические влияния на мышцу или клетки других органов. Так, на-
рушение иннервации мышцы приводит к ее атрофии, усилению распада
белков, гибели мышечных волокон.
Классификация нейронов. Существует классификация нейронов, учиты-
вающая химическую структуру выделяемых в окончаниях их аксонов ве-
ществ: холинергические, пептидергические, норадренергические, дофами-
нергические, серотонинергические и др.
По чувствительности к действию раздражителей нейроны делят на мо-
но-, би-, полисенсорные.
Моносенсорные нейроны. Располагаются чаще в первичных проекцион-
ных зонах коры и реагируют только на сигналы своей сенсорности. На-
пример, значительная часть нейронов первичной зоны зрительной области
коры большого мозга реагирует только на световое раздражение сетчатки
глаза.
Моносенсорные нейроны подразделяют функционально по их чувстви-
тельности к разным качествам одного раздражителя. Так, отдельные ней-
роны слуховой зоны коры большого мозга могут реагировать на предъяв-
ления тона 1000 Гц и не реагировать на тоны другой частоты. Они называ-
ются мономодальными. Нейроны, реагирующие на два разных тона, назы-
ваются бимодальными, на три и более — полимодальными.
62
Бисенсорные нейроны. Чаше располагаются во вторичных зонах коры
какого-либо анализатора и могут реагировать на сигналы как своей, так и
другой сенсорности. Например, нейроны вторичной зоны зрительной об-
ласти коры большого мозга реагируют на зрительные и слуховые раздра-
жения.
Полисенсорные нейроны. Это чаще всего нейроны ассоциативных зон
мозга; они способны реагировать на раздражение слуховой, зрительной,
кожной и других рецептивных систем.
Нервные клетки разных отделов нервной системы могут быть активны-
ми вне воздействия — фоновые, или фоновоактивные. Другие нейроны про-
являют импульсную активность только в ответ на какое-либо раздражение.
Фоновоактивные нейроны могут генерировать импульсы непрерывно с
некоторым замедлением или увеличением частоты разрядов — это первый
тип активности, непрерывно-аритмичный. Такие нейроны обеспечивают то-
нус нервных центров. Фоновоактивные нейроны имеют большое значение
в поддержании уровня возбуждения коры и других структур мозга. Число
фоновоактивных нейронов увеличивается в состоянии бодрствования.
Нейроны второго типа выдают группу импульсов с коротким меж-
импульсным интервалом, после этого наступает период молчания и вновь
возникает группа, или пачка, импульсов. Этот тип активности называется
пачечным. Значение пачечного типа активности заключается в создании
условий проведения сигналов при снижении функциональных возможно-
стей проводящих или воспринимающих структур мозга. Межимпульсные
интервалы в пачке равны приблизительно 1—3 мс, между пачками этот
интервал составляет 15—120 мс.
Третья форма фоновой активности — групповая. Групповой тип актив-
ности характеризуется апериодическим появлением в фоне группы импу-
льсов (межимпульсные интервалы составляют 3—30 мс), сменяющихся пе-
риодом молчания.
Функционально нейроны можно также разделить на три типа: афферен-
тные, интернейроны (вставочные), эфферентные. Первые выполняют функ-
цию получения и передачи информации в вышележащие структуры ЦНС,
вторые обеспечивают взаимодействие между нейронами ЦНС, третьи пе-
редают информацию в нижележащие структуры ЦНС, в нервные узлы за
пределами ЦНС, и в органы.
Функции афферентных нейронов тесно связаны с функциями рецеп-
торов.
2.2.2. Рецепторы. Рецепторный и генераторный потенциалы
[Рецепторы представляют собой специализированные образования, вос-
принимающие определенные виды раздражений.
Рецепторы обладают наибольшей чувствительностью к адекватным для
них раздражениям. Тёцепторы делят на четыре группы: механо-, термо-,
хемо- и фоторецепторы. Каждую группу подразделяют на более узкие диа-
пазоны рецепции. Например, зрительные рецепторы делят на восприни-
мающие освещенность, цвет; слуховые — определенный тон; вкусовые —
определенные вкусовые раздражения (соленое, сладкое, горькое) и др.
Рецепторный потенциал возникает при раздражении рецептора как ре-
зультагдеттоляризации и повышения проводимости участка его мембраны,
который называется рецептивным. Рецептивный участок мембраны имеет
63
специфические свойства, в том числе биохимические, отличающие его от
мембраны тела и аксона.
Возникший в рецептивных участках мембраны рецепторный потенциал
электротонически распространяется на аксонный холмик рецепторного
нейрона, где возникает генераторный потенциал. Возникновение генера-
торного потенциала в области аксонного холмика объясняется тем, что
этот участок нейрона имеет более низкие пороги возбуждения и ПД в нем
развивается раньше, чем в других частях мембраны нейрона. Чем выше ге-
нераторный потенциал, тем интенсивнее частота разрядов распространяю-
щегося потенциала действия от аксона к другим отделам нервной систе-
мы. Следовательно, частота разрядов рецепторного нейрона зависит от ам-
плитуды генераторного потенциала.
Рецепторные нейроны различаются по скорости уменьшения их реак-
ции (адаптации) на длящуюся стимуляцию. Рецепторные нейроны, мед-
ленно адаптирующиеся к раздражению, т.е. длительное время генерирую-
щие ПД, называются тоническими. Рецепторы, быстро- и короткореагиру-
ющие на стимуляцию группой импульсов, называются фазическими.
Таким образом, реакция рецепторного нейрона, предназначенного для
передачи информации из области восприятия, имеет 5 стадий: 1) преобра-
зование сигнала внешнего раздражения; 2) генерация рецепторного потен-
циала; 3) распространение рецепторного потенциала по нейрону; 4) воз-
никновение генераторного потенциала; 5) генерация нервного импульса.
2.2.3. Афферентные нейроны
Афферентные нейроны — нейроны, воспринимающие информацию.
Как правило, афферентные нейроны имеют большую разветвленную сеть.
Это характерно для всех уровней ЦНС. В задних рогах спинного мозга аф-
ферентными являются чувствительные нейроны малых размеров с боль-
шим числом дендритных отростков, в то время как в передних рогах спин-
ного мозга эфферентные нейроны имеют тело большого размера, более
грубые, менее ветвящиеся отростки. Эти различия нарастают по мере из-
менения уровня ЦНС к продолговатому, среднему, промежуточному, ко-
нечному мозгу. Наибольшие различия афферентных и эфферентных ней-
ронов отмечаются в коре большого мозга.
£ Ч
2.2.4. Вставочные нейроны
Вставочные нейроны, или Интернейроны, обрабатывают информацию,
получаемую от афферентные нейронов, и передают ее на другие вставоч-
ные или на Эфферентные нейроны, формируя нейронные сети.
Область влияния вставочных нейронов определяется их собственным
строением (длина аксона, число коллатералей аксонов). Вставочные ней-
роны, как правило, имеют аксоны, терминали которых заканчиваются на
нейронах своего же центра, обеспечивая прежде всего их интеграцию.
Одни вставочные нейроны получают’активацию от нейронов других цент-
ров и затем распространяют эту информацию на нейроны своего центра.
Это обеспечивает усиление влияния сигнала за счет его повторения в па-
раллельных путях и удлиняет время сохранения информации в центре.
В итоге центр, куда пришел сигнал, повышает надежность воздействия на
исполнительную структуру.
64
Другие вставочные нейроны получают активацию от коллатералей эф-
ферентных нейронов своего же центра и затем передают в него эту инфор-
мацию, образуя обратные связи. Так организуются реверберирующие сети,
по_которым циклирует сигнал, что позволяет некоторое время (минуты)
сохранять информацию в нервном центре.
Вставочные, нейроны могут быть возбуждающими или тормозными.
Активация возбуждающих вставочных нейронов в новой коре облегчает
передачу информации с одной группы нейронов в другую. Причем это
происходит за счет «медленных» пирамидных нейронов, способных к дли-
тельной тонической активации и поэтому передающих сигналы достаточ-
но медленно и длительно. Одновременно эти же вставочные нейроны сво-
ими коллатералями активируют и «быстрые» пирамидные нейроны, кото-
рые разряжаются фазически-коротким залпом. Усиление активности «мед-
ленных» нейронов усиливает реакцию «быстрых», в то же время «быстрые»
нейроны тормозят работу «медленных».
Тормозные вставочные нейроны возбуждаются прямыми сигналами, иду-
щими в их собственный центр, или сигналами, идущими из того же цент-
ра; но по обратным связям. Прямое возбуждение тормозящих вставочных
нейронов характерно для промежуточных центров афферентных спиноце-
ребральных путей.
Для двигательных центров коры и спинного мозга характерно возбуж-
дение вставочных нейронов за счет обратных связей.
2.2.5. Эфферентные нейроны
Эфферентные нейрины — это нейроны, передающие информацию от
нервного центра к исполнительным органам или другим центрам нервной
системы. Например, эфферентные нейроны двигательной зоны коры бо-
льшого мозга — пирамидные клетки — посылают импульсы к мотонейро-
нам передних рогов спинного мозга, т.е. они являются эфферентными для
этого отдела коры большого мозга. В свою очередь мотонейроны спинного
мозга являются эфферентными для его передних рогов и посылают сигна-
лы к мышцам. Основной особенностью эфферентных нейронов является
наличие длинного аксона, обладающего большой скоростью проведения
возбуждения.
Эфферентные нейроны разных отделов коры большого мозга связыва-
ют между собой эти отделы по аркуатным связям. Такие связи обеспечи-
вают внутриполушарные и межполушарные отношения, формируют функ-
циональное состояние мозга в динамике обучения, утомления, при распо-
знавании образов и др. Все нисходящие пути спинного мозга (пирамид-
ный, руброспинальный, ретикулоспинальный и т.д.) образованы аксонами
эфферентных нейронов соответствующих отделов ЦНС.
Нейроны автономной нервной системы, например ядер блуждающего
нерва, боковых рогов спинного мозга, также относятся к эфферентным.
2.2.6. Нейроглия
Нейроглия, или глия, — совокупность клеточных элементов нервной тка-
ни, образованная специализированными клетками различной формы.
Она обнаружена Вирховым и названа им нейроглией, что означает
«нервный клей». Клетки нейроглии заполняют пространства между нейро-
65
составляя 40 % объема мозга. Глиальные клетки по размеру в 3—4
•^.меньше, чем нервные; число их в ЦНС млекопитающих достигает
?4ОМЛРД- С возрастом у человека в мозге число нейронов уменьшается, а
исло глиальных клеток увеличивается.
ЧИ различают несколько видов нейроглии, каждая из которых образована
^еттсаШГОТфеделенного^типагастро^ть), олигодендроциты, микроглир-
циты. „
--Астроциты представляют собой многоотростчатые клетки с ядрами ова-
донрй~Формы И небольшим количеством_хррмаТина. Размеры астроцитов
7^23тиШГрасполагаются главным образом в сером веществе мозга. Ядра
содержат ДНК, протоплазма имеет пластинчатый комплекс, центрисому,
миТбхондРии' Считают, что астроциты служат опорой нейронов, обеспечи-
вают репаративные процессы нервных стволов, изолируют нервное волок-
нр~, участвуют зв"мётабблизме нейронов. Отростки астроцитов образуют
«ножки», окутывающие капилляры, практически полностью покрывая их. В
итоге между нейронами и капиллярами располагаются только астроциты.
Видимо, они обеспечивают транспорт веществ из крови в нейрон и обрат-
но. Астроциты образуют мостики между капиллярами и эпендимой, высти-
лающей полости желудочков мозга. Считают, что таким образом обеспечи-
вается обмен между кровью и цереброспинальной жидкостью желудочков
мозга, т.е. дстроциты выполняют транспортную функцию.
Олигодендроциты — клетки, имеющие малое количество отростков.
Они меньше по размеру, чем астроциты. В коре большого~мо~зга количе-
ство" олигодендроцитов возрастает от верхних слоев к нижним. В подкор-
ковых структурах, в стволе мозга олигодендроцитов больше, чем в коре.
Олигодендроциты участвуют в-миелинизапии аксонов (поэтому их боль-
ше в белом веществе мозга), в метаболизме нейронов, а^гакже трофике
нейронов. ' ’
Микроглия представлена самыми мелкими многоотроотчатыми клетка-
ми глии, относящимися к блуждающим клеткам Источником микроглии
служитттезОДёрмаТ'Мйкроглиальные клетки способны к фагоцитозу.
' Одной из особенностей глиальных клеток является их способность к
изменению размеров. Это свойство было обнаружено в культуре ткани при
помощи киносъемки. Изменение размера глиальных клеток носит ритми-
ческий характер: фаза сокращения составляет 90 с, расслабления — 240 с,
т.е. это очень медленный процесс. Частота «пульсации» варьирует от 2 до
20 в 1 ч. «Пульсация» происходит в виде ритмического уменьшения объе-
ма клетки. Отростки клетки набухают, но не укорачиваются. «Пульсация»
усиливается при электрической стимуляции глии; латентный период в
этом случае весьма большой — около 4 мин.
Глиальная активность изменяется под влиянием различных биологиче-
ски активных веществ: серотонин вызывает уменьшение «пульсации» оли-
годендроглиоцитов, норадреналин — усиление. Физиологическая роль
«пульсации» глиальных клеток мало изучена, но считают, что она протал-
кивает аксоплазму нейрона и влияет на ток жидкости в межклеточном
пространстве.
Нормальные физиологические процессы в нервной системе, во многом
зависят от степени миелинизации волокон нервных клеток. В- ЦНС мие-
линизация обеспечивается олигодендроцитами, а в периферической —
шванновскими клетками.
Глиальные клетки не обладают импульсной активностью, подобно нер-
вным, однако мембрана глиальных клеток имеет заряд, формирующий
мембранный потенциал, который отличается большой инертностью. Из-
66
менения мембранного потенциала медленны, зависят от активности нерв-
ной системы, обусловлены не синаптическими влияниями, а изменениями
химического состава межклеточной среды. Мембранный потенциал ней-
роглии равен -70 — —90 мВ.
Глиальные клетки способны к передаче возбуждения, распространение
которого от одной клетки к другой идет с декрементом (с затуханием).
При расстоянии между раздражающим и регистрирующим электродами
50 мкм распространение возбуждения достигает точки регистрации за
30—60 мс. Распространению возбуждения между глиальными клетками
способствуют специальные щелевые контакты их мембран. Эти контакты
обладают пониженным сопротивлением и создают условия для электрото-
нического распространения тока от одной глиальной клетки к другой.
Вследствие того что нейроглия очень тесно контактирует с нейронами,
процессы возбуждения нервных элементов сказываются на электрических
явлениях глиальных элементов. Это влияние может быть обусловлено тем,
что мембранный потенциал нейроглии зависит от концентрации ионов К+
в окружающей среде. Во время возбуждения нейрона и реполяризации его
мембраны вход ионов К+ в нейрон усиливается, что значительно изменяет
его концентрацию вокруг нейроглии и приводит к деполяризации ее кле-
точных мембран.
2.2.7. Проведение возбуждения по нервам
Основной функцией аксонов является проведение импульсов, возника-
ющих в нейроне. Аксоны могут быть покрыты миелиновой оболочкой
(миелиновые волокна) или лишены ее (безмиелиновые волокна).
Отдельное миелиновое нервное волокно состоит из осевого цилиндра,
который имеет мембрану и аксоплазму. Миелиновая оболочка осевого ци-
линдра является продуктом деятельности шванновской клетки и состоит
на 80 % из липидов, обладающих высоким омическим сопротивлением, и
на 20 % из белка.
Миелиновая оболочка не покрывает сплошным покровом осевой ци-
линдр, а прерывается, оставляя открытые участки осевого цилиндра, на-
зываемые узловыми перехватами (перехваты Ранвье). Длина участков меж-
ду этими перехватами различна и зависит от толщины нервного волокна:
чем оно толще, тем длиннее расстояние между перехватами.
Безмиелиновые нервные волокна покрыты только оболочкой, которая
состоит из шванновских клеток.
Проведение возбуждения в безмиелиновых волокнах отличается от та-
кового в миелиновых волокнах благодаря разному строению оболочек. В
безмиелиновых волокнах возбуждение постепенно охватывает соседние
участки мембраны осевого цилиндра и так распространяется до конца ак-
сона. Скорость распространения возбуждения по волокну определяется
его диаметром.
В нервных безмиелиновых волокнах, где процессы метаболизма не
обеспечивают быструю компенсацию расхода энергии на возбуждение,
распространение этого возбуждения идет с постепенным ослаблением —
с декрементом. Декрементное проведение возбуждения характерно для
низкоорганизованной нервной системы.
У высших животных благодаря прежде всего наличию миелиновой обо-
лочки и совершенству метаболизма в нервном волокне возбуждение про-
67
Рис. 2.11. Выделение потенциалов дей-
ствия разных групп волокон из общего
тока действия седалищного нерва (по
Д.Эрлангеру, Х.Гассеру).
А — расщепление суммарною потенциала
возбуждения нервного ствола (цифры сле-
ва — удаленность отводящих электродов от
места раздражения в мм), Б — появление до-
полнительного пика за счет группы волокон
с низкой возбудимостью в результате увели-
чения силы (а — слабое, б — сильное) раз-
дражения нерва Стрелками обозначен мо-
мент раздражения, а, [^-потенциалы волокон
с высокой и низкой скоростью проведения
возбуждения
ходит не затухая, бездекрементно. Этому способствуют наличие на всем
протяжении мембраны волокна равного заряда и быстрое его восстановле-
ние после прохождения возбуждения.
В миелиновых волокнах возбуждение охватывает только участки узло-
вых перехватов, т.е. минует зоны, покрытые миелином. Такое проведение
возбуждения по волокну называется салыпаторным (скачкообразное).
В узловых перехватах количество натриевых каналов достигает 12 000 на
I мкм2, что значительно больше, чем в любом другом участке волокна.
В результате узловые перехваты являются наиболее возбудимыми и обес-
печивают большую скорость проведения возбуждения. Время проведения
возбуждения по миелиновому волокну обратно пропорционально длине
между перехватами.
Проведение возбуждения по нервному волокну не нарушается в тече-
ние длительного (многочасового) времени. Это свидетельствует о малой
утомляемости нервного волокна. Считают, что нервное волокно относите-
льно неутомляемо вследствие того, что процессы ресинтеза энергии в нем
идут с достаточно большой скоростью и успевают восстановить траты
энергии, происходящие при прохождении возбуждения.
В момент возбуждения энергия нервного волокна тратится на работу
натрий-калиевого насоса. Особенно большие траты энергии происходят в
перехватах Ранвье вследствие большой плотности здесь натрий-калиевых
каналов.
Дж. Эрлангер и X. Гассер (1937) впервые классифицировали нервные
волокна по скорости проведения возбуждения. Различная скорость про-
ведения возбуждения по волокнам смешанного нерва выявляется при ис-
пользовании внеклеточного электрода. Потенциалы волокон, проводящих
возбуждение с неодинаковой скоростью, регистрируются раздельно (рис.
2.11).
В зависимости от скорости проведения возбуждения нервные волокна
делят на три типа: А, В, С. В свою очередь волокна типа А подразделяют
на четыре группы: А^, Ар, A,, Ag. Наибольшей скоростью проведения (до
120 м/с) обладают волокна группы которую составляют волокна диа-
метром 12—22 мкм. Другие волокна имеют меньший диаметр, и соответст-
венно проведение возбуждения по ним происходит с меньшей скоростью
(табл. 2.3).
Нервный ствол образован большим числом волокон, однако возбужде-
ние, идущее по каждому из них, не передается на соседние. Эта особен-
ность проведения возбуждения по нерву носит название закона изолиро-
ванного проведения возбуждения по отдельному нервному волокну. Возмож-
68
Таблица 2.3. Скорость проведения возбуждения по нервным волокнам
Группа волокон Диаметр волокна, мкм Скорость проведения, мс
А
Аа 12-22 70-120
Ар 8-12 40-70
\ 4-8 15-40
А& 1-4 5-15
В 1-3 3-14
С 0,5-1,0 f 0,5-2
ность такого проведения имеет большое физиологическое значение, так
как обеспечивает, например, изолированность сокращения каждой нейро-
моторной единицы.
Способность нервного волокна к изолированному проведению возбуж-
дения обусловлена наличием оболочек, а также тем, что сопротивление
жидкости, заполняющей межволоконные пространства, значительно
ниже, чем сопротивления мембраны волокна. Поэтому ток, выйдя из воз-
бужденного волокна, шунтируется в жидкости и оказывается слабым для
возбуждения соседних волокон. Необходимым условием проведения воз-
буждения в нерве является не просто его анатомическая непрерывность,
но и физиологическая целостность. В любом металлическом проводнике
электрический ток течет до тех пор, пока проводник сохраняет физиче-
скую непрерывность. Для нервного «проводника» этого условия недоста-
точно: нервное волокно должно сохранять также физиологическую цело-
стность. Если нарушить свойства мембраны волокна (перевязка, блокада
новокаином, аммиаком и др.), проведение возбуждения по волокну пре-
кращается. Другим свойством, характерным для проведения возбуждения
по нервному волокну, является способность к двустороннему проведению.
Нанесение раздражения между двумя отводящими электродами на поверх-
ности волокна вызывает электрические потенциалы под каждым из них.
2.3. ФИЗИОЛОГИЯ СИНАПСОВ
Синапсами называются контакты, которые устанавливают нейроны как
самостоятельные образования. Синапс представляет собой сложную
структуру и состоит из пресинаптической части (окончание аксона, пе-
редающее сигнал), синаптической щели и постсинаптической части
(структура воспринимающей клетки).
Классификация синапсов. Синапсы классифицируются по местополо-
жению, характеру действия, способу передачи сигнала.
По местоположению выделяют нервно-мышечные и нейронейрональ-
ные синапсы^последниб в свою очередь делятся на аксосоматические, ак-
соаксональные, аксодендритические, дендросоматические.
По характеру действия на воспринимающую структуру_синапсы могут
быть возбуждающими и тормозящими. '
По способу передачи сигнала синапсы делятся на электрические, химиче-
с ^несмешанные— ~~~
69
Характер взаимодействия нейронов. Существует несколько способов
тог^заимодействия’
ЭТ л^етантное взаимодействие обеспечивается двумя нейронами, располо-
же#НЬ1МИ в разных структурах организма. Например, в клетках ряда струк-
тур мозга образуются нейрогормоны, нейропептиды, которые способны
^^действовать гуморально на нейроны других отделов.
Смежное взаимодействие нейронов осуществляется в случае, когда мемб-
раны нейронов разделены только межклеточным пространством. Обычно
взаимодействие имеется там, где между мембранами нейронов нет
глиальных клеток. Такая смежность характерна для аксонов обонятельного
нерва, параллельных волокон мозжечка и др. Считают, что смежное взаи-
модействие обеспечивает участие соседних нейронов в выполнении единой
функции. Это происходит, в частности, потому, что метаболиты, продукты
активности нейрона, попадая в межклеточное пространство, влияют на со-
седние нейроны. Смежное взаимодействие может в ряде случаев обеспечи-
вать передачу электрической информации от нейрона к нейрону.
Контактное взаимодействие обусловлено специфическими контактами
мембран нейронов, которые образуют так называемые электрические и
«химические синапсы.
'^Электрические синапсы,.Морфологически представляют собой слияние,
или сближение, участков мембран В последнем случае синаптическая
щель не сплошная, а прерывается мостиками полного контакта. Эти мос-
тики образуют повторяющуюся ячеистую структуру синапса, причем ячей-
ки ограничены участками сближенных мембран, расстояние- между^ерто-
'рыми в синапса^_млекопитающих доставляет 0,15—0,20 нм. В участках
слияния мембран находятся каналы, через которые клетки могут обмени-
ваться некоторыми продуктами. Кроме описанных ячеистых синапсов,
среди электрических синапсов различают другие — в форме сплошной
щели; площадь каждого из них достигает 1000 мкм2 (например, между
нейронами ресничного ганглия).
Электрические синапсы обладают односторонним проведением возбуж-
дения. Это легко доказать при регистрировании электрического потенциа-
ла на синапсе: при раздражении афферентных путей мембрана синапса де-
поляризуется, а при раздражении эфферентных волокон — гиперполяри-
зуется. Оказалось, что синапсы нейронов с одинаковой функцией облада-
ют двусторонним проведением возбуждения (например, синапсы между
двумя чувствительными клетками), а синапсы между разнофункциональ-
ными нейронами (сенсорные и моторные) обладают односторонним про-
ведением. Функции электрических синапсов заключаются прежде всего в
обеспечении срочных реакций организма. Этим, видимо, объясняется рас-
положение их у животных в структурах, обеспечивающих реакцию бегства,
спасения от опасности и др.
Электрический синапс сравнительно мало утомляем, устойчив к изме-
нениям внешней и внутренней среды. Видимо, эти качества наряду с бы-
стродействием обеспечивают высокую надежность его работы.
Химические синапсы структурно представлены пресинаптической ча-
стью, синаптической щелью и постсинаптической частью. Пресинаптиче-
ская часть химического синапса образуется расширением аксона по его
ходу или окончания (рис. 2 12). В пресинаптической части имеются агра-
нулярные и гранулярные пузырьки Пузырьки (везикулы) содержат медиа-
тор. В пресинаптическом расширении находятся митохондрии, обеспечи-
вающие синтез медиатора, гранулы гликогена и др. При многократном
раздражении пресинаптического окончания запасы медиатора в синапти-
70
ческих пузырьках истощаются. Считают, что мелкие гранулярные пузырь-
ки содержат норадреналин, крупные — другие катехоламины. Агрануляр-
ные пузырьки содержат ацетилхолин. Медиаторами возбуждения могут
быть также производные глутаминовой и аспарагиновой кислот.
Постсинаптическая мембрана, находящаяся в области синаптического
контакта, имеет специальные рецепторы в синапсах с химическим спосо-
бом передачи. В синапсах с электрическим способом передачи постсинап-
тическая мембрана имеет специфические свойства электропроводимости,
которые характерны для проведения возбуждения по нервному волокну.
Здесь ток из возбужденной терминали аксона затекает в постсинаптиче-
скую клетку и вытекает наружу через ее мембрану, создавая постсинапти-
ческий потенциал.
Возникновение постсинаптического потенциала обеспечивается реак-
цией связывания медиатора и бёлковоготрещеттторзгна постсинаптичёской
мембране, что приводит к открыванию или закрыванию"ионного- канала.
В результате может сформироваться ионная пора или инициируется син-
тез_вторимных посредников, которые вызывают изменения ионной прово-
димости мембран. Постсинаптический потенциал в этом случае протекает
более медленно, с большим латентным периодом.
Другой механизм организации синаптической передачи заключается в
том, что после того, как образовался комплекс «медиатор — рецепторный
белок», активируется G-белок мембраны клетки, причем молекула медиа-
тора активирует большое количество молекул G-белка. Каждая единица
G-белка может открыть ионный канал.
Синаптические контакты могут быть между аксоном и дендритом (ак-
содендритические), аксоном и сомой клетки (аксосоматические), аксона-
миДаксоаксональные), дендритами (дендродендритические), дендритами и
сомой клетки (дендросоматические).
Действие медиатора на постсинаптическую мембрану заключается в по-
вышении ее проницаемости для ионов Na+ Возникновение потока ионов
№Г~из синаптической щели через пастсинаптическую мембрану ведет к ее
деполяризации и вызывает генерацию возбуждающего постсинаптического
потенциала (ВПСП> (см. рис. 2.12).
Для синапсов с. химическим способом, передачи.возбуждения характер-
ны синаптическая задержка проведения возбуждения, длящаяся около
0,5 мс, и развитие постсияаптического потенциала (ПСП) в ответ на пре-
сИнаптичёскййимпульс. Этот потенциал при возбуждении проявляется в
деполяризации постсинаптической ъгембрдны, а при. торможении — в ги-
рерполяризации ее, в результате чего развивается тормозной постсинапти-
ческий потенциал (11 (СП). При возбуждении проводимость постсинапти-
ческой2мембран ы 'увеличивается.
ВПСП возникает в нейронах при действии в синапсах ацетилхолина,
норадреналина? дофамина," серотонина, тлутаминовой кислоты, вещества П.
ТИСА возникает при действии в синапсах глицина, гамма-аминомас-
ляной кислоты. ТЛСП.может развиваться и под действием медиаторов,
вИЗИвающих._ВПСП^ но в этих случаях медиатор вызывает переход по-
стсинаптической мембраны в состояние гиперполяризаций.
Для распространения возбуждения через химический синапс важно, что
нервный импульс, идущий по пресинаптической части, полностью гасится
^в синаптической щели. Однако нервный импульс вызывает физиологиче-
скйе изменения в пресинаптической части мембраны. В результате у ее
поверхности скапливаются синаптические пузырьки, изливающие медиа-
тор-в синаптическую щель.
71
Переход медиатора в синаптическую щель осуществляется путем экзо-
цито'за: пузырек с медиатором соприкасается и сливается с прссинаптиче-
екой мембраной.».затем.открывается выход в синаптическую щель и в нее
попадает"медиатор. В покое медиатор попадает в синаптическую щель по-
стоянно, н£>дз„малам количестве. Под влиянием пришедшего возбуждения
количество медиатора резко возрастает. Затем медиатор перемещается к
постсинаптической мембране, действует на специфические для него ре-
цеТГГбры и образует_на мембране комплекс медиатор—рецептор. Данный
комплекс‘изменяет проницаемость мембраны для К+ и Na+, в результате
чегТИЗтеняется ее потенциал покоя.
В зависимости от природы медиатора потенциал покоя мембраны мо-
жет снижаться (деполяризация), что характерно для возбуждения, или по-
вышаться (гиперполяризация), что типично для торможения. Величина
ВПСП зависит от количества выделившегося медиатора и может состав-
лять_ДД2^5,0 мВ. ‘Под влиянием ВПСП деполяризуются соседние с си-
напсом участки мембраны, затем деполяризация достигает аксонного хол-
мика нейрона, где возникает возбуждение, распространяющееся на аксон.
В тормозных синапсах этот процесс развивается следующим образом:
аксонное окончание синапса деполяризуется, что приводит к появлению
слабых"Электрических токов, вызывающих'йобилизацию и выделение в
синаптическую щель специфического тормозного медиатора. Он изменяет
ионную проницаемость постсинаптической мембраны таким образом, что
в ней открываются поры диаметром около 0,5 нм. Эти поры не пропуска-
ют Na+ (что вызвало бы деполяризацию мембраны), но пропускают К+
из клетки наружу, в результате чего происходит гиперполяризация пост-
синаптической мембраны. '
Такое изменение потенциала мембраны вызывает развитие ТПСП. Его
появление связывают с выделением в синаптическую щель специфиче-
ского медиатора. В синапсах разных нервных структур роль тормозного
медиатора могут выполнять различные вещества. В ганглиях моллюсков
роль тормозного медиатора выполняет ацетилхолин, в ЦНС высших жи-
вотных — гамма-аминомасляная кислота, глицин.
Нервно-мышечные синапсы обеспечивают проведение возбуждения с
нервного волокна на мышечное благодаря медиатору ацетилхолину, кото-
рый при возбуждении нервного окончания переходит в синаптическую
щель и действует на концевую пластинку мышечного волокна. Следовате-
льно, как и межнейронный синапс, нервно-мышечный синапс имеет преси-
наптическую часть, принадлежащую нервному окончанию, синаптическую
щель, постсинаптическую часть (концевая пластинка), принадлежащую
мышечному волокну.
В пресинаптической терминали образуется и скапливается в виде пу-
зырьков ацетилхолин. При возбуждении электрическим импульсом, иду-
щим по аксону, пресинаптической части синапса ее мембрана становится
проницаемой для ацетилхолина.
Эта проницаемость возможна благодаря тому, что в результате деполя-
ризации пресинаптической мембраны открываются ее кальциевые каналы.
Са2+ входит в пресинаптическую часть синапса из синаптической щели.
Ацетилхолин высвобождается и проникает в синаптическую щель. Здесь
он взаимодействует со своими рецепторами постсинаптической мембра-
ны, принадлежащей мышечному волокну. Рецепторы, возбуждаясь, от-
крывают белковый канал, встроенный в липидный слой мембраны. Через
открытый канал внутрь мышечной клетки проникают Na+, что приводит к
деполяризации мембраны мышечной клетки, в результате развивается так
72
называемый потенциал концевой пластинки (ПКП). Он вызывает генера-
цию потенциала действия мышечного волокна.
Нервно-мышечный синапс передает возбуждение в одном направлении-
от нервного окончания к постсинаптической мембране мышечного волок-
на, что обусловлено наличием химического звена в механизме нервно-мы-
шечной передачи.
Скорость проведения возбуждения через синапс намного меньше, чем
по нервному волокну, так как здесь тратится время на активацию преси-
наптической мембраны, переход через нее кальция, выделение ацетилхо-
лина в синаптическую щель, деполяризацию постсинаптической мембра-
ны, развитие ПКП.
Синаптическая передача возбуждения имеет ряд свойств:
• наличие медиатора в пресинаптической части синапса;
• относительная медиаторная специфичность синапса, т.е. каждый синапс
имеет свой доминирующий медиатор;
• переход постсинаптической мембраны под влиянием медиаторов в со-
стояние де- или гиперполяризации;
• возможность действия специфических блокирующих агентов на рецеп-
тируюшие структуры постсинаптической мембраны;
• увеличение длительности постсинаптического потенциала мембраны
при подавлении действия ферментов, разрушающих синаптический ме-
диатор;
• развитие в постсинаптической мембране ПСП из миниатюрных потен-
циалов, обусловленных квантами медиатора;
• зависимость длительности активной фазы действия медиатора в синапсе
от свойств медиатора;
• односторонность проведения возбуждения;
• наличие хемочувствительных рецепторуправляемых каналов постсинап-
тической мембраны;
♦ увеличение выделения квантов медиатора в синаптическую щель про-
порционально частоте приходящих по аксону импульсов;
• зависимость увеличения эффективности синаптической передачи от ча-
стоты использования синапса («эффект тренировки»);
• утомляемость синапса, развивающаяся в результате длительного высоко-
частотного его стимулирования. В этом случае утомление может быть
обусловлено истощением и несвоевременным синтезом медиатора в пре-
синаптической части синапса или глубокой, стойкой деполяризацией
постсинаптической мембраны (пессимальное торможение).
Перечисленные свойства относятся к химическим синапсам. Электри-
ческие синапсы имеют некоторые особенности, а именно: малую задержку
проведения возбуждения; возникновение деполяризации как в пре-, так и
в постсинаптической частях синапса; наличие большей площади синапти-
ческой щели в электрическом синапсе, чем в химическом.
Синаптические медиаторы являются веществами, которые имеют спе-
цифические инактиваторы. Например, ацетилхолин инактивируется аце-
тилхолинэстеразой, норадреналин — моноаминоксидазой, катехолометил-
трансферазой.
Неиспользованный медиатор и его фрагменты всасываются обратно в
пресинаптическую часть синапса.
Ряд химических веществ крови и постсинаптической мембраны изме-
няет состояние синапса, делает его неактивным. Так, простагландины тор-
мозят секрецию медиатора в синапсе. Другие вещества, называемые бло-
73
каторами хеморецепторных каналов, прекращают передачу в синапсах.
Например, токсин ботулинуса, марганец блокируют секрецию медиатора в
нервно-мышечном синапсе, в тормозящих синапсах ЦНС. Тубокурарин,
атропин, стрихнин, пенициллин, пикротоксин и др. блокируют рецепторы
в синапсе, в результате чего медиатор, попав в синаптическую щель, не
находит своего рецептора.
В то же время выделены вещества, которые блокируют системы, разруша-
ющие медиаторы. К. ним относят эзерин, фосфорорганические соединения.
В нервно-мышечном синапсе в норме ацетилхолин действует на синап-
тическую мембрану короткое время (1—2 мс), так как сразу же начинает
разрушаться ацетилхолинэстеразой. В случаях, когда этого не происходит
и ацетилхолин не разрушается на протяжении миллисекунд, его действие
на мембрану прекращается и мембрана не деполяризуется, а гиперполяри-
зуется, и возбуждение через этот синапс блокируется.
Блокада нервно-мышечной передачи может быть вызвана следующими
способами:
▲ действие местноанестезирующих веществ, которые блокируют возбуж-
дение в пресинаптической части;
ж блокада высвобождения медиатора в пресинаптической части (напри-
мер, токсин ботулинуса);
ж нарушение синтеза медиатора, например, при действии гемихолина;
ж блокада рецепторов ацетилхолина, например, при действии бунгароток-
сина;
ж вытеснение ацетилхолина из рецепторов, например, при действии кура-
ре;
ж инактивация постсинаптической мембраны сукцинилхолином, дексаме-
тонием и др.;
ж угнетение холинэстеразы, что приводит к длительному сохранению аце-
тилхолина и вызывает глубокую деполяризацию и инактивацию рецеп-
торов синапсов. Такой эффект наблюдается при действии фосфорорга-
нических соединений.
Специально для снижения тонуса мышц, особенно при операциях, ис-
пользуют блокаду нервно-мышечной передачи миорелаксантами; деполя-
ризующие релаксанты действуют на рецепторы субсинаптической мембра-
ны (сукцинилхолин и др.), недеполяризующие релаксанты, устраняющие
действие ацетилхолина, — на мембрану по конкурентному типу (препара-
ты группы кураре).
2.4. ФИЗИОЛОГИЯ МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ
Мышцы преобразуют химическую энергию питательных веществ в ме-
ханическую энергию. Перемещение тела в пространстве, поддержание
определенной позы, работа сердца и сосудов и пищеварительного тракта у
человека и позвоночных животных осуществляются мышцами двух основ-
ных типов: поперечно-полосатыми (скелетная, сердечная) и гладкими,
которые отличаются друг от друга клеточной и тканевой организацией,
иннервацией и в определенной степени механизмами функционирования.
В то же время в молекулярных механизмах мышечного сокращения между
этими типами мышц есть много общего. Доля мышечной ткани к общей
массе тела при рождении человека составляет примерно 25 %, у людей
среднего возраста — 40 %, у пожилых — немного меньше 30 %.
74
2.4.1. Скелетные мышцы
2.4.1.1. Классификация скелетных мышечных волокон
Скелетные мышцы человека и позвоночных животных состоят из мы-
шечных волокон нескольких типов, отличающихся друг от друга струк-
турно-функциональными характеристиками. В настоящее время выде-
ляют четыре основных типа мышечных волокон.
Медленные фазические волокна окислительного типа характеризуются
большим содержанием белка миоглобина, который способен связывать О2
(близок по своим свойствам к гемоглобину). Мышцы, которые преимуще-
ственно состоят из волокон этого типа, за их темно-красный цвет называ-
ют красными. Они выполняют функцию поддержания позы человека и
животных. Предельное утомление у волокон данного типа и, следователь-
но, мышц наступает очень медленно, что обусловлено наличием миогло-
бина и большого числа митохондрий. Восстановление функции после
утомления происходит быстро. Нейромоторные единицы этих мышц со-
стоят из большого числа мышечных волокон.
Быстрые фазические волокна окислительного типа. Мышцы, которые
преимущественно состоят из волокон этого типа, выполняют быстрые со-
кращения без заметного утомления, что объясняется большим количест-
вом митохондрий в этих волокнах и способностью образовывать АТФ пу-
тем окислительного фосфорилирования. Как правило, число волокон,
входящих в состав нейромоторной единицы, в этих мышцах меньше, чем в
предыдущей группе. Основное назначение мышечных волокон данного
типа заключается в выполнении быстрых, энергичных движений.
Быстрые фазические волокна с гликолитическим типом окисления харак-
теризуются тем, что АТФ в них образуется за счет гликолиза. Они содер-
жат меньше митохондрий, чем волокна предыдущей группы. Мышцы, со-
держащие эти волокна, развивают быстрое и сильное сокращение, но
сравнительно быстро утомляются. Миоглобин в данной группе мышечных
волокон отсутствует, вследствие чего мышцы, состоящие из волокон этого
типа, называют белыми.
Для мышечных волокон всех перечисленных групп характерно наличие
одной, в крайнем случае нескольких, концевых пластинок, образованных
одним двигательным аксоном.
Тонические волокна. В отличие от предыдущих мышечных волокон в то-
нических волокнах двигательный аксон образует множество синаптиче-
ских контактов с мембраной мышечного волокна. Развитие сокращения
происходит медленно, что обусловлено низкой активностью миозиновой
АТФазы. Также медленно происходит и расслабление. Мышечные волок-
на данного типа эффективно работают в изометрическом режиме. Эти мы-
шечные волокна не генерируют ПД и не подчиняются закону «все или ни-
чего». Одиночный пресинаптический импульс вызывает незначительное
сокращение. Серия импульсов вызовет суммацию постсинаптического по-
тенциала и плавно возрастающую деполяризацию мышечного волокна. У
человека мышечные волокна этого типа входят в состав наружных мышц
глаза.
Между структурой и функцией мышечных волокон существует тесная
связь. Показано, что быстрые фазические волокна имеют хорошо разви-
тую саркоплазматическую сеть и обширную сеть Т-системы; в то же время
медленные волокна имеют менее развитые саркоплазматическую сеть и
75
т системы. Кроме того, существует различие в активности кальцие-
ССТЬ соеов саркоплазматической сети: в быстрых волокнах она значите-
ВЬ1Х что позволяет этим мышечным волокнам быстро расслаблять-
ЛЬН большинство скелетных мышц человека состоит из мышечных воло-
ся' различных типов, с преобладанием одного из типов в зависимости от
к0$щий, которые выполняет та или иная мышца.
ышечные воЛокна не являются функциональной единицей скелетной
Кскулатуры. Эту роль выполняет нейромопгорная, или двигательная, едини-
ца, которая включает мотонейрон и группу мышечных волокон, иннервиру-
емых разветвлениями аксона этого мотонейрона, расположенного в ЦНС.
Число мышечных волокон, входящих в состав двигательной единицы, раз-
лично (табл. 2.4) и зависит от функции, которую выполняет мышца.
В мышдах» обеспечивающих наиболее точные и быстрые движения,
двигательная единица состоит из нескольких мышечных волокон, в то
время как в мышцах, участвующих в поддержании позы, двигательные
единицы включают несколько сотен и даже тысяч мышечных волокон.
Таблица 2.4. Число мышечных волокон в двигатель-
ной единице различных мышц
Мышцы Число мышечных волокон
Глаза Пальцев рук Двуглавая Камбаловидная Менее 10 1-25 Около 750 2000
Величина потенциала покоя мышечных волокон составляет примерно
“90 мВ, ПД 120—130 мВ. Длительность ПД — 1—3 мс, величина критиче-
ского потенциала —50 мВ.
2.4.1.2. Функции и свойства скелетных мышц
Скелетные мышцы являются составной частью опорно-двигательного
аппарата человека. Мышцы выполняют следующие функции:
• обеспечивают позу тела человека;
• перемещают тело в пространстве;
• перемещают отдельные части тела относительно друг друга;
• являются источником тепла, выполняя терморегуляционную функцию.
Скелетная мышца обладает следующими свойствами:
1) возбудимостью — способностью отвечать на действие раздражителя
изменением ионной проводимости и мембранного потенциала. В естест-
венных условиях этим раздражителем является медиатор ацетилхолин, ко-
торый выделяется в пресинаптических окончаниях аксонов мотонейронов.
В лабораторных условиях часто используют электрическую стимуляцию
мышцы. При электрической стимуляции мышцы первоначально возбуж-
даются нервные волокна, которые выделяют ацетилхолин, т.е. в данном
случае наблюдается непрямое раздражение мышцы. Это обусловлено тем,
что возбудимость нервных волокон выше мышечных;
76
2) проводимостью — способностью проводить потенциал действия вдоль
и в глубь мышечного волокна по Т-системе;
3) сократимостью — способностью укорачиваться или развивать напря-
жение при возбуждении;
4) эластичностью — способностью развивать напряжение при растяги-
вании;
5) тонусом — в естественных условиях скелетные мышцы постоянно
находятся в состоянии некоторого сокращения, называемого мышечным
тонусом, который имеет рефлекторное происхождение.
2.4.1.3. Механизм мышечного сокращения
Скелетная мышца представляет собой систему, преобразующую химиче-
скую энергию в механическую работу и тепло. В настоящее время достаточ-
но хорошо исследованы молекулярные механизмы этого преобразования.
Структурная организация мышечного волокна. Мышечное волокно явля-
ется многоядерной структурой, окруженной мембраной и содержащей
специализированный сократительный аппарат — миофибриллы. Кроме это-
го, важнейшими компонентами мышечного волокна являются митохонд-
рии, системы продольных трубочек — саркоплазматическая сеть (ретику-
лум) и система поперечных трубочек — Т-система. Функциональной еди-
ницей сократительного аппарата мышечной клетки является саркомер
(рис. 2.13, А); из саркомеров состоит миофибрилла. Саркомеры отделяют-
ся друг от друга Z-пластин кам и. Саркомеры в миофибрилле расположены
последовательно, поэтому сокращение саркомеров вызывает сокращение
миофибриллы и общее укорочение мышечного волокна.
Изучение структуры мышечных волокон в световом микроскопе позво-
лило выявить их поперечную исчерченность. Электронно-микроскопиче-
ские исследования показали, что поперечная исчерченность обусловлена
особой организацией сократительных белков миофибрилл — актина, мио-
зина, тропонина и тропомиозина.
Мономеры актина ( G-актин или глобулярный актин — мол. масса
42 000—43 000) могут взаимодействовать друг с другом с образованием
фибриллярного актина (F-актин) или полимеризованного актина (актино-
вые филаменты). Актиновые филаменты представлены двойной нитью, за-
крученной в двойную спираль с шагом около 36,5 нм. Филаменты длиной
I мкм и диаметром 6—8 нм, количество которых достигает около 2000, од-
ним концом прикреплены к Z-пластинке. Другой конец филаментов рас-
полагается в центральной части саркомера. В продольных бороздках акти-
новой спирали располагаются нитевидные молекулы белка тропомиозина.
С? шагом, равным 40 нм, к молекуле тропомиозина прикреплен тропонино-
вый комплекс, представленный тремя основными формами белка — тро-
понина. Тропонин С связывает Са2+; тропонин I (ингибирующий) может
подавлять процесс гидролиза АТФ актомиозиновым комплексом; тропо-
нин Т фиксирует тропониновый комплекс к тропомиозину. Тропонин и
тропомиозин играют важную роль в механизмах взаимодействия актина и
миозина.
В середине саркомера между нитями актина располагаются толстые
нити белка миозина. В миозине (мол. масса 460 000—500 000) различают
Две тяжелые цепи миозина (мол. масса 200 000—250 000), переплетенные
Между собой, каждая из которых имеет грушевидную головку и две пары
легких цепей миозина (мол. масса 15 000—27 000), также скрученных меж-
77
ду собой. Тяжелый миозин обладает АТФазной активностью и связывается
с F-актином, причем АТФазная активность тяжелого миозина в присутст-
вии F-актина увеличивается в 100—200 раз.
Миозиновые филаменты имеют длину около 1,6 мкм. В поляризацион-
ном микроскопе эта область видна в виде полоски темного цвета (вследст-
вие двойного лучепреломления) — анизотропный A-диск. В центре его
видна более светлая полоска Н. В ней в состоянии покоя нет актиновых
нитей. По обе стороны A-диска видны светлые изотропные полоски —
1-диски, образованные нитями актина. В состоянии покоя нити актина и
миозина незначительно перекрывают друг друга таким образом, что общая
длина саркомера составляет около 2,5 мкм. При электронной микроско-
пии в центре Н-полоски обнаружена М-линия — структура, которая удер-
живает нити миозина. На поперечном срезе мышечного волокна можно
увидеть гексагональную организацию миофиламента; каждая нить миози-
на окружена шестью нитями актина (рис. 2.13, Б).
При электронной микроскопии на боковых сторонах миозиновой нити
обнаруживаются выступы, получившие название поперечных мостиков.
Они ориентированы по отношению к оси миозиновой нити под углом
120 °C. Согласно современным представлениям, поперечный мостик со-
стоит из головки и шейки. Головка приобретает выраженную АТФазную
активность при связывании с актином. Шейка обладает эластическими
свойствами и представляет собой шарнирное соединение, поэтому головка
поперечного мостика может поворачиваться вокруг своей оси.
Использование микроэлектродной техники в сочетании с интерферен-
ционной микроскопией позволило установить, что нанесение электриче-
ского раздражения на область Z-пластинки приводит к сокращению сарко-
мера, при этом размер зоны диска А не изменяется, а величина полосок Н и
1 уменьшается. Эти наблюдения свидетельствовали о том, что длина миози-
новых нитей не изменяется. Аналогичные результаты были получены при
растяжении мышцы — собственная длина актиновых и миозиновых нитей
не изменялась. В результате этих экспериментов выяснилось, что изменя-
лась область взаимного перекрытия актиновых и миозиновых нитей. Эти
факты позволили Н. Huxley и A. Huxley предложить теорию скольжения ни-
тей для объяснения механизма мышечного сокращения. Согласно этой те-
ории, при сокращении происходит уменьшение размера саркомера вследст-
вие активного перемещения тонких актиновых нитей относительно толстых
миозиновых. В настоящее время выяснены многие детали этого механизма
и теория получила экспериментальное подтверждение.
Механизм мышечного сокращения. Мышечные волокна разных организ-
мов и даже разных тканей одного организма имеют различные молекуляр-
ные механизмы сокращения и расслабления. Существуют два основных
механизма: актиновый и миозиновый. Для скелетных мышц позвоночных
характерен актиновый механизм, а для гладких — миозиновый. Рассмот-
рим актиновый механизм.
В процессе сокращения мышечного волокна в нем происходят следую-
щие преобразования.
▲ Электрохимическое преобразование:
• генерация ПД;
• распространение ПД по Т-системе;
• электрическая стимуляция зоны контакта Т-системы и саркоплазма-
тического ретикулума, активация ферментов, образование инозитол-
трифосфата, повышение внутриклеточной концентрации ионов Са2+.
78
д Хемомеханическое преобразование:
• взаимодействие ионов Са2+ с тропонином, освобождение активных
центров на актиновых филаментах;
• взаимодействие миозиновой головки с актином, вращение головки и
развитие эластической тяги;
• скольжение нитей актина и миозина относительно друг друга, умень-
шение размера саркомера, развитие напряжения или укорочение мы-
шечного волокна.
Передача возбуждения с мотонейрона на мышечное волокно происхо-
дит с помощью медиатора ацетилхолина (АХ). Взаимодействие АХ с холи-
норецептором концевой пластинки приводит к активации АХ-чувстви-
тельных каналов и появлению потенциала концевой пластинки, который
может достигать 60 мВ. При этом область концевой пластинки становится
источником раздражающего тока для мембраны мышечного волокна и на
участках клеточной мембраны, прилегающих к концевой пластинке, воз-
никает ПД, который распространяется в обе стороны со скоростью при-
мерно 3—5 м/с при температуре 36 °C. Таким образом, генерация ПД яв-
ляется первым этапом мышечного сокращения.
Вторым этапом является распространение ПД внутрь мышечного во-
локна по поперечной системе трубочек, которая служит связующим зве-
ном между поверхностной мембраной и сократительным аппаратом мы-
шечного волокна. Т-система тесно контактирует с терминальными цистер-
нами саркоплазматической сети двух соседних саркомеров. Электрическая
стимуляция места контакта приводит к активации ферментов, располо-
женных в месте контакта, и образованию инозитолтрифосфата. Инозитол-
трифосфат активирует кальциевые каналы мембран терминальных цис-
терн, что приводит к выходу ионов Са2+ из цистерн и повышению внутри-
клеточной концентрации Са2+ Совокупность процессов, приводящих к
повышению внутриклеточной концентрации Са2+, составляет сущность
третьего этапа мышечного сокращения. Таким образом, на первых этапах
происходит преобразование электрического сигнала ПД в химический —
повышение внутриклеточной концентрации Са2+, т.е. электрохимическое
преобразование.
При повышении внутриклеточной концентрации Са2+ тропомиозин
смещается в желобок между нитями актина, при этом на актиновых нитях
открываются участки, с которыми могут взаимодействовать поперечные
мостики миозина. Смещение тропомиозина обусловлено изменением кон-
формации молекулы белка тропонина С при связывании Са2+ Следова-
тельно, участие Са2+ в механизме взаимодействия актина и миозина опо-
средовано через тропонин С и тропомиозин.
Существенная роль кальция в механизме мышечного сокращения была
Доказана в опытах с применением белка экворина, который люминесциру-
ет при взаимодействии с кальцием. После инъекции экворина мышечное
волокно подвергали электрической стимуляции и одновременно измеряли
мышечное напряжение в изометрическом режиме и люминесценцию эк-
ворина. Обе кривые полностью коррелировали друг с другом. Таким обра-
зом, четвертым этапом электромеханического сопряжения является взаи-
модействие кальция с тропонином С и смещение тропомиозина.
Следующим, пятым этапом электромеханического сопряжения являет-
ся присоединение головки поперечного мостика к актиновому филаменту
К первому из нескольких последовательно расположенных стабильных
Центров. При этом миозиновая головка поворачивается вокруг своей оси,
79
м
шйшт
П1ГPHI I’
I I М 11
а -----------
4лшпп1
4i/j UIJH1
гтГУТТУТТТТ
жж—‘—WW
ш-—;
W—г- жж
—!—шш
--- I --
б
ЩШШЩ/
Тптттгртту
iUlHlUll/
шшшш
ШШШШП
ТтпШ^уп
ж»
жмж
жж
жш
W-
жж
•ЖИЖ
чжж
М Z
к
жж W*
Рис. 2.14. Теория «скользящих нитей».
А: а — мышца в покое; б — мышца при сокращении; Б — последовательное взаимодействие
активных центров миозиновой головки с центрами на актиновой нити.
поскольку имеет несколько активных центров, которые последовательно
взаимодействуют с соответствующими центрами на актиновом филаменте.
Вращение головки приводит к увеличению упругой эластической тяги
шейки поперечного мостика и увеличению напряжения. В каждый конк-
ретный момент в процессе развития сокращения одна часть головок попе-
речных мостиков находится в соединении с актиновым филаментом, дру-
гая свободна, т.е. существует последовательность их взаимодействия с ак-
тиновым филаментом. Это обеспечивает плавность процесса сокращения.
На четвертом и пятом этапах происходит хемомеханическое преобразова-
ние.
Последовательная реакция соединения и разъединения головок попе-
речных мостиков с актиновым филаментом приводит к скольжению тон-
ких и толстых нитей относительно друг друга и уменьшению размеров сар-
комера и общей длины мышцы, что является шестым этапом. Совокуп-
ность описанных процессов составляет сущность теории скольжения ни-
тей (рис. 2.14),
Первоначально полагали, что Са2+ служат кофактором АТФазной ак-
тивности миозина. Дальнейшие исследования опровергли это предполо-
жение. У покоящейся мышцы актин и миозин практически не обладают
АТФазной активностью. Присоединение головки миозина к актину при-
водит к тому, что головка приобретает АТФазную активность.
Гидролиз АТФ в АТФазном центре головки миозина сопровождается
изменением конформации последней и переводом ее в новое, высоко-
80
энергетическое состояние. Повторное присоединение миозиновой головки
к новому центру на актиновом филаменте вновь приводит к вращению го-
ловки, которое обеспечивается запасенной в ней энергией. В каждом цик-
ле соединения и разъединения головки миозина с актином расщепляется
одна молекула АТФ на каждый мостик. Быстрота вращения определяется
скоростью расщепления АТФ. Очевидно, что быстрые фазические волокна
потребляют значительно больше АТФ в единицу времени и сохраняют ме-
ньше химической энергии во время тонической нагрузки, чем медленные
волокна. Таким образом, в процессе хемомеханического преобразования
АТФ обеспечивает разъединение головки миозина и актинового филамен-
та и энергетику для дальнейшего взаимодействия головки миозина с дру-
гим участком актинового филамента. Эти реакции возможны при концен-
трации кальция выше 10~6 М.
Описанные механизмы укорочения мышечного волокна позволяют
предположить, что для расслабления в первую очередь необходимо пони-
жение концентрации ионов Са2+ Экспериментально было доказано, что
саркоплазматическая сеть имеет специальный механизм — кальциевый на-
сос, который активно возвращает кальций в цистерны. Активация кальци-
евого насоса осуществляется неорганическим фосфатом, который образу-
ется при гидролизе АТФ, а энергообеспечение работы кальциевого насо-
са — также за счет энергии, образующейся при гидролизе АТФ. Таким об-
разом, АТФ является вторым важнейшим фактором, абсолютно необходи-
мым для процесса расслабления. Некоторое время после смерти мышцы
остаются мягкими вследствие прекращения тонического влияния мото-
нейронов. Затем концентрация АТФ снижается ниже критического уровня
и возможность разъединения головки миозина с актиновым филаментом
исчезает. Возникает явление трупного окоченения с выраженной ригидно-
стью скелетных мышц.
2.4.1.4. Режимы мышечного сокращения
Сократительная способность скелетной мышцы характеризуется силой
сокращения, которую развивает мышца (обычно оценивают общую силу,
которую может развивать мышца, и абсолютную, т.е. силу, приходящуюся
на 1 см2 поперечного сечения), длиной укорочения, степенью напряжения
мышечного волокна, скоростью укорочения и развития напряжения, ско-
ростью расслабления. Поскольку эти параметры в большой степени опре-
деляются исходной длиной мышечных волокон и нагрузкой на мышцу,
исследования сократительной способности мышцы производят в различ-
ных режимах.
Раздражение мышечного волокна одиночным пороговым или сверхпо-
роговым стимулом приводит к возникновению одиночного сокращения,
которое состоит из нескольких периодов. Первый — латентный период
представляет собой сумму временных задержек, обусловленных возбуж-
дением мембраны мышечного волокна, распространением ПД по Т-сис-
теме внутрь волокна, образованием инозитолтрифосфата, повышением
концентрации внутриклеточного кальция и активации поперечных мос-
тиков. Для портняжной мышцы лягушки латентный период составляет
около 2 мс.
Второй — период укорочения, или развития напряжения. В случае сво-
бодного укорочения мышечного волокна говорят об изотоническом режиме
сокращения, при котором напряжение практически не изменяется, а меня-
ется только длина мышечного волокна. Если мышечное волокно закрепле-
но с двух сторон и не может свободно укорачиваться, то говорят об изо-
метрическом режиме сокращения. При данном режиме сокращения длина
мышечного волокна не изменяется, в то время как размеры саркомеров
меняются за счет скольжения нитей актина и миозина относительно друг
друга. В этом случае возникающее напряжение передается на эластические
элементы, расположенные внутри волокна. Эластическими свойствами
обладают поперечные мостики миозиновых нитей, актиновые нити,
Z-пластинки, продольно расположенная саркоплазматическая сеть и сар-
колемма мышечного волокна.
В опытах на изолированной мышце выявляется растяжение соедините-
льнотканных элементов мышцы и сухожилий, которым передается напря-
жение, развиваемое поперечными мостиками.
В организме человека в изолированном виде изотонического или изо-
метрического сокращения не происходит. Как правило, развитие напряже-
ния сопровождается укорочением длины мышцы — ауксотонический ре-
жим сокращения.
Третий — период расслабления, когда уменьшается концентрация Са2+ и
отсоединяются головки миозина от актиновых филаментов.
Полагают, что для одиночного мышечного волокна напряжение, разви-
ваемое любым саркомером, равно напряжению в любом другом саркомере.
Поскольку саркомеры соединены последовательно, скорость, с которой
происходит сокращение мышечного волокна, пропорциональна числу его
саркомеров. Таким образом, при одиночном сокращении скорость укоро-
чения длинного мышечного волокна выше, чем короткого. Величина уси-
лия, развиваемого мышечным волокном, пропорциональна числу миофиб-
рилл в нем. При мышечной тренировке число миофибрилл увеличивается,
что является морфологическим субстратом увеличения силы сокращения
мышц. Одновременно увеличивается и число митохондрий, повышающих
выносливость мышечного волокна при физической нагрузке.
В изолированной мышце величина и скорость одиночного сокращения
определяются рядом дополнительных факторов. Величина одиночного со-
кращения в первую очередь будет определяться числом двигательных еди-
ниц, участвующих в сокращении. Поскольку мышцы состоят из мышеч-
ных волокон с различным уровнем возбудимости, имеется определенная
зависимость между величиной стимула и ответной реакцией. Увеличение
силы сокращения возможно до определенного предела, после которого
амплитуда сокращения остается неизменной при увеличении амплитуды
стимула. При этом все мышечные волокна, входящие в состав мышцы,
принимают участие в сокращении.
Важность участия всех мышечных волокон в сокращении показана при
изучении зависимости скорости укорочения от величины нагрузки. Гра-
фик зависимости скорости сокращения от величины нагрузки приближа-
ется к гиперболе. Поскольку сила сокращения эквивалентна нагрузке, ста-
новится понятным, что максимальная сила, которая может быть развита
мышцей, приходится на очень малые скорости. Штангист может «взять
рекордный вес» только при медленных движениях. Напротив, быстрые
движения возможны при слабонагруженных мышцах.
Изменение силы сокращения наблюдают при ритмической стимуляции
скелетных мышц.
На рис. 2.15 показаны варианты стимуляции мышцы двумя стимулами.
Если второй стимул действует в период рефрактерности мышечного во-
локна, то он не вызовет повторного мышечного сокращения (рис. 2.15, а).
82
Рис. 2.15. Механизм суммации
мышечных сокращений. Стрел-
ками показаны моменты нане-
сения стимулов; ПД, развиваю-
щийся в ответ на второй сти-
мул, не отмечен. Объяснение в
тексте.
Если же второй стимул действует на мышцу после окончания периода рас-
слабления, то вновь возникает одиночное мышечное сокращение (рис.
2.15, б).
При нанесении второго стимула в период укорочения или развития
мышечного напряжения происходит суммация двух следующих друг за
другом сокращений, и результирующий ответ по амплитуде становится
значительно выше, чем при одиночном стимуле. При дальнейшем увели-
чении частоты стимуляции повторный стимул попадает в период рас-
слабления. В этом случае также возникнет суммация мышечных сокра-
щений, однако будет наблюдаться характерное западение на кривой мы-
шечного сокращения (рис. 2.15, в) — неполная суммация, лежащая в
основе зубчатого тетануса. При дальнейшем нарастании частоты стиму-
ляции повторные стимулы будут приходиться на период укорочения, или
развития напряжения, вследствие чего происходит полная суммация еди-
ничных сокращений, лежащая в основе гладкого тетануса (рис. 2.15, г).
Тетанус — сильное и длительное сокращение мышцы. Полагают, что в
основе этого явления лежит повышение концентрации кальция внутри
клетки, что позволяет осуществляться реакции взаимодействия актина и
миозина и генерации мышечной силы поперечными мостиками доста-
точно длительное время.
При тетанусе происходит суммация мышечных сокращений, в то время
как ПД мышечных волокон не суммируются.
В естественных условиях одиночные сокращения скелетных мышц не
встречаются. Происходит сложение, или суперпозиция, сокращений отде-
льных нейромоторных единиц. При этом сила сокращения может увели-
чиваться как за счет изменения числа двигательных единиц, участвующих
в сокращении, так и за счет изменения частоты импульсации мотонейро-
нов. В случае увеличения частоты импульсации будет наблюдаться сумма-
ция сокращений отдельных двигательных единиц.
83
Одной из причин увеличения силы сокращения в естественных услови-
ях является частота импульсов, генерируемых мотонейронами. Второй
причиной этого служат увеличение числа возбуждающихся мотонейронов
и синхронизация частоты их возбуждения. Рост числа мотонейронов соот-
ветствует увеличению количества двигательных единиц, участвующих в
сокращении, а возрастание степени синхронизации их возбуждения спо-
собствует увеличению амплитуды при суперпозиции максимального со-
кращения, развиваемого каждой двигательной единицей в отдельности.
Сила сокращения изолированной скелетной мышцы при прочих рав-
ных условиях зависит от исходной длины мышцы. Умеренное растяжение
мышцы приводит к тому, что развиваемая ею сила возрастает по сравне-
нию с силой, развиваемой нерастянутой мышцей. Происходит суммирова-
ние пассивного напряжения, обусловленного наличием эластических ком-
понентов мышцы, и активного сокращения. Максимальная сила сокраще-
ния достигается при размере саркомера 2—2,2 мкм. Увеличение длины
саркомера приводит к уменьшению силы сокращения, поскольку умень-
шается область взаимного перекрытия актиновых и миозиновых нитей.
При длине саркомера 2,9 мкм мышца может развивать силу, равную толь-
ко 50 % от максимально возможной.
В естественных условиях сила сокращения скелетных мышц при их
растяжении, например при массаже, увеличивается вследствие работы
гамма-эфферентов скелетных мышц.
2.4.1.5. Работа и мощность мышцы
Поскольку основной задачей скелетных мышц является совершение
мышечной работы, в экспериментальной и клинической физиологии оце-
нивают величину работы, которую совершает мышца, и мощность, разви-
ваемую при работе.
Согласно законам физики, работа есть энергия, затрачиваемая на пере-
мещение тела с определенной силой на определенное расстояние: A=FS.
Если сокращение мышцы совершается без нагрузки (в изотоническом ре-
жиме), то механическая работа равна нулю. Если при максимальной на-
грузке не происходит укорочения мышцы (изометрический режим), то ра-
бота также равна нулю. В этом случае химическая энергия полностью пе-
реходит в тепловую энергию.
Согласно закону средних нагрузок, мышца может совершать макси-
мальную работу при нагрузках средней величины.
При сокращении скелетных мышц в естественных условиях, преимуще-
ственно в режиме изометрического сокращения, например при фиксиро-
ванной позе, говорят о статической работе, при совершении движений —
о динамической.
Сила сокращения и работа, совершаемая мышцей в единицу времени
(мощность), не остаются постоянными при статической и динамической
работе. В результате продолжительной деятельности работоспособность
скелетных мышц понижается. Это явление называется утомлением. При
этом снижается сила сокращений, увеличиваются латентный период со-
кращения и период расслабления.
Статический режим работы более утомителен, чем динамический.
Утомление изолированной скелетной мышцы обусловлено прежде всего
тем, что в процессе совершения работы в мышечных волокнах накаплива-
ются продукты окисления — молочная и пировиноградная кислоты, кото-
84
рые снижают возможность генерирования ПД. Кроме того, нарушаются
процессы ресинтеза АТФ и креатинфосфата, необходимых для энерго-
обеспечения мышечного сокращения. В естественных условиях мышечное
утомление при статической работе в основном определяется неадекватным
регионарным кровотоком. Если сила сокращения в изометрическом режи-
ме составляет более 15 % от максимально возможной, то возникает кисло-
родное «голодание» и мышечное утомление прогрессивно нарастает.
В реальных условиях необходимо учитывать состояние ЦНС — сниже-
ние силы сокращений сопровождается уменьшением частоты импульса-
ции нейронов, обусловленное как их прямым угнетением, так и механиз-
мами центрального торможения. Еще в 1903 г. И.М. Сеченов показал, что
восстановление работоспособности утомленных мышц одной руки значи-
тельно ускоряется при совершении работы другой рукой в период отдыха
первой. В отличие от простого отдыха такой отдых называют активным.
Работоспособность скелетных мышц и скорость развития утомления за-
висят от уровня умственной деятельности: высокий уровень умственного
напряжения уменьшает мышечную выносливость.
2.4.1.6. Энергетика мышечного сокращения
В динамическом режиме работоспособность мышцы определяется ско-
ростью расщепления и ресинтеза АТФ — скорость расщепления АТФ мо-
жет увеличиваться в 100 раз и более. Ресинтез АТФ может обеспечиваться
за счет окислительного расщепления глюкозы. Действительно, при уме-
ренных нагрузках ресинтез АТФ обусловлен повышенным потреблением
мышцами глюкозы и кислорода. Это сопровождается увеличением крово-
тока через мышцы примерно в 20 раз, увеличением минутного объема
кровообращения и дыхания в 2—3 раза. У тренированных лиц большую
роль в обеспечении повышенной потребности организма в энергии играет
повышение активности митохондриальных ферментов.
При максимальной физической нагрузке происходит дополнительное
расщепление глюкозы путем анаэробного гликолиза. Во время этих про-
цессов ресинтез АТФ осуществляется в несколько раз быстрее, и механи-
ческая работа, производимая мышцами, также больше, чем при аэробном
окислении. Предельное время для такого рода работы составляет около
30 с, после чего возникает накопление молочной кислоты, т.е. метаболи-
ческий ацидоз, и развивается утомление.
Анаэробный гликолиз имеет место и в начале длительной физической
работы, пока не увеличится скорость окислительного фосфорилирования
таким образом, чтобы ресинтез АТФ вновь сравнялся с его распадом. По-
сле метаболической перестройки спортсмен обретает как бы второе дыха-
ние. Подробные схемы метаболических процессов приведены в руководст-
вах по биохимии.
2.4.1.7. Теплообразование при мышечном сокращении
Согласно первому закону термодинамики, общая энергия системы и ее
окружения должна оставаться постоянной. Скелетная мышца превращает
химическую энергию в механическую работу с выделением тепла. Хиллом
было установлено, что все теплообразование можно разделить на несколь-
ко компонентов:
85
д теплота активации — быстрое выделение тепла на ранних этапах мы-
шечного сокращения, когда отсутствуют видимые признаки укорочения
или развития напряжения. Теплообразование на этой стадии обусловле-
но выходом Са2+ из триад и соединением их с тропонином;
ж теплота укорочения — выделение тепла при совершении работы, если
речь идет не об изометрическом режиме. При этом, чем больше совер-
шается механической работы, тем больше выделяется тепла;
а теплота расслабления — выделение тепла упругими элементами мышцы
при расслаблении. При этом выделение тепла не связано непосредствен-
но с процессами метаболизма.
Как отмечалось ранее, нагрузка определяет скорость укорочения. Ока-
залось, что при большой скорости укорочения количество выделяющегося
тепла мало, а при малой скорости велико, так как количество выделяюще-
гося тепла пропорционально нагрузке (закон Хилла для изотонического
режима сокращения).
2.4.1.8. Скелетно-мышечное взаимодействие
При совершении работы развиваемое мышцей усилие передается на
внешний объект с помощью сухожилий, прикрепленных к костям скелета.
В любом случае нагрузка преодолевается за счет вращения одной части
скелета относительно другой вокруг оси вращения.
Мышечное сокращение передается на кости скелета при участии сухо-
жилий, которые обладают высокой эластичностью и растяжимостью. В слу-
чае сокращения мышцы происходит растяжение сухожилий и кинетическая
энергия, развиваемая мышцей, переходит в потенциальную энергию растя-
нутого сухожилия. Эта энергия используется при таких формах движения,
как ходьба, бег, сопровождаемых отрывом пятки от поверхности земли.
Скорость и сила, с которой одна часть тела перемещается относительно
другой, зависят от длины рычага, т.е. взаимного расположения точек при-
крепления мышц и оси вращения, а также от длины, силы мышцы и вели-
чины нагрузки. В зависимости от функции, которую выполняет конкрет-
ная мышца, возможно превалирование скоростных или силовых качеств.
Как уже указывалось в разделе 2.4.1.4, чем длиннее мышца, тем больше
скорость ее укорочения. При этом большую роль играет параллельное рас-
положение мышечных волокон относительно друг друга. В этом случае
физиологическое поперечное сечение соответствует геометрическому (рис.
2.16, А). Примером такой мышцы служит портняжная. Напротив, силовые
характеристики выше у мышц с так называемым перистым расположени-
ем мышечных волокон, при котором физиологическое поперечное сече-
ние больше геометрического (рис. 2.16, Б). Примером такой мышцы у че-
ловека служит икроножная.
У мышц веретенообразной формы, например у двуглавой мышцы пле-
ча, геометрическое сечение совпадает с физиологическим только в сред-
ней части, в других областях физиологическое сечение больше геометри-
ческого, поэтому мышцы этого типа по своим характеристикам занимают
промежуточное место (рис. 2.16, В).
При определении абсолютной силы различных мышц максимальное уси-
лие, которое развивает мышца, делят на физиологическое поперечное сече-
ние. Абсолютная сила икроножной мышцы человека составляет 5,9 кг/см2,
двуглавой мышцы плеча — 11,4 кг/см2.
«А
Рис. 2.16. Строение различных типов мышц и их физиологическое сечение.
А — портняжная мышца; Б — икроножная мышца; В — двуглавая мышца плеча.
2.4.1.9. Оценка функционального состояния мышечной
системы у человека
При оценке функционального состояния мышечной системы у челове-
ка используют различные методы.
Динамометрические методы используют для оценки силовых и скоро-
стных характеристик скелетных мышц человека.
Эргометрические методы используют для определения физической ра-
ботоспособности. Человек совершает работу в определенных условиях, и
одновременно регистрируют величину выполняемой работы и различные
физиологические параметры: частоту дыхания, пульс, артериальное давле-
ние, объем циркулирующей крови, величину регионарного кровотока, по-
требляемого Oj, выдыхаемого СО2 и др. С помощью специальных
устройств — велоэргометров или тредбанов (бегущая дорожка) создается
возможность дозировать нагрузку на организм человека.
Электромиографические методы исследования скелетных мышц челове-
ка нашли широкое применение в физиологической и клинической прак-
тике. В зависимости от задач исследования проводят регистрацию и ана-
лиз суммарной электромиограммы (ЭМГ) или потенциалов отдельных мы-
шечных волокон. При регистрации суммарной ЭМГ чаще используют на-
кожные электроды, при регистрации потенциалов отдельных мышечных
волокон — многоканальные игольчатые электроды.
Преимуществом суммарной электромиографии произвольного усилия
является неинвазивность исследования и, как правило, отсутствие элект-
ростимуляции мышц и нервов. Количественный анализ заключается в
определении частот волн, проведении спектрального анализа, оценки
средней амплитуды волн ЭМГ Одним из распространенных методов ана-
лиза ЭМГ является ее интегрирование, поскольку известно, что величина
Интегрированной ЭМГ пропорциональна величине развиваемого мышеч-
ного усилия.
Используя игольчатые электроды, можно регистрировать как суммар-
ную ЭМГ, так и электрическую активность отдельных мышечных волокон.
87
Регистрируемая при этом электрическая активность в большей степени
определяется расстоянием между отводящим электродом и мышечным во-
локном. Разработаны критерии оценки параметров отдельных потенциа-
лов здорового и больного человека.
Стабилографические методы основаны на измерении колебаний и сме-
щения центра тяжести тела (ЦТТ) во фронтальной и сагиттальной плоско-
стях. Стабилографическое обследование может выполняться в виде обыч-
ной стабилографии — когда обследуемый в течение заданного отрезка вре-
мени стоит на специальной стабилографической платформе, регистрирую-
щей колебания тела обследуемого, и в виде специальных нагрузочных проб.
Стабилографию выполняют при стоянии обследуемого в течение опреде-
ленного отрезка времени, как правило несколько десятков секунд, на спе-
циальной чувствительной платформе, снабженной тензодатчиками, распре-
деленными по площади платформы. Датчики фиксируют оказываемое на
них при стоянии обследуемого давление, которое формируется как резуль-
тат воздействия веса обследуемого на платформу. В течение исследования
это давление, оказываемое весом тела обследуемого, постоянно меняется
ввиду колебаний положения ЦТТ, отражающих состояние регуляторных
механизмов центральных и периферических отделов нервной системы.
Таким образом, стабилографический метод позволяет оценивать не только
состояние мышечной системы человека, но и систем ее регуляции.
2.4.2. Гладкие мышцы
Гладкие мышцы находятся в стенках внутренних органов, кровеносных и
лимфатических сосудов, в коже и морфологически отличаются от скелет-
ной и сердечной мышц отсутствием видимой поперечной исчерченности.
2.4.2.1. Классификация гладких мышц
Гладкие мышцы подразделяют на висцеральные (унитарные) и мульти-
унитарные (рис. 2.17). Висцеральные гладкие мышцы находятся во всех
внутренних органах, протоках пищеварительных желез, кровеносных и
лимфатических сосудах, коже. К мультиунитарным относятся ресничная
мышца и мышца радужки глаза. Деление гладких мышц на висцеральные
и мультиунитарные основано на различной плотности их двигательной
иннервации. В висцеральных гладких мышцах двигательные нервные
окончания имеются на небольшом количестве гладких мышечных клеток.
Несмотря на это, возбуждение с нервных окончаний передается на все
гладкие мышечные клетки пучка благодаря плотным контактам между со-
седними миоцитами — нексусам. Нексусы позволяют потенциалам дейст-
вия и медленным волнам деполяризации распространяться с одной мы-
шечной клетки на другую, поэтому висцеральные гладкие мышцы сокра-
щаются одномоментно с приходом нервного импульса.
2.4.2.2. Строение гладких мышц
Гладкие мышцы состоят из клеток веретенообразной формы, средняя
длина которых 100 мкм, а диаметр 3 мкм. Клетки располагаются в составе
мышечных пучков и тесно прилегают друг к другу. Мембраны прилежа-
88
A
Рис. 2.17. Строение мультиунитарной (А) и висцеральной (Б) гладкой мышцы.
1 — вегетативное нервное волокно, 2 — гладкая мышечная клетка, 3 — варикозные расши-
рения нервных волокон (варикозы), 4 — плотные контакты мембраны соседних гладких мы-
шечных клеток (нексусы)
щих клеток образуют нексусы, которые обеспечивают электрическую
связь между клетками и служат для передачи возбуждения с клетки на
клетку. Гладкие мышечные клетки содержат миофиламенты актина и мио-
зина, которые располагаются здесь менее упорядоченно, чем в волокнах
скелетной мышцы. Саркоплазматическая сеть в гладкой мышце менее раз-
вита, чем в скелетной.
2.4.2.3. Иннервация гладких мышц
Висцеральная гладкая мышца имеет двойную — симпатическую и пара-
симпатическую иннервацию, функция которой заключается в изменении
деятельности гладкой мышцы. Раздражение одного из вегетативных нер-
вов обычно увеличивает активность гладкой мышцы, стимуляция друго-
го — уменьшает. В некоторых органах, например кишечнике, стимуляция
адренергических нервов уменьшает, а холинергических увеличивает мы-
шечную активность; в других, например сосудах, норадреналин усиливает,
а АХ снижает мышечный тонус. Строение нервных окончаний в гладкой
мышце отличается от строения нервно-мышечного синапса скелетной
мышцы. В гладкой мышце нет концевых пластинок и отдельных нервных
окончаний. По всей длине разветвлений адренергических и холинергиче-
ских нейронов имеются утолщения, называемые варикозами. Они содер-
жат гранулы с медиатором, который выделяется из каждой варикозы нерв-
89
ных волокон. Таким образом, по ходу следования нервного волокна могут
возбуждаться или тормозиться многие гладкие мышечные клетки. Клетки,
лишенные непосредственных контактов с варикозами, активируются по-
тенциалами действия, распространяющимися через нексусы на соседние
клетки. Скорость проведения возбуждения в гладкой мышце невелика и
составляет несколько сантиметров в секунду.
Нервно-мышечная передача. Возбуждающее влияние адренергических
или холинергических нервов электрически проявляется в виде отдельных
волн деполяризации. При повторной стимуляции эти потенциалы сумми-
руются и по достижении пороговой величины возникает ПД.
Тормозящее влияние адренергических или холинергических нервов про-
является в виде отдельных волн гиперполяризации, называемых тормозны-
ми постсинаптическими потенциалами (ТПСП). При ритмической стиму-
ляции ТПСП суммируются. Возбуждающие и тормозные постсинаптиче-
ские потенциалы наблюдаются не только в мышечных клетках, контактиру-
ющих с варикозами, но и на некотором расстоянии от них. Это объясняется
тем, что постсинаптические потенциалы передаются от клетки к клетке че-
рез нексусы или посредством диффузии медиатора из мест его выделения.
2.4.2.4. Функции и свойства гладких мышц
Электрическая активность. Висцеральные гладкие мышцы характеризу-
ются нестабильным мембранным потенциалом. Колебания мембранного
потенциала независимо от нервных влияний вызывают нерегулярные со-
кращения, которые поддерживают мышцу в состоянии постоянного час-
тичного сокращения — тонуса. Тонус гладких мышц отчетливо выражен в
сфинктерах полых органов: желчном, мочевом пузырях, в месте перехода
желудка в двенадцатиперстную кишку и тонкой кишки в толстую, а также
в гладких мышцах мелких артерий и артериол. Мембранный потенциал
гладкомышечных клеток не является отражением истинной величины по-
тенциала покоя. При уменьшении мембранного потенциала мышца сокра-
щается, при увеличении — расслабляется. В периоды относительного по-
коя величина мембранного потенциала в среднем равна —50 мВ. В клетках
висцеральных гладких мышц наблюдаются медленные волнообразные
флюктуации МП величиной в несколько милливольт, а также ПД. Вели-
чина ПД может варьировать в широких пределах. В гладких мышцах про-
должительность ПД 50—250 мс; встречаются ПД различной формы. В не-
которых гладких мышцах, например мочеточника, желудка, лимфатиче-
ских сосудов, ПД имеют продолжительное плато во время реполяризации,
напоминающее плато потенциала в клетках миокарда. Платообразные ПД
обеспечивают поступление в цитоплазму миоцитов значительного количе-
ства внеклеточного кальция, участвующего в последующем в активации
сократительных белков гладкомышечных клеток. Ионная природа ПД
гладкой мышцы определяется особенностями каналов мембраны гладкой
мышечной клетки. Основную роль в механизме возникновения ПД играют
Са2+ Кальциевые каналы мембраны гладких мышечных клеток пропус-
кают не только Са2+, но и другие двухзарядные ионы (Ва2+, Mg2+), а
также Na+ Вход Са2+ в клетку во время ПД необходим для поддержания
тонуса и развития сокращения, поэтому блокирование кальциевых кана-
лов мембраны гладких мышц, приводящее к ограничению поступления
Са2+ в цитоплазму миоцитов внутренних органов и сосудов, широко испо-
льзуется в практической медицине для коррекции моторики пищевари-
90
тельного тракта и тонуса сосудов при лечении больных гипертонической
болезнью.
Автоматия. ПД гладких мышечных клеток имеют авторитмический
(пейсмекерный) характер, подобно потенциалам проводящей системы
сердца. Пейсмекерные потенциалы регистрируются в различных участках
гладкой мышцы. Это свидетельствует о том, что любые клетки висцераль-
ных гладких мышц способны к самопроизвольной автоматической актив-
ности. Автоматия гладких мышц, т.е. способность к автоматической
(спонтанной) деятельности, присуща многим внутренним органам и сосу-
дам.
Реакция на растяжение. Уникальной особенностью висцеральной
гладкой мышцы является ее реакция на растяжение. В ответ на растяже-
ние гладкая мышца сокращается. Это вызвано тем, что растяжение
уменьшает МП клеток, увеличивает частоту ПД и в конечном итоге —
тонус гладких мышц. В организме человека это свойство гладких мышц
служит одним из способов регуляции двигательной деятельности внут-
ренних органов. Например, при наполнении желудка происходит растя-
жение его стенки. Увеличение тонуса стенки желудка в ответ на его рас-
тяжение способствует сохранению объема органа и лучшему контакту его
стенок с поступившей пищей. В кровеносных сосудах растяжение, созда-
ваемое колебаниями кровяного давления, является основным фактором
миогенной саморегуляции тонуса сосудов. Наконец, растяжение мускула-
туры матки растущим плодом служит одной из причин начала родовой
деятельности.
Пластичность. Еще одной специфической характеристикой гладкой
мышцы является изменчивость напряжения без закономерной связи с ее
длиной. Так, если растянуть висцеральную гладкую мышцу, то ее напря-
жение будет увеличиваться, однако если мышцу удерживать в состоянии
удлинения, вызванным растяжением, то напряжение будет постепенно
уменьшаться, иногда не только до уровня, существовавшего до растяже-
ния, но и ниже этого уровня. Это свойство называется пластичностью
гладкой мышцы. Таким образом, гладкая мышцы более похожа на тягучую
пластичную массу, чем на малоподатливую структурированную ткань.
Пластичность гладкой мускулатуры способствует нормальному функцио-
нированию внутренних полых органов.
Связь возбуждения с сокращением. Изучать соотношения между элект-
рическими и механическими проявлениями в висцеральной гладкой мыш-
це труднее, чем в скелетной или сердечной, так как висцеральная гладкая
мышца находится в состоянии непрерывной активности. В условиях отно-
сительного покоя можно зарегистрировать одиночный ПД. В основе со-
кращения как скелетной, так и гладкой мышцы лежит скольжение актина
по отношению к миозину, где Са2+ выполняет триггерную функцию (рис.
2.18).
В механизме сокращения гладкой мышцы имеется особенность, отли-
чающая его от механизма сокращения скелетной мышцы: прежде чем ми-
озин гладкой мышцы сможет проявлять свою АТФазную активность, он
должен быть фосфорилирован. Фосфорилирование и дефосфорилирова-
ние миозина наблюдается и в скелетной мышце, но в ней процесс фосфо-
рилирования не является обязательным для активации АТФазной актив-
ности миозина. Механизм фосфорилирования миозина гладкой мышцы
осуществляется следующим образом: Са2+ соединяется с кальмодулином
(кальмодулин — рецептивный белок для Са2+). Возникающий комплекс
активирует фермент — киназу легкой цепи миозина, который в свою оче-
91
A
г 2 мН
Рис. 2.18. Механизмы активации и расслабления гладких мышц кишечника.
А — волна деполяризации и пиковые потенциалы действия под влиянием растяжения и при
действии ацетилхолина, приводящие к сокращению гладкой мышцы; Б — i иперполяризация
мембраны миоцитов при действии норадреналина, приводящая к расслаблению гладкой
мышцы; 1 — мембранный потенциал гладкомышечных клеток; 2 — уровень напряжения
гладкой мышцы.
редь катализирует процесс фосфорилирования миозина. Затем происходит
скольжение актина по отношению к миозину, составляющее основу со-
кращения. Отметим, что пусковым моментом для сокращения гладкой
мышцы является присоединение Са2+ к кальмодулину, в то время как в
скелетной и сердечной мышцах пусковым моментом является присоедине-
ние Са2+ к тропонину.
Химическая чувствительность. Гладкие мышцы обладают высокой чув-
ствительностью к различным физиологически активным веществам: адре-
налину, норадреналину, АХ, гистамину и др. Это обусловлено наличием
специфических рецепторов мембраны гладкомышечных клеток. Если до-
бавить адреналин или норадреналин к препарату гладкой мышцы кишеч-
ника, то увеличивается МП, уменьшается частота ПД и мышца расслабля-
ется, т.е. наблюдается тот же эффект, что и при возбуждении симпатиче-
ских нервов.
Норадреналин действует на а- и p-адренорецепторы мембраны гладко-
мышечных клеток. Взаимодействие норадреналина с р-рецепторами
уменьшает тонус мышцы в результате активации аденилатциклазы и обра-
зования циклического АМФ и последующего увеличения связывания
внутриклеточного Са2+ Воздействие норадреналина на а-рецепторы тор-
мозит сокращение за счет увеличения выхода Са2+ из мышечных клеток.
АХ оказывает на мембранный потенциал и сокращение гладких мышц
кишечника действие, противоположное действию норадреналина. Добав-
ление АХ к препарату гладкой мышцы кишечника уменьшает МП и уве-
личивает частоту спонтанных ПД. В результате увеличивается тонус и воз-
растает частота ритмических сокращений, т.е. наблюдается тот же эффект,
92
что и при возбуждении парасимпатических нервов. АХ деполяризует мем-
брану, увеличивает ее проницаемость для Na+ и Са2+. Гладкие мышцы не-
которых органов реагируют на различные гормоны. Так, матка у животных
в периоды между овуляцией и при удалении яичников относительно не-
возбудима. Во время течки или у животных, лишенных яичников, кото-
рым вводился эстроген, возбудимость гладких мышц возрастает. Прогесте-
рон увеличивает МП еще больше, чем эстроген, но в этом случае электри-
ческая и сократительная активность матки затормаживается.
2.5. ФИЗИОЛОГИЯ ЖЕЛЕЗИСТОЙ ТКАНИ
Классическими клеточными элементами возбудимых тканей (нервная и
мышечная) являются нейроны и миоциты. Железистая ткань также отно-
сится к возбудимым, но образующие ее гландулоциты обладают сущест-
венной морфофункциональной спецификой.
2.5.1. Секреция
Секреция — процесс образования внутри клетки (гландулоцит) из ве-
ществ, поступивших в нее, и выделения из клетки специфического про-
дукта (секрет) определенного функционального назначения. Гландуло-
циты представлены отдельными клетками и объединены в составе экзо-
кринных и эндокринных желез.
Функциональное состояние желез определяют по количеству и качеству
их экзосекретов (например, пищеварительных, потовых и др.) и содержа-
нию инкретируемых железами продуктов в крови и лимфе. Реже для этого
используют методы отведения и регистрацию секреторных потенциалов с
поверхности тела и слизистых оболочек; применяют также регистрацию
потенциалов желез, их фрагментов и отдельных гландулоцитов; кроме
того, распространены морфологические, в том числе гисто- и цитохимиче-
ские методы исследования секреторной функции различных желез.
Гландулоциты выделяют различные по химической природе продукты:
белки, липопротеиды, мукополисахариды, растворы солей, оснований и
кислот. Секреторная клетка может синтезировать и выделять один или не-
сколько секреторных продуктов одинаковой либо разной химической при-
роды. Выделяемый секреторной клеткой материал может иметь различное
Отношение к внутриклеточным процессам. Принято считать собственно
декретом продукт метаболизма данной клетки, экскретом — продукт ее ка-
таболизма, рекретом — поглощенный клеткой из крови и затем в неизме-
ненном виде выделенный продукт. Секрет может выводиться из клетки
Через ее апикальную мембрану в просвет ацинусов, протоки желез, по-
лость пищеварительного тракта — внешняя секреция, или экзосекреция.
Выведение секрета из клетки через ее базолатеральную мембрану в интер-
стициальную жидкость, откуда он поступает в кровь и лимфу, называется
внутренней секрецией — эндосекрецией, или инкрецией.
Экзо- и эндосекреция имеют много общего на уровне синтеза и выделе-
ния секреторного продукта. Выделение секретов из клетки осуществляется
Двумя способами, поэтому в крови можно обнаружить продукты экзосекре-
торных желез (например, ферменты пищеварительных желез), а в экзосек-
93
ретах — гормоны (в секретах пищеварительных желез находят небольшое
количество гормонов). В составе некоторых желез (например, поджелудоч-
ной) имеются экзокринные и эндокринные клетки. Эти явления находят
объяснение в экскреторной теории происхождения секреторных процессов
(А.М. Уголев). Согласно этой теории, внешняя и внутренняя секреция же-
лез произошла от свойственной всем клеткам неспецифической функции —
экскреции — выделения из них продуктов обмена веществ.
2.5.2. Многофункциональность секреции
В процессе экзо- и эндосекреции реализуется несколько функций. Так,
в результате внешней секреции желез пищеварительного тракта в него вы-
деляются растворы ферментов и электролитов, обеспечивающие перевари-
вание пищи в созданных ими оптимальных физико-химических условиях.
Секреция потовых желез выступает в роли важного механизма терморегу-
ляции. Секреция молочных желез необходима для лакготрофного питания
детей (см. раздел 13.5). Экзосекреция желез играет большую роль в под-
держании относительного постоянства внутренней среды организма, обес-
печивая выделение из организма эндогенных и экзогенных веществ. Экзо-
секретируемые в полость пищеварительного тракта продукты (ионы Н+,
ферменты и др.) принимают участие в регуляции пищеварительных функ-
ций. Секретируемая мукоцитами слизь выполняет защитную роль, ограж-
дая слизистые оболочки от чрезмерных механических и химических раз-
дражений. В составе секретов выделяются вещества, необходимые для им-
мунной защиты организма.
Продукты внутренней секреции выполняют роль гуморальных регуля-
торов обмена веществ и функций. Особенно велика в этом роль специфи-
ческих гормонов. Ферменты, вырабатываемые и инкретируемые различ-
ными железами, участвуют в тканевом гидролизе питательных веществ,
формировании защитных гистогематических барьеров, образовании фи-
зиологически активных веществ (например, регуляторные пептиды из бел-
ков), в других физиологических процессах (например, свертывание крови
и фибринолиз).
2.5.3. Секреторный цикл
Секреторным циклом называется периодическое изменение состояния
секреторной клетки, обусловленное образованием, накоплением, выделе-
нием секрета и восстановлением ее дальнейшей секреции. В секреторном
цикле выделяют несколько фаз: поступление в клетку исходных веществ
(ведущее значение в этом имеют диффузия, активный транспорт и эндо-
цитоз); синтез и транспорт исходного секреторного продукта; формирова-
ние секреторных гранул; выделение секрета из клетки — экзоцитоз. Из
клетки выделяются и негранулированные продукты секреции. Существуют
клетки с разными типами внутриклеточных процессов и видами выделе-
ния секретов. В зависимости от типа выделения секрета секрецию делят
на голокриновую, апокриновую (макро- и микро-) и мерокриновую двух ви-
дов в зависимости от механизма выхода секрета через апикальную мембра-
ну: секрет покидает гландулоцит через отверстия в апикальной мембране,
образующиеся при контакте с ней секреторной гранулы, или путем диф-
фузии через мембрану, не меняющую свою структуру.
94
2.5.4. Биопотенциалы главдулоцитов
Биопотенциалы секреторных клеток имеют ряд особенностей в покое и
при секреции: низкую величину и скорость изменения, градуальность,
различную поляризованность базальной и апикальной мембран, гетеро-
хронность изменения поляризованности этих мембран при секреции и др.
МП гландулоцитов различных экзокринных желез в состоянии относи-
тельного покоя колеблется от —30 до —75 мВ. Стимуляция секреции меня-
ет МП. Это изменение поляризованности мембраны называется секретор-
ным потенциалом. У разных гландулоцитов он имеет существенные разли-
чия, характеризует секреторный процесс, влияет на секреторный цикл и
сопряжение его фаз, синхронизацию активности гландулоцитов в составе
данной железы. Оптимальной для возникновения секреторных потенциа-
лов считается поляризованность мембран, равная —50 мВ.
Для возбуждения большинства видов гландулоцитов характерна деполя-
ризация их мембран, но описаны гландулоциты, при возбуждении кото-
рых мембраны гиперполяризуются, формируя двухфазные потенциалы.
Деполяризация мембраны обусловлена потоком Na+ в клетку и выходом
из нее К+ Гиперполяризация мембраны обусловлена транспортом в клет-
ку С1_ и выходом из нее Na+ и К+ Различие в поляризованности базаль-
ной и апикальной мембран составляет 2—3 мВ, что создает значительное
электрическое поле (20—30 В/см). Его напряженность при возбуждении
секреторной клетки возрастает примерно вдвое, что способствует переме-
щению секреторных гранул к апикальному полюсу клетки и выходу секре-
та из клетки.
Физиологические стимуляторы секреции, повышающие концентрацию
Са2+ в гландулоцитах, влияют на калиевые и натриевые каналы и вызыва-
ют секреторный потенциал. Ряд стимуляторов секреции, действующих че-
рез активацию аденилатциклазы и не влияющих на обмен Са2+ в гланду-
лоцитах, не вызывает в них электрических эффектов. Следовательно, из-
менение МП и электрической проводимости гландулоцитов опосредовано
увеличением внутриклеточной концентрации кальция.
2.5.5. Регуляция секреции гландулоцитов
Секреция желез контролируется нервными, гуморальными и паракрин-
ными механизмами. В результате действия этих механизмов происходят
возбуждение, торможение и модуляция секреции гландулоцитов. Эффект
зависит от типа эфферентных нервов, медиаторов, гормонов и других фи-
зиологически активных веществ, вида гландулоцитов, входящих в состав
железистой ткани, мембранных рецепторов на них, механизма действия
этих веществ на внутриклеточные процессы. Для синаптических оконча-
ний на гландулоцитах характерны незамкнутые относительно широкие си-
наптические щели, заполненные интерстициальной жидкостью. Сюда из
окончаний нейронов поступают медиаторы, из крови — гормоны, из со-
седних эндокринных клеток — парагормоны, от самих гландулоцитов —
продукты их деятельности.
Медиаторы и гормоны (первичные мессенджеры, или передатчики)
взаимодействуют со специфическими, ассоциированными с разными
G-белками рецепторами базолатеральной мембраны гландулоцита. Возни-
кающий при этом сигнал передается G-белком на локализованную на
внутренней стороне мембраны аденилатциклазу, в результате чего повы-
95
шается или понижается ее активность, соответственно увеличивается или
уменьшается образование циклического аденозинмонофосфата, или на
фосфолипазу С. Последняя синтезирует диацилглицерин и инозитолтри-
фосфат из трифосфоинозитида. Аналогично развивается процесс с гуани-
латциклазой и циклическим гуанилмонофосфатом. Циклические нуклео-
тиды, выполняя роль вторичных передатчиков, влияют на цепь внутрикле-
точных ферментативных реакций, характерных для данного вида гланду-
лоцитов, и посредством специфических протеинкиназ реализуют секре-
цию. Кроме того, влияния вторичных мессенджеров осуществляются сис-
темой кальций — кальмодулин, в которой ионы Са2+ имеют внутри- и
внеклеточное происхождение, и активация секреции зависит от концент-
рации кальция и кальмодулина.
Гландулоциты в состоянии относительного покоя выделяют небольшое
количество секрета, которое может градуально усиливаться и уменьшать-
ся. На мембранах гландулоцитов имеются возбуждающие и тормозные ре-
цепторы, с участием которых секреторная активность гландулоцитов изме-
няется в широких пределах.
Некоторые вещества изменяют деятельность гландулоцитов, проникая
в них через базолатеральную мембрану. Таким образом, продукты секре-
ции аутокринно сами тормозят секреторную активность гландулоцитов по
принципу отрицательной обратной связи.
Глава 3
НЕРВНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ
3.1. МЕХАНИЗМЫ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЦЕНТРАЛЬНОЙ
нервной системы
Познание принципов функциональной организации механизмов деяте-
льности ведущей регулирующей — нервной — системы является важней-
шей задачей в изучении физиологии целостного организма.
3.1.1. Методы исследования функций центральной нервной
системы
Функции нервной системы изучают с использованием классических
методов и специальных методических приемов, призванных выявить спе-
цифические функции нервных образований, играющих роль главной
управляющей и информационной системы в организме.
К числу экспериментальных методов классической физиологии отно-
сятся приемы, направленные на активацию или подавление функции дан-
ного нервного образования. Способы активирования изучаемого органа
сводятся к раздражению его адекватными (или неадекватными) стимула-
ми. Адекватное раздражение достигается специфическим раздражением
соответствующих рецептивных входов рефлексов либо электрическим раз-
дражением проводникового или центрального отдела рефлекторной дуги,
имитирующим нервные импульсы. Среди неадекватных стимулов наибо-
лее распространенными являются раздражение различными химическими
веществами и градуируемое раздражение электрическим током.
Подавление функции вплоть до полного выключения достигается час-
тичным или полным удалением (экстирпация), разрушением изучаемого
нервного образования, кратковременным блокированием передачи возбуж-
дения химическим веществом, действием холодового фактора или анода
постоянного тока, денервацией органа. Развитие и совершенствование
электронной и усилительной техники значительно повышают возможно-
сти метода регистрации и анализа электрических проявлений деятельно-
сти нервных структур. Регистрация электрических потенциалов головного
мозга с последующим автоматизированным анализом с помощью средств
вычислительной техники становится одним из важнейших методов иссле-
дования в нейрофизиологии мозга. Развитие техники отведения электри-
ческих потенциалов отдельных нервных клеток (микроэлектродная техни-
ка) за последние 3—4 десятилетия существенно обогатило ценными экспе-
риментальными фактами физиологию мозга.
При изучении биофизических аспектов деятельности нервных клеток и
исследовании нейрогуморальных регуляторных систем, включая гематоэн-
цефалический барьер, цереброспинальную жидкость, широко используют-
ся радиоизотопные методы.
Классический условнорефлекторный метод изучения функции коры
большого мозга в современной нейрофизиологии успешно применяется в
Комплексном анализе механизмов обучения, становления и развития адап-
тивного поведения в сочетании с методами электроэнцефалографии, элект-
97
ронейронографии, нейро- и гистохимии, психофизиологии, способствуя более
полному представлению физиологической сущности протекающих в мозге
процессов.
В познании механизмов работы мозга возрастает роль методов теорети-
ческой физиологии, нейрокибернстики, в частности методов моделирова-
ния (физическое, математическое, концептуальное). Под моделью обычно
понимают искусственно созданный механизм, имеющий определенное по-
добие с рассматриваемым механизмом. Модель как исследовательский ин-
струмент отражает наиболее существенные черты моделируемого объекта,
не перегружая его подробными деталями и упрощая объект исследования.
Одним из постулатов теоретической нейрофизиологии является утвержде-
ние о сходстве по аналогии. Два механизма считаются аналогичными,
если органы, соответствующие один другому, выполняют одну и ту же
функцию. Из аналогии двух механизмов делается заключение о том, что
функции одного механизма присущи и другому, у которого наличие таких
функций экспериментально еще не установлено.
В системе научного познания психофизиологической сущности деятель-
ности мозга трудно переоценить роль такого метода теоретической ней-
рофизиологии, как выдвижение, обоснование и проверка, верификация
рабочей гипотезы. Практически использование любого метода физиологи-
ческого исследования неразрывно связано с выдвижением и разработкой
гипотезы — некоторого предположения, являющегося логическим развити-
ем системы суждений и умозаключений, призванных объяснить имеющий-
ся материал наблюдений и экспериментов С учетом трудностей прямых
экспериментальных вмешательств в структуры мозга человека становится
понятной важная роль теоретического метода в физиологии мозга.
3.1.2. Рефлекторный принцип регуляции функций
Основное положение рефлекторной теории заключается в утверждении,
что деятельность организма есть закономерная рефлекторная реакция на
стимул. Узловым моментом развития рефлекторной теории следует счи-
тать классический труд И.М. Сеченова (1863) «Рефлексы головного моз-
га», в котором впервые был провозглашен тезис о том, что все видьрсозна-
тельной и бессознательной жизни человека представляюпГсЬбои рефлектор-
ные реакции. Рефлекс как универсальная форма взаимодействия организма и
среды есть, реакция организма, возникающая на раздражение рецепторов и
осуществляемая с участием центральной нервной системы.
В есдественныхусловиях_рефлекторная реакция происходит при порого-
вом, надпороговом раздражении входа рефлекторной дуги —рецептивного
поля данного рефлекса..Рецептивным- полем' называется участок восприни-
мшощеи-чувсТвит^льнрйрюверхности организма с расположенными здесь
рецепторными"клетками, раздражение которых'инициирует рефлекторную
реакцию. Рецептивные поля разных рефлексов имеют определенную лока-
лизацию, рецепторные клетки для оптимального восприятия адекватных
раздражителей и располагающиеся в сетчатке (фоторецепторы); в спираль-
ном (кортиев) органе (волосковые слуховые рецепторы); в мышцах, в сухо-
жилиях, в суставных полостях (проприорецепторы); на поверхности языка
(вкусовые рецепторы); в слизистой оболочке носовых ходов (обонятельные
рецепторы); в коже (болевые, температурные, тактильные рецепторы) и др.
Структурной основой рефлекса является рефлекторная дуга — последо-
вательно соединенная цепочка нервных клеток, обеспечивающая осущест-
98
вление реакции, или ответа, на раздражение. Рефлекторная дуга состоит
из афферентного, центрального и эфферентного звеньев, связанных между
собой синаптическими соединениями. Афферентная часть дуги начинает-
ся рецепторными образованиями, назначение которых заключается в
трансформации энергии внешних раздражений в энергию нервного им-
пульса, поступающего по афферентному звену дуги рефлекса в ЦНС.
В зависимости от сложности структуры рефлекторной дуги различают
моно- и полисинаптические рефлексы. В простейшем случае импульсы,
поступающие в центральные нервные структуры по афферентным путям,
переключаются непосредственно на эфферентную нервную клетку, т.е. в
системе рефлекторной дуги имеется одно синаптическое соединение. Та-
кая рефлекторная дуга называется моносинаптической (например, рефлек-
торная дуга сухожильного рефлекса). Наличие в структуре рефлекторной
дуги двух и более синаптических переключений (т.е. 3 и более нейрона)
позволяет характеризовать ее как полисинаптическую.
Объяснение физиологических механизмов обучения, приобретенного
навыка, коррекции выполненного ответа только на основе принципа
рефлекторной реакции требует существенного пересмотра классической
схемы рефлекторной реакции, определяемой простой прямой связью:
стимул нервный центр -^цеакц и я.
Представление о рефлекторной реакции как о целесообразном ответе
организма диктует необходимость дополнить рефлекторную дугу еще одним
звеном — петлей обратной связи, призванной установить связь между реа-
лизованным результатом рефлекторной реакции и нервным центром, выда-
ющим исполнительные команды. Обратная связь — важнейший, принцип
функционирования кибернетических информационно-управляющих сис-
тем^-трансформирует открытую рефлекторную дугу в закрытую. Она мо-
жет быть реализована разными способами: от исполнительной структуры к
нервному центру, например, через возвратную аксонную коллатераль пира-
мидного нейрона коры большого мозга или двигательной моторной клетки
дереднего рога спинного мозга. Обратная связь может обеспечиваться и
нервными волокнами, поступающими к рецепторным структурам и управ-
ляющими чувствительностью рецепторных афферентных структур анализа-
тора. Такая структура рефлекторной дуги превращает ее в самонастраиваю-
щийся нервный контур регуляции физиологической функции, совершенст-
вуя рефлекторную реакцию и оптимизируя поведение организма.
Классификации рефлексов. Существуют классификации рефлексов; па
Способам их вызывания, особенностям рецепторов, центральным нервным
структурам их обеспечения, биологическому значению, сложности ней-
ронной структуры рефлекторной' дуги и др. По способу вызывания разли-
чают безусловные рефлексы (категория рефлекторных реакций, передавае-
fibix Ио Наследству) и условные рефлексы (рефлекторные реакции, приобре-
таемые на протяжении индивидуальной жизни организма).
Различают экстероцептивные рефлексы — рефлекторные реакции, ини-
циируемые- раздражением экстерорецепторов (болевые, температурные,
тактильные и др?), интероцептивные рефлексы — рефлекторные реакции,
запускаемые раздражением интероцепторов (хемо-, баро-, осморецепторов
и др.), проприоцептивные рефлексы — рефлекторные реакции, осуществля-
емые^ ответ на раздражение проприорецепторов мышц, сухожилий, сус-
тавных поверхностей и др.).
В зависимости от уровней структуры мозга различают спинномозговые,
бульбарные, мезэнцефальные, диэнцефальные, кортикальные- рефлекторные
реакции.
99
По биологическому^ назначению рефлексы делят на пищевые, оборони-
тельные, половые и др.
"С учетом уровня эволюционного развития, совершенствования сложно-
сти нервного субстрата, обеспечивающего рефлекторную реакцию, физио-
логического значения, уровня интегративной деятельности организма вы-
деляют шесть основных видов рефлексов, или уровней рефлекторных ре-
акций (А.Б. Коган).
Элементарные безусловные рефлексы представлены простыми рефлектор-
нымй"реакциями,"осуществляемыми на уровне отдельных сегментов спин-
ного мозга. Они имеют местное значение, вызываются локальным раздра-
жением рецепторов данного сегмента тела и проявляются в виде локаль-
ных сегментарных сокращений скелетных мышц. Элементарные безуслов-
ные рефлексы осуществляются по жестко детерминированным програм-
мам и имеют четкую структурную основу в виде сегментарного аппарата
спинного мозга. В результате такие рефлекторные реакции отличаются
высокой степенью автоматизма и стереотипности. Функциональная роль
этой категории рефлексов заключается в обеспечении простейших при-
способительных реакций к внешним воздействиям местного значения, а
также в приспособительных изменениях отдельных внутренних органов.
Координационные безусловные рефлексы представляют собой согласован-
ные акты локомоторной деятельности или комплексные реакции вегета-
тивных функциональных объединений внутренних органов. Эти рефлексы
также вызываются раздражением определенных групп внешних или внут-
ренних рецепторов, однако их эффект не ограничивается локальной реак-
цией, аформйрует сложные координационные акты сокращения и рас-
слабления мышц, а также возбуждения или торможения деятельности ряда
внутренних органов.
В физиологических механизмах реализации рефлекторных реакций это-
го типа значительное место занимает принцип обратной связи, обеспечи-
ваемый соответствующими спинномозговыми структурами и осуществля-
ющий антагонистическую, реципрокную иннервацию мышц-синергистов
и антагонистов, функциональное назначение координационных безуслов-
ных рефлексов — формирование на базе локальных элементарных безу-
словных рефлексов целенаправленных локомоторных актов или гомеоста-
тических систем организма.
Интегративные безусловные ^рефлексы представляют собой дальнейший
шаг в интеграции отдельных безусловных рефлексов, осуществляющих
сложные двигательные- акты организма в тесной связи с вегетативным
обеспечением, формируя тем самым комплексные поведенческие акты.
Рефлекторные реакции этого типа инициируются такими биологически
важными стимулами, как пищевые, болевые раздражители. Определяю-
щим на входе этих рефлекторных актов становятся не физико-химиче-
ские свойства стимулов, а в первую очередь их биологическое значение.
Интегративные безусловные рефлексы всегда носят системный характер,
включая достаточно выраженные соматические и вегетативные компо-
ненты. Их реализация оказывается весьма пластичной, тесно связанной
со многими развитыми проприоцептивными обратными связями, обеспе-
чивающими точную коррекцию выполняемого сложного поведенческого
акта в соответствии с изменениями в состоянии организма. Пример та-
кой реакции — ориентировочная реакция. Биологическое значение по-
следней заключается в перестройке организма, которая обеспечивает оп-
тимальную подготовку к восприятию и быстрому анализу нового неизве-
стного сигнала в целях организации рационального ответа. Интегратив-
100
ные безусловные рефлексы требуют для реализации надсегментарных ме-
ханизмов рефлекторной регуляции поведения организма. Эти рефлексы
означают переход от сравнительно простых безусловных рефлексов к по-
веденческим актам.
Сложнейшие безусловные рефлексы (инстинкты) представляют собой ви-
довые стереотипы поведения, организующиеся на базе интегративных
рефлексов по генетически заданной программе. В качестве запускающих
стереотипные поведенческие реакции раздражений выступают стимулы,
имеющие отношение к питанию, защите, размножению и другим биологи-
чески важным потребностям организма.
Сложнейшие безусловные рефлексы образованы последовательными
интегративными реакциями, построенными таким образом, что заверше-
ние одной реакции становится началом следующей. Адаптивность инстин-
ктов усиливается благодаря наслоению на сложнейшие безусловные реф-
лексы условных, приобретаемых на ранних этапах онтогенеза. Нервный
субстрат, ответственный за физиологические механизмы инстинктивного
поведения, представляет иерархическую систему соподчиненных центров
интегративных, координационных и элементарных безусловных рефлек-
сов. Жесткая предопределенность инстинктивных реакций обусловлена
этапной последовательностью актов инстинктивного поведения, ограни-
чивающей сферу функционирования обратной связи от последующего эта-
па к предыдущему, уже реализованному. Инстинктивные реакции отража-
ют исторический опыт вида. В субъективной сфере человека сложнейшие
безусловные рефлексы проявляются в виде последовательных влечений и
желаний.
Элементарные условные рефлексы проявляются в интегративных реакци-
ях, вызываемых ранее индифферентными раздражителями, приобретаю-
щими сигнальное значение в результате жизненного опыта или подкреп-
ления их безусловными стимулами (сигналы), имеющими биологическое
значение. Основным отличием этой категории рефлекторных реакций яв-
ляется то, что они образуются в процессе индивидуальной жизни. Услов-
норефлекторные реакции образуются, усложняются, видоизменяются на
протяжении всей жизни; наиболее простые из них формируются в раннем
возрасте. Нервным субстратом, отвечающим за осуществление условно-
рефлекторных реакций, является филогенетически наиболее молодая
структура головного мозга — кора большого мозга. Многоканальность и
взаимозаменяемость путей реализации условнорефлекторного механизма
лежат в основе высокой пластичности и надежности условнорефлектор-
мых реакций. В системе рефлекторных реакций появление условного реф-
лекса означает качественно новый скачок в приспособительном поведе-
нии высших животных и человека. Условнорефлекторные реакции дают
возможность организму заблаговременно отвечать на жизненно важные
> ситуации. В психической сфере деятельности человека условные рефлексы
закладывают начало ассоциативному способу мышления.
Сложные формы высшей нервной деятельности представлены психиче-
скими реакциями, возникающими на основе интеграции элементарных
Условных рефлексов и аналитико-синтетических механизмов абстрагиро-
вания. Абстрагирование от конкретного содержания безусловных под-
крепляющих раздражителей обеспечивает возможность более полного и
Целостного восприятия окружающего мира, адекватного прогнозирования
И программирования поведения. В качестве вызывающих подобные реак-
ции стимулов обычно выступают сложные комплексные раздражители.
Часто такие рефлекторные реакции имеют усеченную рефлекторную дугу
101
(отсутствует эфферентное звено рефлекторной дуги). Сложные формы вы-
сшей нервной деятельности оказываются связанными с синтетическими
процессами, обеспечивающими целостные субъективные образы внешнего
мира, целенаправленные программы поведения, различные проявления
абстрактной мыслительной деятельности человека.
3.1.3. Торможение в центральной нервной системе
Интегративная и координационная деятельность центральных нервных
образований осуществляется при обязательном участии тормозных про-
цессов.
С‘ /
I Торможение в ЦНС — активный процесс, проявляющийся внешне в по-
| давлении или в ослаблении цроцессд-возбужлсния.
Торможение в норме неразрывна связано с возбуждением, является'его
производным, сопутствует возбудительному процессу, ограничивая его и
препятствуя чрезмерному распространению последнего. При этом тормо-
жение вместе с возбуждением формирует сложную мозаику активирован-
ных и заторможенных зон в центральных нервных структурах. Формирую-
щий эффект тормозного процесса развивается в пространстве и во време-
ни. Торможение — врожденный процесс, постоянно совершенствующийся
в течение индивидуальной жизни организма.
При значительной силе фактора, вызвавшего торможение, оно может
распространяться, вовлекая в тормозной, процесс большие популяции
нервных клеток.
История развитияУчения о тормозных процессах в ЦНС началась с от-
крытия И.М. Сеченовым эффекта центрального торможения (химическое
раздражение зрительных бугров тормозит простые спинномозговые безу-
словные реакции). Вначале предположение о существовании специфиче-
ских тормозных нейронов, обладающих способностью оказывать тормоз-
ные влияния на другие нейроны, с которыми имеются синаптические кон-
такты, диктовалось логической необходимостью для объяснения сложных
форм координационной деятельности центральных нервных образований.
Впоследствии это предположение нашло прямое экспериментальное под-
тверждение (Экклс, Реншоу), когда было показано существование специа-
льных вставочных нейронов, имеющих синаптические контакты с двигате-
льными нейронами. Активация этих вставочных нейронов закономерно
приводила к торможению двигательных нейронов. В зависимости от ней-
ронного механизма, способа вызывания тормозного процесса в ЦНС раз-
личают несколько видов торможения: постсинаптическое, пресинаптиче-
ское, пессимальное.
Постсинаптическое торможение — основной вид торможения, развива-
ющийся в постсинаптической мембране аксосоматических и аксодендри-
тических синапсов. Под влиянием активации тормозных нейронов в кон-
цевых разветвлениях их аксонных отростков освобождается и поступает в
синаптическую щель тормозной медиатор. Тормозной эффект таких ней-
ронов обусловливается специфической природой медиатора — химическо-
"го переносчика сигнала с одной клетки на другую. Наиболее распростра-
1енным тормозным медиатором является гамма-аминомасляная кислота
'AMК). ГАМК вызывает в постсинаптической мембране эффект гипер-
)ляризации в виде ТПСП, пространственно-временная суммация кото-
Рис. 3.1. Структуры, обеспечивающие
пресинаптическое торможение.
। __ тормозной нейрон; 2 — мотонейрон.
рых повышает уровень МП (гиперпо-
ляризация), приводит к урежению
или полному прекращению генера-
ции ПД.
Возвратным Нюрмджением называ-
ется угнетение активности нейрона,
вызываемое возвратной импульса-
цией по коллатерали его аксона. Так,
мотонейрон переднего рога спинного
мозга прежде чем покинуть спинной
мозг, дает боковую (возвратная)
ветвь, которая возвращается назад и
заканчивается на тормозных нейро-
нах (клетки Реншоу). Аксон клетки
Реншоу контактирует с мотонейрона-
ми, оказывая на них тормозное дей-
ствие.
Пресинаптическое торможение
развертывается в аксоаксональных синапсах, блокируя распространение
возбуждения по аксону. Пресинаптическое торможение часто выявляется
в структурах мозгового ствола, в спинном мозге (рис. 3.1).
Пессимальное торможение наступает при высокой частоте раздражения.
В первый момент возникает высокая частота ответного возбуждения, через
некоторое время стимулируемый центральный нейрон, работая в таком
режиме, переходит в состояние торможения.
3.1.4. Свойства нервных центров
Рефлекторная деятельность организма во многом определяется общими
свойствами нервных центров.
I Нервный центр — совокупность сзруктур-ЦНС, координированная дея-
тельность которых обеспечивает регуляцию отдельных функций орга-
низма или определенный рефлекторный акт.
Представление о структурно-функциональной основе нервного центра
обусловлено историей развития учения о локализации функций в ЦНС.
На смену старым теориям об узкой локализации, или эквипотенциально-
сти, высших отделов головного мозга, в частности коры большого мозга,
Пришло современное представление о динамической локализации функций,
основанное на признании существования четко локализованных ядерных
структур нервных центров и менее определенных рассеянных элементов
анализаторных систем мозга. При этом с цефализацией нервной системы
растут удельный вес и значимость рассеянных элементов нервного центра,
внося существенные различия в анатомических и физиологических грани-
цах нервного центра. В результате функциональный нервный центр может
быть локализован в разных анатомических структурах. Например, дыха-
103
тельный центр представлен нервными клетками, расположенными в спин-
ном, продолговатом, промежуточном мозге, в коре большого мозга.
Нервные центры имеют ряд общих свойств, что во многом определяет-
ся структурой и функцией синаптических образований.
1. Односторонность проведения возбуждения. В рефлекторной дуге,
включающей нервные центры, процесс возбуждения распространяется в
одном направлении (от входа — афферентных путей к выходу — эфферен-
тным путям).
^£) Иррадиация возбуждения. Особенности структурной организации
центральных нейронов, огромное число межнейронных соединений в
нервных центрах существенно модифицируют направление распростране-
ния возбуждения в зависимости от силы раздражителя и функционального
состояния центральных нейронов. Значительное увеличение силы раздра-
жителя приводит к расширению области вовлекаемых в возбуждение цент-
ральных нейронов — иррадиации возбуждения.
3. Суммация возбуждения. В работе нервных центров значительное мес-
то занимают процессы пространственной и временной суммации возбуж-
дения, основным нервным субрурдто/и которой яв^^етс^ постсинаптиче-
ская мембрана. Процесс npocmp'a^c'mPeHiiou^y^tiHuu 'афферентных пото-
ков возбуждения от различных участков рецептивного поля облегчается
наличием на мембране нервной )<летки сотен и тысяч синаптических кон-
тактов. Процессы временно'й 'суммации в ответ на многократное возбужде-
ние одних и тех же рецепторов обусловлены суммацией возбуждающих по-
стсинаптических потенциалов (ВПСП) на постсинаптической мембране.
4. Наличие синаптической задержки. Время рефлекторной реакции за-
висит в основном от двух факторов: скорости движения возбуждения по
нервным проводникам и времени распространения возбуждения с одной
клетки на другую через синапс. При относительно высокой скорости' рас-
пространения импульса по нервному проводнику основное время рефлек-
са приходится на синаптическую передачу возбуждения (синаптическая
задержка). В нервных клетках высших животных и человека одна синапти-
ческая задержка примерно равна 1 мс. Если учесть, что в реальных реф-
лекторных дугах имеются десятки последовательных синаптических кон-
тактов, становится понятной длительность большинства рефлекторных ре-
акций — десятки и сотни миллисекунд.
5. Высокая утомляемость. Длительное повторное раздражение рецеп-
тивного поля рефлекса приводит к ослаблению рефлекторной реакции
вплоть до полного исчезновения, что называется утомлением. Этот про-
цесс связан с деятельностью синапсов — в последних истощается запас
медиатора, уменьшаются энергетические ресурсы, происходит адаптация
постсинаптического рецептора к медиатору.
6. Тонус, или наличие определенной фоновой активности нервного цен-
тра, определяется тем, что в покос в отсутствие специальных внешних раз-
дражений определенное количество нервных клеток находится в состоя-
нии постоянного возбуждения, генерирует фоновые импульсные потоки.
Даже во сне в высших отделах мозга остается некоторое количество фоно-
воактивных нервных клеток, формирующих «сторожевые пункты» и опре-
деляющих некоторый тонус соответствующего нервного центра.
7. Пластичность. Функциональная подвижность нервного центра, т е.
возможность включения его в регуляцию различных функций, может су-
щественно модифицировать картину осуществляемых рефлекторных реак-
ций. Поэтому пластичность нервных центров тесно связана с изменением
эффективности или направленности связей между нейронами.
$ Конвергенция Нервные центры высших отделов мозга являются мощ-
ными коллекторами афферентной информации. Количественное соотно-
шение периферических рецепторных и промежуточных центральных ней-
ронов (10:1) предполагает значительную конвергенцию разномодальных
сенсорных посылок на одни и те же центральные нейроны. На это указы-
вают прямые исследования центральных нейронов: в нервном центре име-
ется значительное количество поливалентных, полисенсорных нервных
клеток, реагирующих на разномодальные стимулы (свет, звук, механиче-
ские раздражения и др.). Конвергенция нервных сигналов на уровне эф-
ферентного звена рефлекторной дуги определяет физиологический меха-
низм принципа «общего конечного пути» по Шеррингтону.
Ъ Интеграция в нервных центрах. Важные интегративные функции
нервных центров ассоциируются с интегративными процессами на сис-
темном уровне в плане образования функциональных объединений нерв-
ных центров для осуществления сложных координированных приспособи-
тельных реакций организма
Свойство доминанты. Доминантным называется временно господ-
ствующий в нервных центрах очаг (доминантный центр) повышенной
возбудимости. По А А. Ухтомскому, доминантный очаг характеризуется
повышенной возбудимостью, стойкостью и инертностью возбуждения,
способностью к суммированию возбуждения. В доминантном очаге уста-
навливается определенный уровень стационарного возбуждения, способ-
ствующий суммированию ранее подпороговых возбуждений и переводу
на оптимальный для данных условий ритм работы, когда этот очаг стано-
вится наиболее чувствительным. Доминирующее значение такого очага
определяет его угнетающее влияние на другие соседние очаги возбужде-
ния. Доминантный очаг возбуждения «притягивает» к себе возбуждение
других возбужденных зон (нервные центры). Принцип доминанты опре-
деляет формирование главенствующего возбужденного нервного центра в
тесном соответствии с ведущими потребностями организма в конкретный
момент времени.
11. Цефализация нервной системы. Основная тенденция в эволюцион-
ном развитии нервной системы проявляется в перемещении, сосредоточе-
нии функции регуляции и координации деятельности организма в голов-
ные отделы ЦНС. Этот процесс называется цефализацией управляющей
функции нервной системы. При всей сложности складывающихся отноше-
ний между древними и эволюционно новыми нервными образованиями
стволовой части мозга общая схема взаимных влияний может быть пред-
ставлена следующим образом: восходящие влияния преимущественно но-
сят возбуждающий, стимулирующий характер; нисходящие — угнетаю-
щий, тормозной характер. Эта схема согласуется с представлением о росте
в процессе эволюции роли и значения тормозных процессов в осуществле-
нии сложных интегративных рефлекторных реакций.
3.1.5. Принципы интеграции и координации в деятельности
центральной нервной системы
В реализации информационно-управляющей функции нервной систе-
мы значительная роль принадлежит процессам интеграции и координации
Деятельности отдельных нервных клеток и нейронных ансамблей, которые
основаны на особенностях взаимодействия информационных потоков на
Уровне нервных клеток и рефлекторных дуг. Конструктивные особенности
афферентных, промежуточных и эфферентных нейронов обеспечивают
широкий диапазон иррадиации и концентрации возбуждения на основе двух
кардинальных принципов: дивергенции и конвергенции. Дивергенцией на-
зывается^ способность,нервной клетки устанавливать многочисленные си-
наптические связи с различными нервными клетками. Благодаря этому
одна нервная клетка может участвовать в нескольких различных реакциях,
передавать возбуждение значительному числу других нейронов, которые
могут возбудить большее количество нейронов, обеспечивая широкую ир-
радиацию возбудительного процесса в центральных нервных образованиях.
Процессы кр.н5ерг£яц«и_заключаются в схождении различных импульс-
ных потоков от нескольких нервных клеток к одному и тому же нейрону.
На мотонейронах спинного мозга, кроме первичных афферентных волокон,
конвергируют волокна различных нисходящих трактов от супраспинальных
и собственно спийаЛьных^ центровка также от возбуждающих и тормозных
вставочных промежуточных нейронов. В результате мотонейроны спинного
мозга выполняют функцию общего конечного пути для многочисленных
нервных образований, включая и надсегментный аппарат головного мозга.
В координационной деятельности центральных нервных образований
значительная роль принадлежит взаимодействию рефлексов, которая про-
является в различных эффектах (облегчение, суммация, угнетение, подав-
ление, возбуждение).
Примером координационного взаимодействия рефлексов являетсщре-
ципрокная "иннервация мышц-рнтагонистов. Известно, что сгибание или
разТибаниёПкбнечнбстей осуществляется благодаря согласованной работе
двух функционально антагонистических мышц: сгибателей и разгибателей.
Координация обеспечивается организацией антагонистических отноше-
ний между мотонейронами сгибателей и разгибателей, иннервирующих
соответствующие мышцы. Реципрокные функциональные „ отношения
складываются в сегментарных-структурах спинного мозга благодаря вклю-
чению в дугу спинномозгового, рефлекса дополнительного элемента —
специального тормозного нейрона (клетка Реншоу). Схематически этот
механизм выглядит .следующим образом: сигнал от афферентного звена
через “обычную вставочную.лервную клетку вызывает возбуждение мото-
нейрона, иннервирующего мышцу-сгибатель, а через клетку Реншоу тор-
мозит мотонейрон, иннервирующий мышцу-разгибатель. Так происходит
координированное сгибание конечности; напротив, при выполнении раз-
гибания конечности возбуждается"мотонейрон мышцы-разгибателя, а че-
рез вставочную .клетку реншоу тормозится мотонейрон мышцы-сгибателя
(рис. 3.2J. Таким образом, акт сгибания конечности, представляющий со-
бой работу мышц-антагонистов, обеспечивается формированием рецип-
рокных отношений между нервными центрами соответствующих мышц.
В ЦНС распространены интегративные феномены — посттетаническая
потенциация, окклюзия, облегчение.
Посттетаническая потенциация проявляется следующим образом: при
раздражении стимулами редкой частоты афферентного нерва можно полу-
чить рефлекс определенной интенсивности. Если затем этот нерв подвер-
гать высокочастотному ритмическому раздражению, то повторное редкое
ритмическое раздражение приведет к резкому усилению реакции.
Если два нервных центра рефлекторных реакций имеют частично пере-
крываемые рецептивные поля, то при совместном раздражении обоих ре-
цептивных полей реакция будет меньше, чем арифметическая сумма реак-
ций при изолированном раздражении каждого из рецептивных полей —
феномен окклюзии (рис. 3.3). В ряде случаев вместо такого ослабления ре-
106
Рис. 3.2. Реципрокная иннервация мышц-антагонистов.
I — тормозная клетка Реншоу; 2 — мотонейрон мышцы-сгибателя; 3 — мотонейрон мыш-
цы-разгибателя, 4 — афферентное волокно от мышцы-разгибателя; 5 — мышца-разгибатель;
6 — длительное (эфферентное) волокно мышцы-сгибателя; 7 — мышиа-сгибатель; 8 — мы-
шечный рецептор; 9 — эфферентное нервное волокно мышцы-разгибателя.
107
акции при совместном раздражении рецептивных полей двух рефлексов
можно наблюдать феномен облегчения (т.е. суммарная реакция выше сум-
мы реакции при изолированном раздражении этих рецептивных полей).
Это результат того, что часть общих для обоих рефлексов нейронов при
изолированном раздражении оказывает подпороговый эффект для осуще-
ствления данной рефлекторной реакции. При совместном раздражении
они суммируются и достигают пороговой силы; в результате конечная ре-
акция оказывается больше суммы изолированных реакций.
3.1.6. Нейронные комплексы
Концепция организации и самоорганизации в строении и функции
нервной системы получила наибольшее развитие в представлениях о моду-
льной (ансамблевая) конструкции нервной системы как принципиальной
основы построения функциональных систем мозга. Хотя простейшей
структурной и функциональной единицей нервной системы является
нервная клетка, многочисленные данные современной нейрофизиологии
свидетельствуют, что сложные функциональные «узоры» в центральных
нервных структурах определяются эффектами скоординированной актив-
ности в отдельных популяциях нервных клеток.
Образования головного мозга состоят из повторяющихся локальных
нейронных сетей модулей, которые варьируют от структуры к структуре по
числу клеток, внутренним связям и способу обработки информации. Каж-
дый модуль, или нейронный ансамбль, представляет собой совокупность
локальных нейронных сетей, которая обрабатывает информацию, передает
ее со своего входа на выход, подвергает трансформации, определяемой об-
щими свойствами структуры и ее внешними связями. Один модуль может
входить в состав различных функциональных образований.
Группирование нейронов в ансамбли нервных клеток для совместного
выполнения функций следует рассматривать как проявление кооператив-
ного способа деятельности. Основным функциональным признаком ан-
самблевой организации является локальный синергизм реакций нейро-
нов центральной ядерной структуры ансамбля, окруженной зоной затор-
моженных и нереагирующих нейронов (А.Б. Коган, О. Г Чораян). Разме-
ры группировок нейронов в горизонтальной плоскости в среднем дости-
гают диаметра 100—150 мкм, что соответствует размерам клеточных объе-
динений, выявляемых по функциональным показателям синергичности
возбудительных реакций на адекватное раздражение их рецептивных
полей. Размеры зоны синаптических окончаний вторичного специфиче-
ского афферентного волокна в корковых структурах (100—150 мкм) близ-
ки к пространственным характеристикам элементарного нейронного ан-
самбля.
Схема активации нейронного ансамбля может быть представлена следу-
ющим образом. Сигналы, поступающие по первичным специфическим и
неспецифическим афферентам, активируют вначале обширную зону, вовле-
кая в процесс возбуждения группу нейронных ансамблей. Более дробная
конфигурация нейронных группировок в зоне диаметром 100—150 мкм
формируется под влиянием вторичных афферентных волокон, несущих
сигналы внутри центрального взаимодействия. Из множества элементарных
нейронных ансамблей образуется центральная мозаика активности, опреде-
ляющая постоянно меняющийся «узор» возбуждения и торможения в нерв-
ном центре.
108
Принципиальным моментом ансамблевой концепции работы мозга яв-
ляется утверждение, что на каждом этапе переработки информации в ка-
честве функциональной единицы выступает не отдельно взятая нервная
клетка, а внутренне интегрированное клеточное объединение — нейронный
ансамбль. Основными характеристиками его являются:
• локальный синергизм реакции нейронов центральной зоны;
• наличие тормозной окантовки, образованной клетками с тормозными
реакциями на данное раздражение, окружающими центральную зону
клеток с возбудительными реакциями;
• наличие определенного числа нейронов со стабильными ответами
(обычно они расположены в центральной ядерной зоне ансамбля) при
значительно большем числе клеток с вариабельными параметрами им-
пульсного ответа на адекватное афферентное раздражение.
Элементарные нейронные ансамбли как функциональные единицы ра-
бочих механизмов мозга играют роль своего рода «кирпичиков», из кото-
рых формируются более сложные блоки и конструкции мозга.
3.1.7. Гематоэнцефалический барьер
Организм человека и высших животных обладает рядом специфических
физиологических систем, обеспечивающих приспособление (адаптация)
к постоянно изменяющимся условиям существования. Этот процесс тес-
но связан с необходимостью обязательного сохранения постоянства су-
щественных физиологических параметров, внутренней среды организ-
ма, физико-химического состава тканевой жидкости межклеточного
пространства.
Среди гомеостатических приспособительных механизмов, призванных
защитить органы и ткани от чужеродных веществ и регулировать постоян-
ство состава тканевой межклеточной жидкости, ведущее место занимает
гематоэнцефалический барьер. По определению Л.С. Штерн, гематоэнце-
фалический барьер объединяет совокупность физиологических механиз-
мов и соответствующих анатомических образований в ЦНС, участвующих
в регулировании состава цереброспинальной жидкости (ЦСЖ).
В представлениях о гематоэнцефалическом барьере в качестве основ-
ных положений подчеркивается следующее:
• проникновение веществ в мозг осуществляется главным образом не че-
рез ликворные пути, а через кровеносную систему на уровне капилляр —
нервная клетка;
• гематоэнцефалический барьер является в большей степени не анатоми-
ческим образованием, а функциональным понятием, характеризующим
определенный физиологический механизм. Как любой существующий в
организме физиологический механизм, гематоэнцефалический барьер
находится под регулирующим влиянием нервной и гуморальной систем;
• среди управляющих гематоэнцефалическим барьером факторов веду-
щим является уровень деятельности и метаболизма нервной ткани.
Гематоэнцефалический барьер регулирует проникновение из крови в
мозг биологически активных веществ, метаболитов, химических веществ,
воздействующих на чувствительные структуры мозга; препятствует поступ-
лению в мозг чужеродных веществ, микроорганизмов, токсинов.
109
Основной функцией, характеризующей гематоэнцефалический барьер,
является проницаемость клетки. Необходимый уровень физиологической
проницаемости, адекватный функциональному состоянию организма, обу-
словливает динамику поступления в нервные клетки мозга физиологиче-
ски активных веществ.
Функциональная схема гематоэнцефалического барьера включает в
себя наряду с гистогематическим барьером нейроглию и систему ликвор-
ных пространств. Гистогематический барьер имеет двойную функцию: ре-
гуляторную и защитную. Регуляторная функция обеспечивает относитель-
ное постоянство физических и физико-химических свойств, химического
состава, физиологической активности межклеточной среды органа в зави-
симости от его функционального состояния. Защитная функция гистоге-
матического барьера заключается в защите органов от поступления чуже-
родных или токсичных веществ эндо- и экзогенной природы.
Ведущим компонентом морфологического субстрата гематоэнцефали-
ческого барьера, обеспечивающим его функции, является стенка капилля-
ра мозга. Существуют два механизма проникновения вещества в клетки
мозга: через ЦСЖ, которая служит промежуточным звеном между кровью
и нервной или глиальной клеткой, и через стенку капилляра. У взрослого
организма основным путем движения вещества в нервные клетки является
гематогенный (через стенки капилляров); ликворный путь становится
вспомогательным, дополнительным.
Проницаемость гематоэнцефалического барьера зависит от функциона-
льного состояния организма, содержания в крови медиаторов, гормонов,
ионов. Повышение их концентрации в крови приводит к снижению про-
ницаемости гематоэнцефалического барьера для этих веществ.
Функциональная система гематоэнцефалического барьера представля-
ется важным компонентом нейрогуморальной регуляции. В частности, че-
рез гематоэнцефалический барьер реализуется принцип обратной химиче-
ской связи в организме. Именно таким образом осуществляется механизм
гомеостатической регуляции состава внутренней среды организма.
3.1.8. Цереброспинальная жидкость
Цереброспинальная жидкость (син.: ликвор, спинномозговая жид-
кость) — прозрачная бесцветная жидкость, заполняющая полости же-
лудочков мозга, субарахноидальное пространство головного мозга и
спинномозговой канал, периваскулярные и перицеллюлярные прост-
ранства в ткани мозга.
Она выполняет питательные функции, определяет величину внутримоз-
гового давления. Состав ЦСЖ формируется в процессе обмена веществ
между мозгом, кровью и тканевой жидкостью, включая все компоненты
ткани мозга. В ЦСЖ содержится ряд биологически активных соединений:
гормоны гипофиза и гипоталамуса, ГАМК, АХ, норадреналин, дофамин,
серотонин, мелатонин, продукты их метаболизма.
Среди клеток ЦСЖ преобладают лимфоциты (более 60 % от общего
числа клеток) — в норме в 2 мкл спинномозговой жидкости содержится
3 клетки. Химический состав ЦСЖ очень близок к плазме крови: 89—90 %
воды, 10—11 % сухого остатка, содержащего органические и неорганиче-
ские вещества, участвующие в метаболизме мозговой ткани. Общий белок
ЦСЖ содержит до 30 различных фракций; основную часть его формируют
миелин и образующиеся при его распаде промежуточные продукты, гли-
110
копептиды, липопротеины, полиамины, белок S-100. ЦСЖ содержит ли-
зоцим, ферменты (кислая и щелочная фосфатазы, рибонуклеазы, лактат-
дегидроген аза, ацетилхолинэстераза, пептидазы и др.).
В клинической практике важную диагностическую значимость имеет
белковый коэффициент Кафки ЦСЖ — отношение количества глобулинов
к альбуминам (в норме составляет 0,2—0,3).
К основным ликвороносным путям относятся боковые желудочки, HI и
IV желудочки головного мозга, водопровод среднего мозга, сильвиев водо-
провод, цистерны головного и спинного мозга. Система ликворообраще-
ния мозга включает три основных звена: ликворопродукцию, ликвороцир-
куляцию и отток ликвора.
Продукция ЦСЖ осуществляется в основном сосудистыми сплетениями
желудочков мозга путем фильтрации из плазмы крови. В образовании
ЦСЖ принимают участие структурные элементы мозга благодаря возмож-
ности диффузии межклеточной жидкости через эпендиму в желудочки го-
ловного мозга и через межклеточные пространства к поверхности мозга. В
продукции ЦСЖ принимают участие и клетки мозговой ткани (нейроны и
глия). В нормальных условиях экстраваскулярная продукция ЦСЖ весьма
незначительна.
Путь постоянной циркуляции ЦСЖ схематически выглядит следующим
образом: из боковых желудочков мозга через межжелудочковое отверстие
(отверстие Монро) она поступает в III желудочек, затем через водопровод
среднего мозга — в IV желудочек, откуда большая часть жидкости через
срединную апертуру (отверстие Мажанди) и латеральные апертуры (отвер-
стия Лушки) переходит в цистерны основания мозга, достигает борозды
среднего мозга (сильвиева борозда) и поднимается в субарахноидальное
пространство полушарий большого мозга. Циркуляция ЦСЖ определяется
градиентом гидростатического давления в ликворных путях.
« Отток ЦСЖ преимущественно (на 30—40 %) происходит через арахно-
идальное пространство в продольный синус (часть венозной системы го-
ловного мозга). Движущим фактором такого перемещения ЦСЖ является
градиент гидростатического давления ее и венозной крови. Давление
ЦСЖ в норме превышает венозное в верхнем продольном синусе на
15—20 мм вод. ст. Около 10 % жидкости оттекает через сосудистое сплете-
ние желудочков мозга, от 5 до 30 % — в лимфатическую систему через пе-
риневральные пространства черепных и спинномозговых нервов. Некото-
рое количество жидкости резервируется эпендимой желудочков мозга и
сосудистыми сплетениями.
Общий объем циркуляции ЦСЖ у взрослого человека в норме составляет
90—200 мл, в среднем 140 мл. В сутки вырабатывается около 500 мл ЦСЖ,
обновление ее происходит примерно 4—8 раз в сутки. Значительные коле-
бания в скорости обновления ЦСЖ зависят от суточного режима питания,
водного режима, колебаний активности физиологических процессов в ор-
ганизме, физиологической нагрузки на ЦНС и др.
3.1.9. Элементы кибернетики нервной системы
Нейрокибернетика (кибернетика нервной системы) — наука, изучающая
процессы управления и связи в нервной системе. Такое определение
предмета и задач кибернетики нервной системы позволяет выделить три
составных компонента (раздела) ее: организация, управление и информа-
ционная деятельность.
Ill
В сложных полифункциональных интегративных системах мозга невоз-
можно раздельное функционирование элементов организации, управления
и информационной деятельности; они тесно связаны и взаимообусловле-
ны. Организация нервной системы во многом предопределяет механизмы
управления и эффективности передачи и переработки информации.
Организация. В центре внимания теории организации и самоорганиза-
ции в нейрокибернетике лежит представление о системных свойствах кон-
струкции мозга. Система — совокупность элементов, где конечный резу-
льтат кооперации проявляется не в виде суммы эффектов, составляющих
элементы, а в виде произведения эффектов, т.е. системность как характер-
ное свойство организованной сложности предполагает неаддитивное сло-
жение функций отдельных компонентов.
Отдельный нейрон является носителем свойств, позволяющих ему интег-
рировать влияние других нейронов, строить свою активность на основании
оценки результатов интеграции. С другой стороны, на основе таких свойств
происходит объединение нейронов в системы, обладающие новыми свойст-
вами, отсутствующими у входящих в их состав единиц. Характерной чертой
таких систем является то, что активность каждого составного элемента в них
определяется не только влияниями, поступающими по прямым афферент-
ным путям каждого элемента, но и состоянием других элементов системы.
Свойство системности в нервных образованиях возникает тогда, когда дея-
тельность каждой нервной клетки оказывается функцией не только непо-
средственно поступившего к ней сигнала, но и функцией тех процессов,
которые происходят в остальных клетках нервного центра (П.Г Костю к).
Нервная система животных и человека — самая совершенная по струк-
туре система, разнообразие форм и размеров клеток которой не имеет ана-
лога ни в какой другой физиологической системе биологического организ-
ма. Все многообразие и сложность форм нервных клеток в разных струк-
турах и органах есть результат и основа богатого разнообразия функций
элементов ведущей регуляторной системы организма. Часто наблюдаемые
петлеобразные структуры в архитектонике волокнистых структур мозга
(боковые и возвратные ветви аксонных отростков), обеспечивающих воз-
можность циркуляторного прохождения информации, очевидно, выполня-
ют функции механизма обратной связи.
Важным моментом организации и самоорганизации служит системооб-
разующий фактор — результат действия (П.К. Анохин). Реальной физио-
логической системой нейронов является комплекс нервных клеток, у ко-
торых взаимодействие и взаимоотношения приобретают характер взаимо-
действия элементов на получение фиксированного полезного результата
(см. раздел 3.3).
Управление. Суть процесса управления заключается в том, что из
множества возможных воздействий отбираются и реализуются те, которые
направлены на поддержание, обеспечение рассматриваемой функции
органа. Управление представляет собой информационный процесс,
предусматривающий обязательность контроля за поведением объекта бла-
годаря кольцевой, или круговой, передаче сигналов. Это предусматривает
два вида передачи информации: по цепи управления от регулятора к объ-
екту и в обратном направлении — от объекта к регулятору, при помощи
положительной и отрицательной обратной связи, по которой поступает
информация о фактическом состоянии управляемого объекта.
Информационная функция. Ведущая роль нервной системы в организме
определяется ее управляющей функцией по отношению к другим органам
и тканям, обеспечиваемой благодаря способности воспринимать и перера-
112
батывать информацию в целях оптимального приспособления организма к
стохастической внешней среде. В процессе эволюционного филогенетиче-
ского совершенствования нервных структур как ведущей информацион-
ной системы организма конструктивные особенности мозга определяют
высокую адекватность (оптимальность) его коммуникационных систем: на
мультиклеточном уровне центральные нервные образования вместе с ре-
цепторами и эффекторами составляют информационное поле с богатей-
шими возможностями для обработки сигналов.
Основным носителем информации в нервных клетках являются импульс-
ные потоки, состоящие из отдельных импульсных сигналов стандартной ам-
плитуды — распространяющихся ПД.
Центральным моментом в информационной деятельности нервных
структур является кодирование, суть которого составляет процесс преобра-
зования сообщения из одной формы в другую. Трансформированная в ре-
цепторах информация подвергается в организме многократным дальней-
шим превращениям на разных стадиях и уровнях организации нервной
системы. Тонкая электрохимическая физиология рецепторов и синаптиче-
ских соединений характеризует физический субстрат элементарных ин-
формационных превращений.
В деятельности нервной системы значительное место занимают спосо-
бы, методы пространственного кодирования информации, обеспечиваю-
щие высокую экономичность передачи информации о пространственном
расположении, характеристике стимулов. Формы пространственного ко-
дирования информации в дополнение к различным видам временного коди-
рования (интервальное, частотное и др.) существенно повышают информа-
ционную емкость нервных структур.
Сравнение суммарного информационного потока, поступающего в жи-
вой организм через органы чувств (З Ю9 бит/с), с количеством информа-
ции, необходимой для принятия целесообразного решения (20—25 бит/с),
указывает на высокую избыточность входной информации, наличие спе-
цифических механизмов, уменьшающих количество информации по мере
ее продвижения в структурах анализатора (от рецепторов к центральному
отделу анализатора).
Из окружающей среды в организм в среднем поступает до 1019 бит ин-
формации в 1 с, но благодаря селективным свойствам сенсорных систем в
Мозг поступает лишь 1017 бит информации. В процессе адаптивного при-
способительного поведения животного организма значительная роль при-
надлежит сенсорным реле — промежуточным узловым структурам сенсор-
ных систем. Они выполняют функции выявления во входных посылках
физиологически важной информации. В результате в сенсорных реле, об-
разующих фильтрующие центры, происходит регулирование суммарного
входного информационного потока в соответствии с требованиями других
отделов нервной системы и всего организма в целом.
3.2. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ
3.2.1. Спинной мозг
3.2.1.1. Морфофункционалъная организация спинного мозга
I Спинной мозг — наиболее древнее образование центральной нервной си-
стемы позвоночных; впервые он появляется у ланцетника.
ИЗ
Приобретая новые связи и функции в ходе эволюции, спинной мозг
высших организмов сохраняет старые связи и функции, которые у него
возникли на всех предыдущих этапах развития. Характерной чертой орга-
низации спинного мозга является периодичность его структуры в форме
сегментов, имеющих входы в виде задних корешков, клеточную массу
нейронов (серое вещество) и выходы в виде передних корешков.
Спинной мозг человека имеет 31—33 сегмента: 8 шейных (Cj—Сущ),
12 грудных (ТЩ—ТЬхп), 5 поясничных (Ц—Ly), 5 крестцовых (Sj—Sy),
1—3 копчиковых (Coj—Сощ).
Морфологических границ между сегментами спинного мозга не суще-
ствует, поэтому деление на сегменты является функциональным и опреде-
ляется зоной распределения в нем волокон заднего корешка и зоной кле-
ток, которые образуют выход передних корешков. Каждый сегмент через
свои корешки иннервирует три метамера тела и получает информацию
также от трех метамеров тела. В итоге перекрытия каждый метамер тела
иннервируется тремя сегментами и передает сигналы в три сегмента спин-
ного мозга.
Спинной мозг человека имеет два утолщения: шейное и поясничное — в них
содержится большее число нейронов, чем в других его участках.
Волокна, поступающие по задним корешкам спинного мозга, выполня-
ют функции, которые определяются тем, где и на каких нейронах заканчи-
ваются данные волокна.
В опытах с перерезкой и раздражением корешков спинного мозга пока-
зано, что задние корешки являются афферентными, чувствительными,
центростремительными, а передние — эфферентными, двигательными,
центробежными (закон Белла—Мажанди).
Афферентные входы в спинной мозг организованы аксонами спиналь-
ных ганглиев, лежащих вне спинного мозга, и аксонами экстра- и интра-
муральных ганглиев симпатического и парасимпатического отделов авто-
номной нервной системы.
Первая группа афферентных входов спинного мозга образована чувстви-
тельными волокнами, идущими от мышечных рецепторов, рецепторов су-
хожилий, надкостницы, оболочек суставов. Эта группа рецепторов образу-
ет начало так называемой проприоцептивной чувствительности. Проприо-
цептивные волокна по толщине и скорости проведения возбуждения де-
лятся на 3 группы (табл. 3.1). Волокна каждой группы имеют свои пороги
возникновения возбуждения.
Табл и ц а 3.1. Классификация афферентных входов спинного мозга
Рецептирующая система Толщина волокон, мкм Скорость проведения возбужде- ния, м/с Рецепторы
▲ Проприорецептивная'. • группы волокон:
I 12—20 110—120 Аннулоспиральные мышечные веретена
II 4-12 35-70 Вторичные окончания мышечных вере- тен
111 1-4 10-24 Пластинчатые тельца (Фатера—Пачини)
Продолжение табл. 3.1
Ренептирующая система Толщина волокон, мкм Скорость проведения возбужде- ния, м/с Рецепторы
д Кожная".
• миелиновые волокна 6-17 66 Механо- и терморецепторы
• безмиелиновые волокна д Висцеральная: • группы волокон: 1-6 1-2 21 0,5 То же
А 1,2-3,0 2,5-14 Пластинчатые тельца (Фатера—Пачини) брыжейки
В 3—4 14-25 Механорецепторы полых органов
С 0,2-1,2 0,5-2,5 Хеморецепторы, рецепторы растяжения пищеварительного тракта
Вторая группа афферентных входов спинного мозга начинается от кож-
ных рецепторов: болевых, температурных, тактильных, давления — и
представляет собой кожную рецептирующую систему.
Третья группа афферентных входов спинного мозга представлена ре-
цептирующими входами от висцеральных органов; это висцерорецептивная
система.
Эфферентные (двигательные) нейроны расположены в передних рогах
спинного мозга, и их волокна иннервируют все скелетные мышцы.
3.2.1.2. Особенности нейронной организации
спинного мозга
ь
Нейроны спинного мозга образуют его серое вещество в виде симмет-
рично расположенных двух передних и двух задних рогов в шейном, пояс-
ничном и крестцовом отделах. Серое вещество распределено на ядра, вы-
тянутые по длине спинного мозга, и на поперечном разрезе располагается
Л форме буквы Н. В грудном отделе спинной мозг имеет еще и боковые
' 0' Задние рога выполняют главным образом сенсорные функции и содер-
жат нейроны, передающие сигналы в вышележащие центры, в симметрич-
ные структуры противоположной стороны либо к передним рогам спинно-
ГО мозга.
В передних рогах находятся нейроны, дающие свои аксоны к мышцам.
Все нисходящие пути ЦНС, вызывающие двигательные реакции, заканчи-
ваются на нейронах передних рогов. В связи с этим Шеррингтон назвал их
•общим конечным путем».
Начиная с 1 грудного сегмента спинного мозга и до первых поясничных
Сегментов, в боковых рогах серого вещества располагаются нейроны сим-
патического, а в крестцовых — парасимпатического отдела автономной
(вегетативная) нервной системы.
Спинной мозг человека содержит около 13 млн нейронов, из них 3 % —
мотонейроны, а 97 % — вставочные. Функционально нейроны спинного
мозга можно разделить на 4 основные группы:
а мотонейроны, или двигательные, — клетки передних рогов, аксоны ко-
торых образуют передние корешки;
а интернейроны — нейроны, получающие информацию от спинальных
ганглиев и располагающиеся в задних рогах; реагируют на болевые, тем-
пературные, тактильные, вибрационные, проприоцептивные раздраже-
ния;
а симпатические и парасимпатические нейроны расположены преимуще-
ственно в боковых рогах; аксоны этих нейронов выходят из спинного
мозга в составе передних корешков;
а ассоциативные клетки — нейроны собственного аппарата спинного моз-
га, устанавливающие связи внутри и между сегментами.
В средней зоне серого вещества (между задним и передним рогами)
спинного мозга имеется промежуточное ядро с клетками, аксоны которых
идут вверх или вниз на 1—2 сегмента и дают коллатерали на нейроны ип-
си- и контралатеральной стороны, образуя сеть. Подобная сеть имеется и
на верхушке заднего рога спинного мозга — эта сеть образует так называе-
мое студенистое вещество (желатинозная субстанция Роланда) и выполня-
ет функции ретикулярной формации спинного мозга.
Средняя часть серого вещества спинного мозга содержит преимущест-
венно короткоаксонные веретенообразные клетки (промежуточные нейро-
ны), выполняющие связующую функцию между симметричными отделами
сегмента, между клетками его передних и задних рогов.
Мотонейроны. Аксон мотонейрона своими окончаниями снабжает мы-
шечные волокна, образуя мотонейронную единицу. Чем меньше мышеч-
ных волокон иннервирует один аксон (т.е. чем меньше количественно мо-
тонейронная единица), тем более дифференцированные, точные движения
выполняет мышца.
Несколько мотонейронов могут иннервировать одну мышцу — в этом
случае они образуют так называемый мотонейронный пул. Возбудимость
мотонейронов одного пула различна, поэтому при разной интенсивности
раздражения в сокращение вовлекается разное количество волокон одной
мышцы. При оптимальной силе раздражения сокращаются все волокна
данной мышцы; в этом случае развивается максимальное сокращение
мышцы.
Мотонейроны спинного мозга функционально делят на а- и у-нейроны.
а-Мотонейроны образуют прямые связи с чувствительными путями,
идущими от экстрафузальных волокон мышечного веретена, имеют до
20 000 синапсов на своих дендритах и характеризуются низкой частотой
импульсации (10—20 в 1 с). у-Мотонейроны, иннервирующие интрафу-
зальные мышечные волокна мышечного веретена, получают информацию
о его состоянии через промежуточные нейроны. Сокращение интрафуза-
льного мышечного волокна не приводит к сокращению мышцы, но по-
вышает частоту разрядов импульсов, идущих от рецепторов волокна в
спинной мозг. Эти нейроны обладают высокой частотой импульсации
(до 200 в 1 с).
Интернейроны, или промежуточные нейроны, генерируют импульсы с
частотой до 1000 в 1 с; являются фоновоактивными и имеют на своих ден-
дритах до 500 синапсов. Функция интернейронов заключается в организа-
116
ции связей между структурами спинного мозга и обеспечении влияния
восходящих и нисходящих путей на клетки отдельных сегментов спинного
мозга. Очень важной функцией интернейронов является торможение ак-
тивности нейронов, что обеспечивает сохранение направленности пути
возбуждения. Возбуждение интернейронов, связанных с моторными клет-
ками, оказывает тормозящее влияние на мышцы-антагонисты.
Нейроны симпатического отдела автономной системы расположены в
боковых рогах сегментов грудного отдела спинного мозга; являются фоно-
воактивными.
Нейроны парасимпатического отдела автономной системы локализуются
в сакральном отделе спинного мозга; являются фоновоактивными.
В случаях раздражения и поражения задних корешков спинного мозга
наблюдаются «стреляющие», опоясывающие боли на уровне метамера по-
раженного сегмента, снижение чувствительности всех видов, утрата или
снижение рефлексов, вызываемых с метамера тела, который передает ин-
формацию в пораженный корешок.
При изолированном поражении заднего рога утрачиваются болевая и
температурная чувствительность на стороне повреждения, а тактильная и
проприоцептивная сохраняются, так как из заднего корешка аксоны тем-
пературной и болевой чувствительности идут в задний рог, а аксоны так-
тильной и проприоцептивной — прямо в задний столб и по проводящим
путям поднимаются вверх.
Вследствие того что аксоны вторых нейронов болевой и температурной
чувствительности идут на противоположную сторону через переднюю се-
рую спайку спинного мозга, при повреждении этой спайки на теле сим-
метрично утрачиваются болевая и температурная чувствительность.
Поражение переднего рога и переднего корешка спинного мозга приво-
дит к параличу мышц, которые теряют тонус, атрофируются; исчезают
рефлексы, связанные с пораженным сегментом.
В случае поражения боковых рогов спинного мозга исчезают кожные
сосудистые рефлексы, нарушается потоотделение, наблюдаются трофиче-
ские изменения кожи, ногтей. При одностороннем поражении парасимпа-
тического отдела автономной нервной системы на уровне крестцовых от-
делов спинного мозга нарушений дефекации и мочеиспускания не наблю-
дается, так как корковая иннервация этих центров является двусторонней.
3.2.1.3. Проводящие пути спинного мозга
i-i Белое вещество спинного мозга состоит из миелиновых волокон, кото-
рые собраны в пучки. Эти волокна могут быть короткими (межсегментар-
и длинными — соединяющими разные отделы головного мозга со
длинным и наоборот. Короткие волокна (ассоциативные) связывают ней-
роны разных сегментов или симметричные нейроны противоположных
сторон спинного мозга.
Длинные волокна (проекционные) делятся на восходящие, идущие к го-
ловному мозгу, и нисходящие — идущие от головного мозга к спинному.
Зти волокна образуют проводящие пути спинного мозга.
Пучки аксонов образуют вокруг серого вещества так называемые кана-
тики: передние — расположенные кнутри от передних рогов, задние —
Расположенные между задними рогами серого вещества, и боковые — рас-
положенные на латеральной стороне спинного мозга между передними и
задними корешками.
&
117
Аксоны спинальных ганглиев и серого вещества спинного мозга идут в
его белое вещество, а затем в другие структуры ЦНС, создавая тем самым
восходящие и нисходящие проводящие пути.
В передних канатиках расположены нисходящие пути:
• передний корково-спинномозговой, или пирамидный, путь (tractus сог-
ticospinalis ventralis, s.anterior), являющийся прямым неперекрещенным;
• задний гГродольный пучок (fasciculus longitudinalis dorsalis, s.posterior);
• покрышечно-спинномозговой, или тектоспинальный, путь (tractus tec-
tospinalis);
• преддверно-спинномозговой, или вестибулоспинальный, путь (tractus
vestibulospinalis).
В задних канатиках проходят восходящие пути:
• тонкий пучок, или пучок Голля (fasciculus gracilis);
• клиновидный пучок, или пучок Бурдаха (fasciculus cuneatus).
В боковых канатиках проходят нисходящие и восходящие пути. К нисхо-
дящим путям относятся:
• латеральный корково-спинномозговой, или пирамидный, путь (tractus
corticospinalis laleralis), является перекрещенным;
• красноядерно-спинномозговой, или руброспинальный, путь (tractus rub-
rospinalis);
• ретикулярно-спинномозговой, или ретикулоспинальный, путь (tractus
reticulospinalis).
К восходящим путям относятся:
• спиноталамический (tractus spinothalamicus) путь;
• латеральный и передний спинно-мозжечковые, или пучки Флексига и
Говерса (tractus spinocerebellares lateralis et ventralis).
Ассоциативные, или проприоспинальные, пути связывают между собой
нейроны одного или разных сегментов спинного мозга. Они начинаются
от нейронов серого вещества промежуточной зоны, идут в белое вещество
бокового или переднего канатиков спинного мозга и заканчиваются в се-
ром веществе промежуточной зоны или на мотонейронах передних рогов
других сегментов. Эти связи выполняют ассоциативную функцию, которая
заключается в координации позы, тонуса мышц, движений разных мета-
меров туловища. К проприоспинальным путям относятся также комиссу-
ральные волокна, соединяющие функционально однородные симметрич-
ные и несимметричные участки спинного мозга.
Нисходящие пути связывают отделы головного мозга с моторными или
вегетативными эфферентными нейронами.
Цереброспинальные нисходящие пути начинаются от нейронов структур
головного мозга и заканчиваются на нейронах сегментов спинного мозга.
Сюда относятся передний (прямой) и латеральный (перекрещенный) кор-
ково-спинномозговой (от нейронов пирамидной и экстрапирамидной ко-
ры), красноядерно-спинномозговой (руброспинальный), преддверно-спин-
номозговой (вестибулоспинальный), ретикулярно-спинномозговой (рети-
кулоспинальный) пути. Объединяющим для всех перечисленных путей слу-
жит то, что конечным их пунктом являются мотонейроны передних рогов.
У человека пирамидный путь оканчивается непосредственно на мотонейро-
нах, а другие пути — преимущественно на промежуточных нейронах.
Пирамидный путь состоит из двух пучков: латерального и прямого. Ла-
теральный пучок начинается от нейронов коры большого мозга, на уровне
продолговатого мозга переходит на другую сторону, образуя перекрест, и
спускается по противоположной стороне спинного мозга. Прямой пучок
спускается до своего сегмента и там переходит к мотонейронам противо-
положной стороны. Следовательно, весь пирамидный путь является пере-
крещенным.
Красноядерно-спинномозговой, или руброспинальный, путь (tractus rubro-
spinalis) состоит из аксонов нейронов красного ядра. Эти аксоны сразу
после выхода из ядра переходят на симметричную сторону и делятся на
3 пучка. Один идет в спинной мозг, другой — в мозжечок, третий — в ре-
тикулярную формацию ствола мозга. Нейроны, дающие начало этому
пути, участвуют в управлении мышечным тонусом. Рубромозжечковый и
руброретикулярные пути обеспечивают координацию активности пира-
мидных нейронов коры и нейронов мозжечка, участвующих в организации
произвольных движений.
Преддверно-спинномозговой, или вестибулоспинальный, путь (tractus vesti-
bulospinalis) начинается от нейронов латерального преддверного ядра
(ядро Дейтерса), лежащего в продолговатом мозге. Это ядро регулирует
активность мотонейронов спинного мозга, обеспечивает тонус мускулату-
ры, согласованность движений, равновесие.
Ретикулярно-спинномозговой, или ретикулоспинальный, путь (tractus reti-
culospinalis) идет от ретикулярной формации ствола мозга к мотонейронам
спинного мозга, через него ретикулярная формация регулирует тонус мус-
кулатуры.
Повреждения проводникового аппарата спинного мозга приводят к на-
рушениям двигательной или чувствительной системы ниже участка по-
вреждения.
Пересечение пирамидального пути вызывает ниже перерезки гиперто-
нус мышц (мотонейроны спинного мозга освобождаются от тормозного
влияния пирамидных клеток коры) и как следствие развивается спастиче-
ский паралич.
При пересечении чувствительных путей полностью утрачивается мы-
шечная, суставная, болевая и другая чувствительность ниже места перерез-
ки спинного мозга.
•4 Спиноцеребральные восходящие пути соединяют сегменты спинного
мозга со структурами головного мозга. Эти пути представлены путями
Проприоцептивной чувствительности, таламическим, спинно-мозжечко-
Вым, спинно-ретикулярным. Их функция заключается в передаче ин-
формации в мозг об экстеро-, интеро- и проприорецептивных раздраже-
ниях.
Проприоцептивный путь (тонкий и клиновидный пучки) начинается от
рецепторов глубокой чувствительности мышц сухожилий, надкостницы,
оболочек суставов. Тонкий пучок начинается от ганглиев, собирающих
информацию от каудальных отделов тела, таза, нижних конечностей. Кли-
новидный пучок начинается от ганглиев, собирающих информацию от
Мышц грудной клетки, верхних конечностей. От спинального ганглия ак-
соны идут в задние корешки спинного мозга, в белое вещество задних ка-
натиков, поднимаются в тонкое и клиновидные ядра продолговатого моз-
га. Здесь происходит первое переключение на новый нейрон, далее путь
Идет в латеральные ядра таламуса противоположного полушария большого
Мозга, переключается на новый нейрон, т.е. происходит второе переклю-
чение. От таламуса путь поднимается к нейронам IV слоя соматосенсор-
> 119
ной области коры. Волокна этих трактов отдают коллатерали в каждом
сегменте спинного мозга, что создает возможность коррекции позы всего
туловища. Скорость проведения возбуждения по волокнам данного тракта
достигает 60—100 м/с.
Спиноталамический путь (tractus spinothalamicus) — основной путь кож-
ной чувствительности — начинается от болевых, температурных, тактиль-
ных рецепторов и барорецепторов кожи. Болевые, температурные, такти-
льные сигналы от рецепторов кожи идут в спинальный ганглий, далее
через задний корешок к заднему рогу спинного мозга (первое переключе-
ние). Чувствительные нейроны задних рогов посылают аксоны на проти-
воположную сторону спинного мозга и поднимаются по боковому канати-
ку к таламусу; скорость проведения возбуждения по ним 1—30 м/с (второе
переключение), отсюда — в сенсорную область коры большого мозга.
Часть волокон кожных рецепторов идет к таламусу по переднему канатику
спинного мозга.
Спинно-мозжечковые пути (tractus spinocerebellares) лежат в боковых ка-
натиках спинного мозга и представлены неперекрещивающимися перед-
ним спинно-мозжечковым путем (пучок Говерса) и дважды перекрещива-
ющимся задним спинно-мозжечковым путем (пучок Флексига). Следова-
тельно, все спинно-мозжечковые пути начинаются на левой стороне тела
и заканчиваются в левой доле мозжечка; точно так же и правая доля моз-
жечка получает информацию только со своей стороны тела. Эта инфор-
мация идет от сухожильных рецепторов Гольджи, проприорецепторов,
рецепторов давления, прикосновения. Скорость проведения возбуждения
по этим трактам достигает 110—120 м/с.
3.2.1.4. Рефлекторные функции спинного мозга
Функциональное разнообразие нейронов спинного мозга, наличие в
нем афферентных нейронов, интернейронов, мотонейронов и нейронов
автономной нервной системы, а также многочисленных прямых и обрат-
ных, сегментарных, межсегментарных связей и связей со структурами го-
ловного мозга — все это создает условия для рефлекторной деятельности
спинного мозга с участием как собственных структур, так и головного
мозга. Подобная организация позволяет реализовывать все двигательные
рефлексы тела, диафрагмы, мочеполовой системы и прямой кишки, тер-
морегуляции, сосудистые рефлексы и др.
Рефлекторные реакции спинного мозга зависят от места, силы раздра-
жения, площади раздражаемой рефлексогенной зоны, скорости проведе-
ния по афферентным и эфферентным волокнам и, наконец, от влияния
головного мозга. Сила и длительность рефлексов спинного мозга увеличи-
ваются при повторении раздражения (суммация).
Собственная рефлекторная деятельность спинного мозга осуществляет-
ся сегментарными рефлекторными дугами.
Сегментарная рефлекторная дуга состоит из рецептивного поля, от ко-
торого импульсация по чувствительному волокну нейрона спинального
ганглия, а затем по аксону этого же нейрона через задний корешок входит
в спинной мозг. Далее аксон может идти прямо к мотонейрону переднего
рога, аксон которого подходит к мышце. Так образуется моносинаптиче-
ская рефлекторная дуга, которая имеет один синапс между афферентным
нейроном спинального ганглия и мотонейроном переднего рога. Эти реф-
лекторные дуги образуются в таких рефлексах, которые возникают только
1ри раздражении рецепторов аннулоспиральных окончаний мышечных ве-
зете н.
Другие спинальные рефлексы реализуются с участием интернейронов
)аднего рога или промежуточной области спинного мозга. В итоге возни-
кают полисинаптические рефлекторные дуги.
Рассмотрим некоторые рефлексы спинного мозга (рис, 3.4).
Миотатические рефлексы — рефлексы на растяжение мышцы. Быстрое
растяжение мышцы, всего на несколько миллиметров механическим уда-
ром по ее сухожилию приводит к сокращению всей мышцы и двигатель-
ной реакции. Например, легкий удар по сухожилию надколенной чашечки
вызывает сокращение мышц бедра и разгибание голени. Дуга этого реф-
лекса следующая: мышечные рецепторы четырехглавой мышцы бедра ->
зпинальный ганглий -> задние корешки -> задние рога III поясничного
зегмента мотонейроны передних рогов того же сегмента -> экстрафу-
зальные волокна четырехглавой мышцы бедра. Реализация этого рефлекса
была бы невозможна, если бы одновременно с сокращением мышц-разги-
бателей не расслаблялись мышцы-сгибатели. Рефлекс на растяжение свой-
ствен всем мышцам, но у мышц-разгибателей они хорошо выражены и
легко вызываются.
Рефлексы с рецепторов кожи носят характер, зависящий от силы раздра-
жения, вида раздражаемого рецептора, но чаще всего конечная реакция
выглядит в виде усиления сокращения мышц-сгибателей.
Висцеромоторные рефлексы возникают при стимуляции афферентных
нервов внутренних органов и характеризуются появлением двигательных
реакций мышц грудной клетки и брюшной стенки, мышц-разгибателей
спины.
Рефлексы автономной нервной системы имеют свои пути. Они начина-
ются от различных рецепторов, входят в спинной мозг через задние ко-
решки, задние рога, далее в боковые рога, нейроны которых через перед-
ний корешок посылают аксоны не непосредственно к органам, а к ганг-
лию симпатического или парасимпатического отдела автономной нервной
системы.
Автономные (вегетативные) рефлексы обеспечивают реакцию внутрен-
них органов, сосудистой системы на раздражение висцеральных, мышеч-
ных, кожных рецепторов. Эти рефлексы отличаются большим латентным
периодом (ЛП), двумя фазами реакции: первая (ранняя) возникает с ЛП
7—9 мс и реализуется ограниченным числом сегментов. Вторая (поздняя)
"развивается с большим ЛП — до 21 мс и вовлекает в реакцию практически
Ice сегменты спинного мозга. Поздний компонент вегетативного рефлекса
бусловлен вовлечением в него вегетативных центров головного мозга.
Сложной формой рефлекторной деятельности спинного мозга является
ефлекс, реализующий произвольное движение. В основе реализации про-
извольного движения лежит у-афферентная рефлекторная система. В нее
ходят пирамидная кора, экстрапирамидная система, а- и у-мотонейроны
спинного мозга, экстра- и интрафузальные волокна мышечного веретена.
« При травмах у человека в ряде случаев происходит полное или поло-
винное пересечение спинного мозга. При половинном латеральном по-
вреждении спинного мозга развивается синдром Броун-Секара. Он прояв-
ляется в том, что на стороне поражения спинного мозга (ниже места пора-
жения) развивается паралич двигательной системы вследствие поврежде-
ния пирамидных путей. На противоположной поражению стороне движе-
ния сохраняются. На стороне поражения (ниже места поражения) наруша-
ется проприоцептивная чувствительность. Это обусловлено тем, что восхо-
121
S.
дяшие пути глубокой чувствительности идут по своей стороне спинного
мозга до продолговатого мозга, где происходит их перекрест. На противо-
положной стороне туловища (относительно повреждения спинного мозга)
нарушается болевая и температурная чувствительность, так как проводя-
щие пути болевой чувствительности кожи идут от спинального ганглия в
задний рог спинного мозга, где переключаются на новый нейрон, аксон
которого переходит на противоположную сторону. В итоге, если повреж-
дена левая половина спинного мозга, исчезает болевая чувствительность
правой половины туловища ниже повреждения.
Полную перерезку спинного мозга в экспериментах на животных про-
изводят для исследования влияния вышележащих отделов ЦНС на ниже-
лежащие. После полного пересечения спинного мозга возникает спиналь-
ный шок. Это явление заключается в том, что все центры ниже перерезки
перестают организовывать присущие им рефлексы. Нарушение рефлектор-
ной деятельности после пересечения спинного мозга у разных животных
длится разное время. У лягушек оно исчисляется десятками секунд, у кро-
лика рефлексы восстанавливаются через 10—15 мин, у собак отдельные
рефлексы, например мышечного сокращения, восстанавливаются через
несколько часов, другие — через несколько дней (рефлексы регуляции ар-
териального давления); через несколько недель восстанавливаются реф-
лексы мочеиспускания. У обезьян первые признаки восстановления реф-
лексов после перерезки спинного мозга появляются через несколько су-
ток; у человека первые спинальные рефлексы восстанавливаются через не-
сколько недель, а то и месяцев.
Следовательно, чем сложнее организация ЦНС у животного, тем силь-
нее контроль вышележащих отделов мозга над нижележащими. То, что
причиной шока является нарушение супраспинальных влияний, доказыва-
ется повторной перерезкой спинного мозга ниже места первой перерезки.
В этом случае спинальный шок не возникает, рефлекторная деятельность
спинного мозга сохраняется. По истечении длительного периода времени
после шока спинальные рефлексы резко усиливаются, что объясняется
устранением тормозного влияния ретикулярной формации ствола мозга на
рефлексы спинного мозга.
3.2.2. Ствол мозга
Ствол мозга включает продолговатый мозг, мост, средний мозг, проме-
жуточный мозг и мозжечок. Ствол мозга выполняет следующие функ-
ции:
• организует рефлексы, обеспечивающие подготовку и реализацию раз-
личных форм поведения;
• осуществляет проводниковую функцию: через ствол мозга проходят в
восходящем и нисходящем направлении пути, связывающие между со-
бой структуры ЦНС;
• при организации поведения обеспечивает взаимодействие своих
структур между собой, со спинным мозгом, базальными ганглиями и ко-
рой большого мозга, т.е. обеспечивает ассоциативную функцию.
<—-_______
Рис. 3.4. Рефлексы спинного мозга.
А — коленный; Б — ахиллов; В — подошвенный в норме и при патологии (рефлекс Бабин-
ского); Г — сгибательный предплечья; Д — разгибательный предплечья; Е — брюшной.
123
3.2.2.1. Продолговатый мозг
Особенности функциональной организации. Продолговатый мозг (medulla
oblongata) у человека имеет длину около 25 мм. Он является продолжени-
ем спинного мозга. Структурно по разнообразию и строению ядер продол-
говатый мозг сложнее, чем спинной. В отличие от спинного мозга он не
имеет метамерного, повторяемого строения, серое вещество в нем распо-
ложено не в центре, а ядрами к периферии.
В продолговатом мозге нвяедя'Ретгхитяввт, связанные со спинным моз-
гом, экстрапирамидной системой и мозжечком — это тонкое и клиновид-
ное яара провриецентивттой чувствительности "(чдрз1'Finntfl 'и ~ •Еурдаха).
Здесь же находятся перекресты нисходящих -пирамияньие путей +i восходя-
щих путей. образованных тонким и клиновидным пучками (Голля и Бур-
дахаХ-ретикулярная формация.
Продолговатый мозг за счет своих ядерных образований и ретикулярной
формации участвует в реализации вегетативных, соматических, вкусовых,
слуховых, вестибулярных рефлексов. ХРишб»пноеТ1лЬ'"пр§йОЯтчэватого мозга
аопартга тп.. мип пГР ядра, пдзбужлаясь послсдодятргц.и^ обеспечивают вы-
щишание сложных р^флёкотв.-требующих-нооледоаатедьного включения
цаз«ых**ьш»чн1й*труп»г что наблюдается',- например-,-4фитлотании.
В продолговатом мозге расположены ядра следующих черепных нервов:
• пара VIII черепных нервов — вЯЯШЯЯЯШЯШКЯШЙЯЯЯК состоит из
улитковой и преддверной частей; улитковое ядро лежит в продолговатом
мозге;
• пара IX — языкоглоточный нерв; его ядро образовано тремя частями —
двигательной, чувствительной и вегетативной. Двигательная часть участ-
вует в иннервации мышц глотки и полости рта; чувствительная получает
информацию от рецепторов вкуса задней трети языка; вегетативная ин-
нервирует слюнные железы;
• пара X — б#цовдакмций,нерв.лмсет 3 ядра: вегетативное иннервирует гор-
тань, пищевод, сердце, желудок, кишечник, пищеварительные железы;
чувствительное получает информацию от рецепторов альвеол легких и
других внутренних органов; двигательное (обоюдное) обеспечивает по-
следовательность сокращения мышц глотки, гортани при глотании;
• пара XI — добавочный нерв; его ядро чаетично-расположено в продолго-
ватом мозге;
• пара ХП — подъязычный нерв являетея-двигательным нервом языка; его
ядро большей частью расположено в продолговатом мозге.
Сенсорные функции. Продолговатый мозг регулирует ряд сенсорных
функций: первичный анализ рецепции вкуса — в ядре языкоглоточного
нерва; рецепцию слуховых раздражений — в ядре улиткового нерва; ре-
цепцию вестибулярных раздражений — в верхнем вестибулярном ядре. В
задневерхних отделах продолговатого мозга проходят пути кожной, глубо-
кой, висцеральной чувствительности, часть из которых переключается
здесь на второй нейрон (тонкое и клиновидное ядра). На уровне продолго-
ватого мозга перечисленные сенсорные функции реализуют первичный
анализ силы и качества раздражения. Далее обработанная информация пе-
редается в подкорковые структуры для определения биологической значи-
мости данного раздражения.
Проводниковые функции. Через продолговатый мозг проходят все вос-
ходящие и нисходящие пути спинного мозга: спино-таламический, корти-
коспинальный, руброспинальный. В нем берут начало вестибулоспиналь-
124
ный, оливоспинальный и ретикулоспинальный тракты, обеспечивающие
тонус и координацию мышечных реакций. В продолговатом мозге закан-
чиваются пути из коры большого мозга — корково-ретикулярные пути.
Здесь заканчиваются восходящие пути проприоцептивной чувствительно-
сти из спинного мозга: тонкого и клиновидного. Такие образования го-
ловного мозга, как мост, средний мозг, мозжечок, таламус, гипоталамус и
кора большого мозга имеют двусторонние связи с продолговатым мозгом.
Наличие этих связей свидетельствует об участии продолговатого мозга в
регуляции тонуса скелетных мышц, вегетативных и высших интегратив-
ных функций, анализе сенсорных раздражений.
Рефлекторные функции. В продолговатом мозге располагаются центры
ряда жизненно важных рефлексов (дыхательные и ряд сердечных).
Продолговатый мозг организует и реализует ряд защитных рефлексов:
рнлты, чиханья, кашля, слезоотделения, смыкания век. Эти рефлексы реа-
лизуются благодаря тому, что информация о раздражении рецепторов сли-
зистой оболочки глаза, полости рта, гортани, носоглотки через чувстви-
тельные ветви тройничного и языкоглоточного нервов попадает в ядра
продолговатого мозга. Из него идут команды к двигательным ядрам трой-
ничного, блуждающего, лицевого, языкоглоточного, добавочного или
подъязычного нервов, в результате чего реализуется тот или иной защит-
ный рефлекс. Точно так же за счет последовательного включения мышеч-
ных групп головы, шеи, грудной клетки и диафрагмы организуются реф-
мЕсы пищевого поведения: сосания, жевания, глотания.
“Кроме того, продолговатый мозг организует рефлексы поддержания
возы за~счёт "афферентации от рецепторов преддверия улитки и полукруж-
ных каналов в верхнее вестибулярное ядро. Отсюда переработанная ин-
формация оценки необходимости изменения позы посылается к латераль-
ному и медиальному вестибулярным ядрам. Эти ядра участвуют в опреде-
лении того, какие мышечные системы, сегменты спинного мозга должны
принять участие в изменении позы, поэтому от нейронов медиального и
латерального ядра по вестибулоспинальному пути сигнал поступает к пе-
редним рогам соответствующих сегментов спинного мозга, иннервирую-
МИХ мышцы, участие которых в изменении позы в данный момент необ-
ходимо.
Изменение позы осуществляется за счет статических и статокинетиче-
<ЩИХ_рефлексов. Статические рефлексы регулируют тонус скелетных мышц
Очелью удержания определенного положения тела. Статокинетические
ЦЛфлексы продолговатого мозга обеспечивают перераспределение тонуса
*йишц туловища для организации позы, соответствующей моменту прямо-
Ф®!£ЙНОГо.или вращательного движения.
и#» Большая часть автономных рефлексов продолговатого мозга реализуется
,дР$3 расположенные в нем ядра блуждающих нервов, которые получают
1 Деформацию о состоянии деятельности сердца, сосудов, пищеварительно-
1ДШ>акта, легких, пищеварительных желез и др. В ответ на эту информа-
Wno ядра организуют двигательную и секреторную реакции названных ор-
«мов.
Возбуждение ядер блуждающих нервов вызывает усиление сокращения
гладких, мышц желудка, кишечника, желчного пузыря «-одновременно
Расслабление сфинктеров этих органов. При этом замедляется и ослабля-
ется- работа сердца, уменьшается просвет бронхов.
Деятельность ядер блуждающих нервов проявляется также в усилении
секреции бронхиальных, желудочных, кишечных желез, в возбуждении
Поджелудочной железы, секреторных клеток печени.
125
В продолговатом мозге локализуется центр слюноотделения, парасимпа-
тическая часть которого обеспечивает усиление общей секреции, а симпа-
тическая — белковой секреции слюнных желез. В структуре ретикулярной
формации продолговатого мозга расположены дыхательный и сосудодвига-
тельный центры. Особенность этих центров в том, что их нейроны способ-
ньПвозбуждаться рефлекторно и под действием химических раздражителей.
Дыхательный центр локализуется в медиальной части ретикулярной
формации каждой'сймметричной половины продолговатого мозга и разде-
лен на две части — вдох и выдох..
В ретикулярной формации продолговатого мозга представлен другой
жизненно важный’ сосудодвигательный центр (регуляция сосудистого тону-
са)^ Он_функиионирует совместно с вышележащими структурами -мозга, и
прежде всего с гипоталамусом. Возбуждение сосудодвигательного центра
всегда изменяет ритм дыхания, тонус бронхов, мышц кишечника, мочево-
го пузыря, цилиарной мышцы и др. Это обусловлено тем, что ретикуляр-
ная формация продолговатого мозга имеет синаптические связи с гипота-
ламусом и другими центрами.
В средних отделах ретикулярной формации находятся нейроны, образу-
ющие ретикулоспинальный путь, оказывающий тормозное влияние на мо-
тонёйтганы спинного модга. На дне” 7V желудочка расположены нейроны
«голубого.пятна». Их медиатором является норадреналин. Эти нейроны
вызывают активацию ретикулоспинального пути в фазу «быстрого» сна,
что приводит к торможению спинальных рефлексов и снижению мышеч-
ного тонуса.
Симптомы повреждения. Повреждение левой или правой половины про-
долговатого мозга выше перекреста восходящих путей проприоцептивной
чувствительности вызывает на стороне повреждения нарушения чувстви-
тельности и работы мышц лица и головы. В то же время на противополож-
ной стороне относительно стороны повреждения наблюдаются нарушения
кожной чувствительности и двигательные параличи туловища и конечно-
стей. Это объясняется тем, что восходящие и нисходящие проводящие
пути из спинного мозга и в спинной мозг перекрещиваются, а ядра череп-
ных нервов иннервируют свою половину головы, т.е. черепные нервы не
перекрещиваются.
3.2.2.2. Мост
Мост (pons cerebri, pons Varolii) располагается выше продолговатого моз-
га и выполняет сенсорные, проводниковые, двигательные, интегратив-
ные рефлекторные функции.
В состав моста входят ядра лицевого, тройничного, отводящего, пред-
дверно-улиткового нерва (вестибулярные и улитковые ядра), ядра пред-
дверной части преддверно-улиткового нерва (вестибулярный нерв): латера-
льное (Дейтерса) и верхнее (Бехтерева). Ретикулярная формация моста тес-
но связана с ретикулярной формацией среднего и продолговатого мозга.
Важной структурой моста является средняя ножка мозжечка. Именно
она обеспечивает функциональные компенсаторные и морфологические
связи коры большого мозга с полушариями мозжечка.
Сенсорные функции моста обеспечиваются ядрами преддверно-улитко-
вого и тройничного нервов. Улитковая часть преддверно-улиткового нерва
заканчивается в мосте в улитковых ядрах; преддверная часть преддвер-
126
но-улиткового нерва — в треугольном ядре, ядре Дейтерса, ядре Бехтерева.
Здесь происходит первичный анализ вестибулярных раздражений, их силы
и направленности.
Чувствительное ядро тройничного нерва получает сигналы от рецепто-
ров кожи лица, передних отделов волосистой части головы, слизистой
оболочки носа и рта, зубов и конъюнктивы глазного яблока. Лицевой нерв
иннервирует все мимические мышцы лица. Отводящий нерв иннервирует
прямую латеральную мышцу, отводящую глазное яблоко кнаружи.
Двигательная порция ядра тройничного нерва иннервирует жеватель-
ные мышцы, мышцу, натягивающую барабанную перепонку, и мышцу,
натягивающую небную занавеску.
Проводящая функция моста обеспечивается продольно и поперечно
расположенными волокнами. Поперечно расположенные волокна образу-
ют верхний и нижний слои, а между ними проходят идущие из коры боль-
шого мозга пирамидные пути Между поперечными волокнами располо-
жены нейронные скопления — ядра моста. От их нейронов начинаются
поперечные волокна, которые идут на противоположную сторону моста,
образуя среднюю ножку мозжечка и заканчиваясь в его коре.
В покрышке моста располагаются продольно идущие пучки волокон
медиальной петли. Они пересекаются поперечно идущими волокнами тра-
пециевидного тела, представляющие собой аксоны улитковой части пред-
дверно-улиткового нерва противоположной стороны, которые заканчива-
ются в ядре верхней оливы. От этого ядра идут пути боковой петли, кото-
рые направляются в заднее четверохолмие среднего мозга и в медиальные
коленчатые тела промежуточного мозга.
В покрышке мозга локализуются переднее и заднее ядра трапециевид-
ного тела и латеральной петли. Эти ядра вместе с верхней оливой обеспе-
чивают первичный анализ информации от органа слуха и затем передают
информацию в задние бугры четверохолмий. В покрышке также располо-
жены длинный медиальный и тектоспинальный пути. Собственные нейро-
ны структуры моста образуют его ретикулярную формацию, ядра лицево-
го, отводящего нервов, двигательной порции ядра и среднее сенсорное
ядро тройничного нерва.
Ретикулярная формация моста является продолжением ретикулярной
формации продолговатого мозга и началом аналогичной системы среднего
Мозга. Аксоны нейронов ретикулярной формации моста идут в мозжечок,
Л,спинной мозг (ретикулоспинальный путь). Последние активируют ней-
р^ны спинного мозга.
Ретикулярная формация моста влияет на кору большого мозга, вызывая
пробуждение или сонное состояние. В ретикулярной формации моста
^Находятся две группы ядер, которые относятся к общему дыхательному цен-
тру. Один центр активирует центр вдоха продолговатого мозга, другой —
•Центр выдоха. Нейроны дыхательного центра, расположенные в мосте,
‘адаптируют работу дыхательных клеток продолговатого мозга в соответст-
вии с меняющимся состоянием организма
г
3.2.2.3. Средний мозг
Морфофункциональная организация. Средний мозг представлен четве-
рохолмием и ножками мозга Наиболее крупными ядрами среднего мозга
являются красное ядро, черное вещество и ядра черепных (глазодвигатель-
ный и блоковый) нервов, а также ядра ретикулярной формации.
127
Сенсорные функции реализуются за счет поступления в него зритель-
ной, слуховой информации.
Проводниковая функция заключается в том, что через средний мозг
проходят все восходящие пути к вышележащим таламусу (медиальная пет-
ля, спиноталамический путь), большому мозгу и мозжечку. Нисходящие
пути идут через средний мозг к продолговатому и спинному мозгу. Это
пирамидный путь, корково-мостовые волокна, руброретикулоспинальный
путь.
Двигательная функция реализуется за счет ядра блокового нерва, ядер
глазодвигательного нерва, красного ядра, черного вещества (substantia nig-
ra).
Красные ядра располагаются в верхней части ножек мозга. Они связа-
ны с корой большого мозга (нисходящие от коры пути), подкорковыми
ядрами, мозжечком, спинным мозгом (красноядерно-спинномозговой
путь). Базальные ганглии головного мозга, мозжечок имеют свои оконча-
ния в красных ядрах. Нарушение связей красных ядер с ретикулярной
формацией продолговатого мозга ведет к децеребрационной ригидности. Это
состояние характеризуется сильным напряжением мышц-разгибателей ко-
нечностей, шеи, спины. Основной причиной возникновения децеребраци-
онной ригидности служит выраженное активирующее влияние латераль-
ного вестибулярного ядра на мотонейроны разгибателей. Это влияние
максимально в отсутствие тормозных влияний красного ядра и вышележа-
щих структур, а также мозжечка. При перерезке мозга ниже ядра латераль-
ного вестибулярного нерва децеребрационная ригидность исчезает.
Красные ядра, получая информацию от двигательной зоны коры боль-
шого мозга, подкорковых ядер и мозжечка о готовящемся движении и со-
стоянии опорно-двигательного аппарата, посылают корригирующие импу-
льсы к мотонейронам спинного мозга по руброспинальному тракту и тем
самым регулируют тонус мускулатуры, подготавливая его уровень к наме-
чающемуся произвольному движению.
Другое функционально важное ядро среднего мозга — черное вещест-
во — располагается в ножках мозга, регулирует последовательность актов
жевания и глотания, обеспечивает точные движения пальцев кисти руки,
например при письме. Нейроны этого ядра синтезируют медиатор дофа-
мин, который поставляется аксональным транспортом к базальным гангли-
ям головного мозга. Поражение черного вещества приводит к нарушению
пластического тонуса мышц. Тонкая регуляция пластического тонуса при
игре на скрипке, письме, выполнении графических работ обеспечивается
черным веществом. В то же время при длительном удержании определен-
ной позы происходят пластические изменения в мышцах за счет изменения
их коллоидных свойств, что обеспечивает наименьшие затраты энергии.
Регуляция этого процесса осуществляется клетками черного вещества.
Нейроны ядер глазодвигательного и блокового нервов регулируют дви-
жение глаза вверх, вниз, наружу, к носу и вниз к углу носа. Нейроны до-
бавочного ядра глазодвигательного нерва (ядро Якубовича) регулируют
просвет зрачка и кривизну хрусталика; непарное мелкоклеточное ядро
Перлиа иннервирует цилиарную мышцу и участвует в актах аккомодации
и конвергенции.
Рефлекторные функции осуществляются функционально самостоятель-
ными структурами среднего мозга — буграми четверохолмия. Верхние из
них (вместе с латеральными коленчатыми телами промежуточного мозга)
являются первичными подкорковыми центрами зрительного анализатора,
нижние (вместе с медиальными коленчатыми телами промежуточного
128
мозга) — слухового. В них происходит первичное переключение зритель-
ной и слуховой информации. От бугров четверохолмия аксоны их нейро-
нов идут к ретикулярной формации ствола, мотонейронам спинного моз-
га. Нейроны четверохолмия могут быть полимодальными и детекторными.
В последнем случае они реагируют только на один признак раздражения,
например смену света и темноты, направление движения светового источ-
ника и др. Основная функция бугров четверохолмия — организация реак-
ции настораживания и так называемых старт-рефлексов на внезапные,
еще не распознанные, зрительные или звуковые сигналы. Активация сред-
него мозга в этих случаях через гипоталамус приводит к повышению тону-
са мышц, учащению сокращений сердца; происходит подготовка к избега-
нию, к оборонительной реакции.
Четверохолмие организует ориентировочные зрительные и слуховые
рефлексы. У человека четверохолмный рефлекс является сторожевым. В
случаях повышенной возбудимости четверохолмий при внезапном звуко-
вом или световом раздражении человек вздрагивает, иногда вскакивает на
ноги, вскрикивает, максимально быстро удаляется от раздражителя, под-
час безудержно убегает.
При нарушении четверохолмного рефлекса человек не может быстро
переключаться с одного вида движения на другое. Следовательно, четверо-
холмия принимают участие в организации произвольных движений.
3.2.2.4. Ретикулярная формация ствола мозга
Ретикулярная (сетчатая) формация (РФ) мозга представлена сетью ней-
ронов с многочисленными диффузными связями между собой и практиче-
ски со всеми структурами ЦНС. РФ располагается в толще серого вещест-
ву; продолговатого, среднего, промежуточного мозга и изначально связана
сйРФ спинного мозга. В связи с этим ее рассматривают как единую систе-
< РФ имеет прямые и обратные связи с корой большого мозга, базаль-
ИММИ ганглиями, промежуточным мозгом, мозжечком, средним, продол-
говатым и спинным мозгом. Основной функцией РФ является регуляция
ИВриня активности коры большого мозга, мозжечка, таламуса, спинного
•Йога.
•^ИС одной стороны, генерализованный характер влияния РФ на многие
Йруктуры мозга дал основание считать ее неспецифической системой. Од-
f исследования с раздражением РФ ствола показали, что она может из-
тельно оказывать активирующее или тормозящее влияние на разные
<ы поведения, сенсорные, моторные, висцеральные системы мозга,
вое строение обеспечивает высокую надежность функционирования
устойчивость к повреждающим воздействиям, так как локальные по-
?#Ждения всегда компенсируются за счет сохранившихся элементов сети.
Другой стороны, высокая надежность функционирования РФ обеспечи-
•Двтся тем, что раздражение любой из ее частей отражается на активности
•сей РФ данной структуры за счет диффузности связей.
3 Большинство нейронов РФ имеет длинные дендриты и короткий аксон,
существуют гигантские нейроны с длинным аксоном, образующие пути
Ч РФ в другие области мозга, например в нисходящем направлении (ре-
тикулоспинальный и руброспинальный тракты). Аксоны нейронов РФ об-
язуют большое число коллатералей и синапсов, которые оканчиваются на
Нейронах различных отделов мозга. Аксоны нейронов РФ, идущие в кору
большого мозга, заканчиваются здесь на дендритах I и II слоев.
А
129
Активность нейронов РФ различна и в принципе сходна с активностью
нейронов других структур мозга, но среди нейронов РФ имеются такие,
которые обладают устойчивой ритмической активностью, не зависящей от
приходящих сигналов.
В то же время в РФ среднего мозга и моста имеются нейроны, которые
в покое «молчат», т.е. не генерируют импульсы, но возбуждаются при сти-
муляции зрительных или слуховых рецепторов. Это так называемые специ-
фические нейроны, обеспечивающие быструю реакцию на внезапные, нео-
познанные сигналы. Значительное число нейронов РФ являются полисен-
сорными.
В РФ продолговатого, среднего мозга и моста конвергируют сигналы
различной сенсорности. На нейроны моста приходят сигналы преимуще-
ственно от соматосенсорных систем. Сигналы от зрительной и слуховой
сенсорных систем в основном приходят на нейроны РФ среднего мозга.
РФ контролирует передачу сенсорной информации, идущей через ядра та-
ламуса, за счет того, что при интенсивном внешнем раздражении нейроны
неспецифических ядер таламуса затормаживаются, тем самым снимается
их тормозящее влияние с релейных ядер того же таламуса и облегчается
передача сенсорной информации в кору большого мозга.
В РФ моста, продолговатого, среднего мозга имеются нейроны, кото-
рые реагируют на болевые раздражения, идущие от мышц или внутренних
органов, что создает общее диффузное дискомфортное, не всегда четко
локализуемое, болевое ощущение «тупой боли». Повторение любого вида
стимуляции приводит к снижению импульсной активности нейронов РФ,
т.е. процессы адаптации (привыкание) присущи и нейронам РФ ствола
мозга.
РФ ствола мозга имеет прямое отношение к регуляции мышечного то-
нуса, поскольку на РФ ствола мозга поступают сигналы от зрительного и
вестибулярного анализаторов и мозжечка. От РФ к мотонейронам спинно-
го мозга и ядрам черепных нервов поступают сигналы, организующие по-
ложение головы, туловища и др.
Ретикулярные пути, облегчающие активность моторных систем спин-
ного мозга, берут начало от всех отделов РФ. Пути, идущие от моста, тор-
мозят активность мотонейронов спинного мозга, иннервирующих мыш-
цы-сгибатели, и активируют мотонейроны мышц-разгибателей. Пути, иду-
щие от РФ продолговатого мозга, вызывают противоположные эффекты.
Раздражение РФ приводит к тремору, повышению тонуса мышц. После
прекращения раздражения вызванный им эффект сохраняется длительно,
видимо, за счет циркуляции возбуждения в сети нейронов.
РФ ствола мозга участвует в передаче информации от коры большого
мозга, спинного мозга к мозжечку и, наоборот, от мозжечка к этим же си-
стемам. Функция данных связей заключается в подготовке и реализации
моторики, связанной с привыканием, ориентировочными реакциями, бо-
левыми реакциями, организацией ходьбы, движениями глаз.
Регуляция вегетативной деятельности организма РФ описана в разделе
3.3. Здесь же заметим, что наиболее четко эта регуляция проявляется в
функционировании дыхательного и сердечно-сосудистых центров. В регу-
ляции вегетативных функций большое значение имеют так называемые
стартовые нейроны РФ. Они дают начало циркуляции возбуждения внутри
группы нейронов, обеспечивая тонус регулируемых вегетативных систем.
Влияния РФ можно разделить в целом на нисходящие и восходящие.
В свою очередь каждое из этих влияний оказывает тормозное и возбужда-
ющее действие.
130
Восходящие влияния РФ на кору большого мозга повышают ее тонус,
регулируют возбудимость ее нейронов, не изменяя специфики ответов на
адекватные раздражения. РФ влияет на функциональное состояние всех
сенсорных областей мозга, следовательно, она имеет значение в интегра-
ции сенсорной информации от разных анализаторов.
РФ имеет прямое отношение к регуляции цикла бодрствование—сон.
Стимуляция одних структур РФ приводит к развитию сна, стимуляция
других вызывает пробуждение. Г Мэгун и Д. Моруцци выдвинули концеп-
цию, согласно которой все виды сигналов, идущих от периферических ре-
цепторов, достигают по коллатералям РФ продолговатого мозга и моста,
где переключаются на нейроны, дающие восходящие пути в таламус и за-
тем в кору большого мозга.
Возбуждение РФ продолговатого мозга или моста вызывает синхрони-
зацию активности коры большого мозга, появление медленных ритмов в
ее электрических показателях, сонное торможение.
Возбуждение РФ среднего мозга вызывает противоположный эффект про-
буждения: десинхронизацию электрической активности коры, появление
быстрых низкоамплитудных p-подобных ритмов в электроэнцефалограмме.
Г. Бремер показал, что если перерезать мозг между передними и задни-
ми буграми четверохолмия, то животное перестает реагировать на все
виды сигналов; если же перерезку произвести между продолговатым и
Средним мозгом (при этом РФ сохраняет связь с передним мозгом), то жи-
вотное реагирует на свет, звук и другие сигналы. Следовательно, поддер-
жание активного анализирующего состояния мозга возможно при сохра-
нении связи с передним мозгом.
, Г. Мэгун, нанося локальные раздражения на РФ продолговатого мозга,
нащел, что при раздражении одних точек тормозятся, становятся вялыми
рефлексы сгибания передней лапы, коленный, роговичный. При раздра-
жении РФ в других точках продолговатого мозга эти же рефлексы вызыва-
лись легче, были сильнее, т.е. их реализация облегчалась. По мнению Мэ-
|уна, тормозные влияния на рефлексы спинного мозга может оказывать
Ирдько РФ продолговатого мозга, а облегчающие влияния регулируются
<цсей РФ ствола и спинного мозга.
3.2.2.5. Промежуточный мозг
'Ж .Промежуточный мозг интегрирует сенсорные, двигательные и вегета-
тивные реакции, необходимые для целостной деятельности организма.
•ЙРНОвными образованиями промежуточного мозга являются таламус, ги-
поталамус, который состоит из свода и эпифиза, и таламической области,
включающей в себя таламус, эпиталамус и метаталамус.
З.2.2.5.1. Таламус
Таламус (thalamus, зрительный бугор) — структура, в которой происхо-
дит обработка и интеграция практически всех сигналов, идущих в кору бо-
льшого мозга от спинного, среднего мозга, мозжечка, базальных ганглиев
головного мозга.
Морфофункциональная организация. В ядрах таламуса переключается
Информация, поступающая от экстеро-, проприо- и интероцепторов, и на-
чинаются таламокортикальные пути.
&
131
Учитывая, что коленчатые тела таламуса являются подкорковыми цент-
рами зрения и слуха, а узел уздечки и переднее зрительное ядро участвуют
в анализе обонятельных сигналов, можно утверждать, что зрительный бу-
гор в целом является подкорковой «станцией» для всех видов чувствитель-
ности. Здесь раздражения внешней и внутренней среды интегрируются,
после чего поступают в кору большого мозга.
Зрительный бугор является центром организации и реализации инстин-
ктов, влечений, эмоций. Возможность получать информацию о состоянии
множества систем организма позволяет таламусу участвовать в регуляции
и определении функционального состояния организма в целом (подтверж-
дением тому служит наличие в таламусе около 120 разнофункциональных
ядер). Ядра образуют своеобразные комплексы, которые можно разделить
по признаку проекции в кору на 3 группы. Передняя проецирует аксоны
своих нейронов в поясную извилину коры большого мозга; медиальная —
в лобную долю коры; латеральная — в теменную, височную, затылочную
доли коры. По проекциям определяется и функция ядер. Такое деление не
абсолютно, так как одна часть волокон от ядер таламуса идет в строго
ограниченные корковые образования, другая — в разные области коры
большого мозга.
Ядра таламуса функционально по характеру входящих и выходящих из
них путей делятся на специфические, неспецифические и ассоциативные.
К специфическим ядрам относятся переднее вентральное, медиальное,
вентролатеральное, постлатеральное, постмедиальное, латеральное и ме-
диальное коленчатые тела. Последние относятся к подкорковым центрам
зрения и слуха соответственно.
Основной функциональной единицей специфических таламических
ядер являются «релейные» нейроны, у которых мало дендритов и длинный
аксон; их функция заключается в переключении информации, идущей в
кору большого мозга от кожных, мышечных и других рецепторов.
От специфических ядер информация о характере сенсорных стимулов
поступает в строго определенные участки III—IV слоев коры большого
мозга (соматотопическая локализация). Нарушение функции специфиче-
ских ядер приводит к выпадению конкретных видов чувствительности, так
как ядра таламуса, как и кора большого мозга, имеют соматотопическую
локализацию. Отдельные нейроны специфических ядер таламуса возбуж-
даются рецепторами только своего типа. К специфическим ядрам таламуса
идут сигналы от рецепторов кожи, глаз, уха, мышечной системы. Сюда же
конвергируют сигналы от интерорецепторов зон проекции блуждающего и
чревного нервов, гипоталамуса.
Латеральное коленчатое тело имеет прямые эфферентные связи с заты-
лочной долей коры большого мозга и афферентные связи с сетчаткой гла-
за и передними буграми четверохолмий. Нейроны латеральных коленча-
тых тел по-разному реагируют на цветовые раздражения, включение, вы-
ключение света, т.е. могут выполнять детекторную функцию.
В медиальное коленчатое тело (МКТ) поступают афферентные импуль-
сы из латеральной петли и от нижних бугров четверохолмий. Эфферент-
ные пути от медиальных коленчатых тел идут в височную зону, промежу-
точный мозг. В то же время раздражение некоторых ядер таламуса приво-
дит к возникновению ограниченных локальных участков возбуждения, а
не к общему ее возбуждению, как это бывает при раздражении других от-
делов РФ.
РФ ствола мозга может оказывать не только возбуждающее, но и тор-
мозное влияние на активность коры мозга.
132
Нисходящие влияния РФ ствола мозга на рефлекторную деятельность
спинного мозга были установлены еще И.М. Сеченовым (1862). Им былс
показано, что при раздражении среднего мозга кристалликами соли у ля-
гушки рефлексы отдергивания лапки возникают медленно, требуют более
сильного раздражения у коры большого мозга, достигая там первичной
/•пуховой области коры среднего. МКТ имеет четкую тонотопйчность
Следовательно, уже на уровне таламуса обеспечивается пространственное
распределение чувствительности всех сенсорных систем организма, в том
числе сенсорных посылок от интерорецепторов сосудов, органов брюш-
ной, грудной полостей.
Ассоциативные ядра таламуса представлены передним медиодорсаль-
ным, латеральным дорсальным ядрами и подушкой. Переднее ядро связа-
но с лимбической корой (поясная извилина), медиодорсальное — с лоб-
ной долей коры, латеральное дорсальное — с теменной, подушка — с ас-
социативными зонами теменной и височной долями коры большого мозга
Основными клеточными структурами этих ядер являются мультиполяр-
ные, биполярные трехотростчатые нейроны, т.е. нейроны, способные вы-
полнять полисенсорные функции. Ряд нейронов изменяет активность то-
лько при одновременном комплексном раздражении. На полисенсорных
нейронах конвергируют возбуждения разных модальностей, формируется
интегрированный сигнал, который затем передается в ассоциативную кору
мозга. Нейроны подушки связаны главным образом с ассоциативными зо-
нами теменной и височной долей коры большого мозга, нейроны латера-
льного ядра — с теменной, нейроны медиального ядра — с лобной долей
коры большого мозга.
Неспецифические ядра таламуса представлены срединным центром, па-
рацентральным ядром, центральным медиальным и латеральным, субме-
диальным, вентральным передним, парафасцикулярным комплексами, ре-
тикулярным ядром, перивентрикулярной и центральной серой массой.
Нейроны этих ядер образуют свои связи по ретикулярному типу. Их аксо-
ны поднимаются в кору большого мозга и контактируют со всеми ее слоя-
ми, образуя не локальные, а диффузные связи. К неспецифическим ядрам
Поступают связи из РФ ствола мозга, гипоталамуса, лимбической системы,
базальных ганглиев, специфических ядер таламуса.
Возбуждение неспецифических ядер вызывает генерацию в коре специ-
фической веретенообразной электрической активности, свидетельствую-
щей о развитии сонного состояния. Нарушение функции неспецифиче-
еких ядер затрудняет появление веретенообразной активности.
'* Сложное строение таламуса, наличие в нем взаимосвязанных специфи-
ческих, неспецифических и ассоциативных ядер позволяют ему организо-
вывать такие двигательные реакции, как сосание, жевание, глотание, смех.
Йвигательные реакции интегрируются в таламусе с вегетативными процес-
сии, обеспечивающими эти движения.
’* Конвергенцию сенсорных стимулов в таламус обусловливает возникно-
вение так называемых таламических неукротимых болей, которые возни-
кнут при патологических процессах в самом таламусе.
3.2.2.6. Мозжечок
Мозжечок (cerebellum, малый мозг) — одна из интегративных структур
головного мозга, принимающая участие в координации и регуляции
произвольных, непроизвольных движений, в регуляции вегетативных и
поведенческих функций.
132
Морфофункциональная организация и связи мозжечка. Реализация ука-
занных функций обеспечивается следующими морфологическими особен-
ностями мозжечка:
а кора мозжечка построена достаточно однотипно, имеет стереотипные
связи, что создает условия для быстрой обработки информации;
д наиболее крупным и функционально-значимым элементом среди нейро-
нов коры мозжечка является клетка Пуркинье. Она имеет большое коли-
чество входов и формирует единственный аксонный выход из мозжечка,
коллатерали которого заканчиваются на ядерных его структурах;
а на клетки Пуркинье проецируются практически все виды сенсорных
раздражений: проприоцептивные, кожные, зрительные, слуховые, вес-
тибулярные и др.;
а выходы из мозжечка обеспечивают его связи с корой большого мозга,
стволовыми образованиями и спинным мозгом.
Мозжечок анатомически и функционально делится на старую, древнюю
и новую части.
К старой части мозжечка (archicerebellum) — вестибулярный мозже-
чок — относится клочково-флоккулярная доля. Эта часть имеет наиболее
выраженные связи с вестибулярным анализатором, что объясняет значе-
ние мозжечка в регуляции равновесия.
Древняя часть мозжечка (paleocerebellum) — спинальный мозжечок —
состоит из участков червя и пирамиды мозжечка, язычка, околоклочково-
го отдела и получает информацию преимущественно от проприорецептив-
ных систем мышц, сухожилий, надкостницы, оболочек суставов.
Новый мозжечок (neocerebellum) включает в себя кору полушарий моз-
жечка и участки червя; он получает информацию от коры, преимущест-
венно по лобно-мостомозжечковому пути, от зрительных и слуховых ре-
цептирующих систем, что свидетельствует об его участии в анализе зрите-
льных, слуховых сигналов и организации на них реакции.
Кора мозжечка имеет специфическое, нигде в ЦНС не повторяющееся
строение.
Верхний (I) слой коры мозжечка — молекулярный слой, состоит из парал-
лельных волокон, разветвлений дендритов и аксонов II и III слоев. В ниж-
ней части молекулярного слоя встречаются корзинчатые и звездчатые клет-
ки, которые обеспечивают взаимодействие клеток Пуркинье.
Средний (II) слой коры образован клетками Пуркинье, выстроенными в
один ряд и имеющими самую мощную в ЦНС дендритную систему. На ден-
дритном поле одной клетки Пуркинье может быть до 60 000 синапсов. Эти
клетки выполняют сбор, обработку и передачу информации. Аксоны клеток
Пуркинье являются единственным путем, с помощью которого кора моз-
жечка передает информацию в его ядра и ядра структуры большого мозга.
Под II слоем коры (под клетками Пуркинье) лежит гранулярный (III)
слой, состоящий из клеток-зерен, число которых достигает 10 млрд. Аксо-
ны этих клеток поднимаются вверх, Т-образно делятся на поверхности
коры, образуя дорожки контактов с клетками Пуркинье; здесь же лежат
клетки Гольджи.
Из мозжечка информация уходит через верхние и нижние ножки. Через
верхние ножки сигналы идут в таламус, в мост, красное ядро, ядра ствола
мозга, в ретикулярную формацию среднего мозга. Через нижние ножки
мозжечка сигналы идут в продолговатый мозг к его вестибулярным ядрам,
оливам, ретикулярной формации. Средние ножки мозжечка связывают
новый мозжечок с лобной долей мозга.
134
Импульсная активность нейронов регистрируется в слое клеток Пурки-
нье и гранулярном слое, причем частота генерации импульсов этих клеток
колеблется от 20 до 200 в 1 с. Клетки ядер мозжечка генерируют импульсы
значительно реже — 1—3 импульса в 1 с.
Стимуляция верхнего слоя коры мозжечка приводит к длительному
(до 200 мс) торможению активности клеток Пуркинье. Такое же их тор-
можение возникает при световых и звуковых сигналах. Суммарные изме-
нения электрической активности коры мозжечка на раздражение чувст-
вительного нерва любой мышцы выглядят в форме позитивного колеба-
ния (торможение активности коры, гиперполяризация клеток Пуркинье),
которое наступает через 15—20 мс и длится 20—30 мс, после чего возни-
кает волна возбуждения, длящаяся до 500 мс (деполяризация клеток Пур-
кинье).
В кору мозжечка от кожных рецепторов, мышц, суставных оболочек,
надкостницы сигналы поступают по так называемым спинно-мозжечко-
вым трактам: заднему (дорсальный) и переднему (вентральный). Эти пути
к мозжечку проходят через нижнюю оливу продолговатого мозга. От кле-
ток олив идут так называемые лазающие волокна, которые ветвятся на
дендритах клеток Пуркинье.
Ядра моста посылают афферентные пути в мозжечок, образующие
мшистые волокна, которые оканчиваются на клетках-зернах III слоя коры
мозжечка. Между мозжечком и голубоватым местом среднего мозга суще-
ствует афферентная связь с помощью адренергических волокон. Эти во-
локна способны диффузно выбрасывать норадреналин в межклеточное
пространство коры мозжечка, тем самым гуморально изменяют состояние
возбудимости его клеток.
Аксоны клеток III слоя коры мозжечка вызывают торможение клеток
Пуркинье и клеток-зерен своего же слоя. Клетки Пуркинье в свою очередь
тормозят активность нейронов ядер мозжечка. Ядра мозжечка имеют вы-
сокую тоническую активность и регулируют тонус ряда моторных центров
промежуточного, среднего, продолговатого, спинного мозга.
Подкорковая система мозжечка состоит из трех функционально разных
ядерных образований: ядра шатра, пробковидного, шаровидного и зубча-
того ядра.
Ядро шатра получает информацию от медиальной зоны коры мозжечка
и связано с ядром Дейтерса и РФ продолговатого и среднего мозга. Отсю-
да сигналы идут по ретикулоспинальному пути к мотонейронам спинного
мозга.
Промежуточная кора мозжечка проецируется на пробковидное и шаро-
видное ядра. От них связи идут в средний мозг к красному ядру, далее в
спинной мозг по руброспинальному пути. Второй путь от промежуточного
ядра идет к таламусу и далее в двигательную зону коры большого мозга.
Зубчатое ядро, получая информацию от латеральной зоны коры моз-
жечка, связано с таламусом, а через него — с моторной зоной коры боль-
шого мозга.
Мозжечковый контроль двигательной активности. Эфферентные сигна-
лы из мозжечка к спинному мозгу регулируют силу мышечных сокраще-
ний, обеспечивают способность к длительному тоническому сокращению
мышц, способность сохранять оптимальный тонус мышц в покое или при
Движениях, соразмерять произвольные движения с целью этого движения,
быстро переходить от сгибания к разгибанию и наоборот.
Мозжечок обеспечивает синергию сокращений разных мышц при
сложных движениях. Например, делая шаг при ходьбе, человек заносит
135
вперед ногу, одновременно центр тяжести туловища переносится вперед
при участии мышц спины. В тех случаях, когда мозжечок не выполняет
своей регуляторной функции, у человека наблюдаются расстройства дви-
гательных функций, что выражается следующими симптомами:
• астения (astenia — слабость) — снижение силы мышечного сокращения,
быстрая утомляемость мышц;
• астазия (astasia, от греч. а — не, stasia — стояние) — утрата способности к
длительному сокращению мышц, что затрудняет стояние, сидение и др.;
• дистония (distonia — нарушение тонуса) — непроизвольное повышение
или понижение тонуса мышц;
• тремор (tremor — дрожание) — дрожание пальцев рук, головы в покое;
тремор усиливается при движении;
• дисметрия (dismetria — нарушение меры) — расстройство равномерности
движений, выражающееся либо в излишнем, либо недостаточном дви-
жении. Больной пытается взять предмет со стола и проносит руку за
предмет (гиперметрия) или не доносит ее до предмета (гипометрия);
• атаксия (ataksia, от греч. а — отрицание, taksia — порядок) — нарушение
координации движений, когда ярче всего проявляется невозможность
выполнения движений в нужном порядке, в определенной последовате-
льности. Проявлениями атаксии являются также адиадохокинез, асинер-
гия, пьяная-шаткая походка. При адиадохокинезе человек не способен
быстро вращать ладони вниз-вверх. При асинергии мышц он не спосо-
бен сесть из положения лежа без помощи рук. Пьяная походка характе-
ризуется тем, что человек ходит, широко расставив ноги, шатаясь из сто-
роны в сторону от линии ходьбы. Врожденных двигательных актов у че-
ловека не так уж много (например, сосание), большинство же движений
он выучивает в течение жизни, и они становятся автоматическими (ходь-
ба, письмо и др.). Когда нарушается функция мозжечка, движения ста-
новятся неточными, негармоничными, разбросанными, часто не дости-
гают цели.
Данные о том, что повреждение мозжечка ведет к расстройствам движе-
ний, которые были приобретены человеком в результате обучения, позво-
ляют сделать вывод, что само обучение шло с участием мозжечковых
структур, а следовательно, мозжечок принимает участие в организации
процессов ВИД;
• дизартрия (disartria) — расстройство организации речевой моторики; при
повреждении мозжечка речь больного становится растянутой, слова
иногда произносятся как бы толчками (скандированная речь).
При повреждении мозжечка повышается тонус мышц-разгибателей. Ре-
гуляция мышечного тонуса с помощью мозжечка происходит следующим
образом: проприоцептивные сигналы о тонусе мышц поступают в область
червя и клочково-узелковую долю, отсюда — в ядро шатра, далее — к ядру
преддверия и РФ продолговатого и среднего мозга и, наконец, по ретику-
лярно- и вестибулоспинальным путям к нейронам передних рогов спинно-
го мозга, иннервирующих мышцы, от которых поступили сигналы. Следо-
вательно, регуляция мышечного тонуса реализуется по принципу обрат-
ной связи.
Следует отметить, что характер влияния на тонус мышц определяется
частотой генерации импульсов нейронов ядра шатра. При высокой частоте
(30—300 имп/с) тонус мышц-разгибателей снижается, при низкой (2—
10 имп/с) — увеличивается.
136
Промежуточная область коры мозжечка получает информацию по
спинальным трактам от двигательной области коры большого мозга (пре-
центральная извилина), по коллатералям пирамидного пути, идущего в
спинной мозг. Коллатерали заходят в мост, а оттуда — в кору мозжечка.
Следовательно, за счет коллатералей мозжечок получает информацию о
готовящемся произвольном движении и возможность участвовать в обес-
печении тонуса мышц, необходимого для реализации этого движения.
Латеральная кора мозжечка получает информацию из двигательной об-
ласти коры большого мозга. В свою очередь латеральная кора посылает
информацию в зубчатое ядро мозжечка, отсюда по мозжечково-кортикаль-
ному пути в сенсомоторную область коры большого мозга (постцентраль-
ная извилина), а через мозжечково-рубральный путь к красному ядру и от
него по руброспинальному пути к передним рогам спинного мозга. Парал-
лельно сигналы по пирамидному пути идут к тем же передним рогам
спинного мозга.
Таким образом, мозжечок, получив информацию о готовящемся движе-
нии, корректирует программу подготовки этого движения в коре и одно-
временно готовит тонус мускулатуры для реализации этого движения че-
рез спинной мозг.
Изменение тонуса мышц после повреждения мозжечка обусловлено
тем, что исчезает торможение лабиринтных и миотатических рефлексов,
которое в норме осуществляется мозжечком. В норме вестибулярные ядра
активируют мотонейроны спинного мозга мышц-разгибателей, а мозжечок
тормозит активность нейронов преддверного ядра. При повреждении моз-
жечка вестибулярные ядра бесконтрольно активируют мотонейроны пе-
редних рогов спинного мозга, в результате повышается тонус мышц-разги-
бателей конечностей.
При повреждении мозжечка усиливаются и проприоцептивные рефлек-
сы спинного мозга (рефлексы, вызываемые при раздражении рецепторов
сухожилий, мышц, надкостницы, оболочек суставов), но в этом случае
снимается тормозное влияние на мотонейроны спинного мозга ретикуляр-
ной формации продолговатого мозга.
В норме мозжечок активирует пирамидные нейроны коры большого
мозга, которые тормозят активность мотонейронов спинного мозга. Чем
больше мозжечок активирует пирамидные нейроны коры, тем более выра-
жено торможение мотонейронов спинного мозга. При повреждении моз-
жечка это торможение исчезает, так как активация пирамидных клеток
прекращается.
Таким образом, при повреждении мозжечка активируются нейроны ве-
стибулярных ядер и ретикулярной формации продолговатого мозга, кото-
рые активируют мотонейроны спинного мозга. Одновременно активность
пирамидных нейронов снижается, а следовательно, снижается их тормоз-
ное влияние на те же мотонейроны спинного мозга. В итоге, получая воз-
буждающие сигналы от продолговатого мозга при одновременном умень-
шении тормозных влияний от коры большого мозга (после повреждения
структур мозжечка), мотонейроны спинного мозга активируются и вызы-
вают гипертонус мышц.
Взаимодействие мозжечка и коры большого мозга организовано сомато-
топически. Функционально мозжечок может оказывать облегчающее, тор-
мозящее и компенсаторное влияния на реализацию функций коры боль-
шого мозга.
Роль взаимодействия лобной доли коры большого мозга с мозжечком
хорошо проявляется при частичных повреждениях мозжечка. Одномомен-
137
тное удаление мозжечка приводит к гибели человека. В то же время, если
удаляется часть мозжечка, это вмешательство, как правило, несмертельно.
После операции частичного удаления мозжечка возникают симптомы его
повреждения (тремор, атаксия, астения и др.), которые затем исчезают.
Если на фоне исчезновения мозжечковых симптомов нарушается функция
лобных долей мозга, то мозжечковые симптомы возникают вновь. Следо-
вательно, кора лобных долей большого мозга компенсирует расстройства,
вызываемые повреждением мозжечка. Механизм данной компенсации ре-
ализуется через лобно-мостомозжечковый тракт.
Мозжечок за счет своего влияния на сенсомоторную область коры
может изменять уровень тактильной, температурной, зрительной чувстви-
тельности. Повреждение мозжечка снижает уровень восприятия критиче-
ской частоты мельканий света (наименьшая частота мельканий, при кото-
рой световые стимулы воспринимаются не как отдельные вспышки, а как
непрерывный свет).
Удаление мозжечка приводит к ослаблению силы процессов возбуж-
дения и торможения, нарушению баланса между ними, развитию инертно-
сти. Выработка двигательных условных рефлексов после удаления мозжеч-
ка затрудняется, особенно в случаях формирования локальной, изолиро-
ванной двигательной реакции. Точно так же замедляется выработка
пищевых условных рефлексов, увеличивается скрытый (латентный) пери-
од их вызова.
Влияние мозжечка на вегетативные функции. Мозжечок оказывает угне-
тающее и стимулирующее влияние на работу сердечно-сосудистой, дыха-
тельной, пищеварительной и других систем организма. В результате двой-
ственного влияния мозжечок стабилизирует, оптимизирует функции сис-
тем организма.
Сердечно-сосудистая система реагирует на раздражение мозжечка либо
усилением (например, прессорные рефлексы), либо снижением этой реак-
ции. Направленность реакции зависит от фона, на котором она вызывает-
ся. При раздражении мозжечка высокое кровяное давление снижается, а
исходное низкое — повышается. Раздражение мозжечка на фоне учащен-
ного дыхания (гиперпноэ) снижает частоту дыхания. При этом односто-
роннее раздражение мозжечка вызывает на своей стороне снижение, а на
противоположной — повышение тонуса дыхательных мышц.
Удаление или повреждение мозжечка приводит к уменьшению тонуса
мускулатуры кишечника, вследствие чего нарушается эвакуация содержи-
мого желудка и кишечника. Нарушается также нормальная динамика сек-
реции и всасывания в желудке и кишечнике.
Обменные процессы при повреждении мозжечка идут более интенсив-
но, гипергликемическая реакция (увеличение количества глюкозы в кро-
ви) на введение глюкозы в кровь или на прием ее с пищей возрастает и
сохраняется дольше, чем в норме, ухудшается аппетит, наблюдается исху-
дание, замедляется заживление ран, волокна скелетных мышц подверга-
ются жировому перерождению.
При повреждении мозжечка нарушается генеративная функция, что
проявляется в нарушении последовательности процессов родовой деятель-
ности. При возбуждении или повреждении мозжечка мышечные сокраще-
ния, сосудистый тонус, обмен веществ и др. реагируют так же, как при ак-
тивации или повреждении симпатического отдела вегетативной нервной
системы.
Таким образом, мозжечок принимает участие в различных видах деяте-
льности организма: моторной, соматической, вегетативной, сенсорной,
138
интегративной и др. Однако эти функции мозжечок реализует через дру-
гие структуры ЦНС. Мозжечок выполняет функцию оптимизации отно-
шений между различными отделами нервной системы, что реализуется, с
одной стороны, активацией отдельных центров, с другой — удержанием
этой активности в определенных рамках возбуждения, лабильности и др.
После частичного повреждения мозжечка могут сохраняться все функции
организма, но сами функции, порядок их реализации, количественное со-
ответствие потребностям трофики организма нарушаются.
3.2.3. Лимбическая система
Лимбическая система представляет собой функциональное объединение
структур мозга, участвующих в организации эмоционально-мотиваци-
онного поведения (пищевой, половой, оборонительный инстинкты).
Эта система участвует в организации цикла бодрствование—сон. Лим-
бическая система как филогенетически древнее образование оказывает ре-
гулирующее влияние на кору большого мозга и подкорковые структуры,
устанавливая необходимое соответствие уровней их активности.
Морфофункциональная организация. Структуры лимбической системы
включают в себя 3 комплекса. Первый комплекс — древняя кора (препири-
формная, периамигдалярная, диагональная кора), обонятельные лукови-
цы, обонятельный бугорок, прозрачная перегородка.
Вторым комплексом структур лимбической системы является старая
кора, куда входят гиппокамп, зубчатая фасция, поясная извилина.
Третий комплекс лимбической системы — структуры островковой коры,
парагиппокамповая извилина.
И наконец, к лимбической системе относят подкорковые структуры:
миндалевидные тела, ядра прозрачной перегородки, переднее таламиче-
ское ядро, сосцевидные тела.
Особенностью лимбической системы является то, что между ее структу-
рами имеются простые двусторонние связи и сложные пути, образующие
множество замкнутых кругов. Такая организация создает условия для дли-
тельного циркулирования одного и того же возбуждения в системе и тем
самым для сохранения в ней единого состояния и навязывание этого со-
стояния другим системам мозга.
В настоящее время хорошо известны связи между структурами мозга,
организующие круги, имеющие свою функциональную специфику. К ним
относится круг Пейпеца (гиппокамп -> сосцевидные тела -> передние ядра
таламуса -> кора поясной извилины -> парагиппокампова извилина ->
гиппокамп). Этот круг имеет отношение к памяти и процессам обучения.
Другой круг (миндалевидное тело -» гипоталамус -> мезэнцефальные
структуры -> миндалевидное тело) регулирует агрессивно-оборонитель-
ные, пищевые и сексуальные формы поведения.
Считается, что образная (иконическая) память формируется корти-
ко-лимбико-таламокортикальным кругом. Круги разного функционального
назначения связывают лимбическую систему со многими структурами
ЦНС, что позволяет последней реализовать функции, специфика которых
определяется включенной дополнительной структурой.
Например, включение хвостатого ядра в один из кругов лимбической
системы определяет ее участие в организации тормозных процессов ВНД.
Большое количество связей в лимбической системе, своеобразное кру-
говое взаимодействие ее структур создают благоприятные условия для ре-
139
верберации возбуждения по коротким и длинным кругам. Это, с одной
стороны, обеспечивает функциональное взаимодействие частей лимбиче-
ской системы, с другой — создает условия для запоминания. Обилие свя-
зей лимбической системы со структурами ЦНС затрудняет выделение
функций мозга, в которых она не принимала бы участия. Так, лимбиче-
ская система имеет отношение к регулированию уровня реакции автоном-
ной, соматической систем при эмоционально-мотивационной деятельно-
сти, регулированию уровня внимания, восприятия, воспроизведения эмо-
ционально значимой информации. Лимбическая система определяет вы-
бор и реализацию адаптационных форм поведения, динамику врожденных
форм поведения, поддержание гомеостаза, генеративных процессов. Нако-
нец, она обеспечивает создание эмоционального фона, формирование и
реализацию процессов ВНД.
Древняя и старая кора лимбической системы имеет прямое отношение
к обонятельной функции. В свою очередь обонятельный анализатор, как
самый древний из анализаторов, является неспецифическим активатором
всех видов деятельности коры большого мозга.
Некоторые авторы называют лимбическую систему висцеральным моз-
гом, т.е. структурой ЦНС, участвующей в регуляции деятельности внут-
ренних органов. И действительно, миндалевидные тела, прозрачная пере-
городка, обонятельный мозг при их возбуждении изменяют активность ве-
гетативных систем организма в соответствии с условиями окружающей
среды. Это стало возможно благодаря установлению морфологических и
функциональных связей с более молодыми образованиями мозга, обеспе-
чивающими взаимодействие экстероцептивных, интероцептивных систем
и коры височной доли.
Наиболее полифункциональными образованиями лимбической систе-
мы являются гиппокамп и миндалевидные тела. Физиология этих структур
наиболее изучена.
3.2.3.1. Гиппокамп
Гиппокамп (hippocampus) расположен в глубине височных долей мозга и
является основной структурой лимбической системы. Морфологически
гиппокамп представлен стереотипно повторяющимися модулями, свя-
занными между собой и с другими структурами.
Модульное строение обусловливает способность гиппокампа генериро-
вать высокоамплитудную ритмическую активность. Связь модулей создает
условие циркулирования активности в гиппокампе при обучении. При
этом возрастает амплитуда синаптических потенциалов, увеличиваются
нейросекреция клеток гиппокампа, число шипиков на дендритах его ней-
ронов, что свидетельствует о переходе потенциальных синапсов в актив-
ные. Многочисленные связи гиппокампа со структурами как лимбической
системы, так и других отделов мозга определяют его многофункциональ-
ность.
Выраженными и специфическими являются электрические процессы в
гиппокампе. Активность здесь чаще всего характеризуется быстрым бета-
ритмом (14—30 в 1 с) и медленным тета-ритмом (4—7 в 1 с).
Если с помощью фармакологических методов в новой коре ослабить
десинхронизацию на новое раздражение, то в гиппокампе затрудняется
возникновение тета-ритма. Раздражение ретикулярной формации ствола
140
мозга усиливает выраженность тета-ритма в гиппокампе и высокочастот-
ных ритмов в новой коре.
Значение тста-ритма заключается в том, что он отражает реакцию гип-
покампа, а тем самым — его участие в ориентировочном рефлексе, реак-
циях настороженности, повышения внимания, в динамике обучения. Те-
та-ритм в гиппокампе наблюдается при высоком уровне эмоционального
напряжения — страхе, агрессии, голоде, жажде. Вызванная активность в
гиппокампе возникает на раздражение различных рецепторов и любой из
структур лимбической системы. Разносенсорные проекционные зоны в
гиппокампе перекрываются. Это обусловлено тем, что большинство ней-
ронов гиппокампа характеризуется полисенсорностью, т.е. способностью
реагировать на световые, звуковые и другие виды раздражения.
Нейроны гиппокампа отличаются выраженной фоновой активностью.
В ответ на сенсорное раздражение реагирует до 60 % нейронов гиппокам-
па. Особенность строения гиппокампа, взаимосвязанные модули обуслов-
ливают цикл генерирования возбуждения в нем, что выражается в дли-
тельной реакции (до 12 с) нейронов на однократный короткий стимул.
Повреждение гиппокампа у человека нарушает память на события,
близкие к моменту повреждения (антероградная амнезия). Нарушаются
запоминание, обработка новой информации, различие пространственных
сигналов. Повреждение гиппокампа ведет к снижению эмоциональности,
инициативности, замедлению скорости основных нервных процессов, по-
вышаются пороги вызова эмоциональных реакций.
3.2.3.2. Миндалевидное тело
Миндалевидное тело (corpus amygdoloideum), миндалина — подкорко-
вая структура лимбической системы, расположенная в глубине височной
доли мозга. Нейроны миндалины разнообразны по форме, функциям и
нейрохимическим процессам в них. Функции миндалины связаны с обес-
печением оборонительного поведения, вегетативными, двигательными,
эмоциональными реакциями, мотивацией условнорефлекторного поведе-
ния.
Электрическая активность миндалин характеризуется разноамплитуд-
ными и разночастотными колебаниями, фоновые ритмы могут коррелиро-
вать с ритмом дыхания, сердечных сокращений.
Миндалины реагируют многими своими ядрами на зрительные, слухо-
вые, интероцептивные, обонятельные, кожные раздражения, причем все
эти раздражения вызывают изменение активности любого из ядер минда-
лины, т.е. ядра миндалины полисенсорны. Реакция ядра на внешние раз-
дражения длится, как правило, до 85 мс, т.е. значительно меньше, чем ре-
акция на подобные же раздражения новой коры.
Нейроны имеют хорошо выраженную спонтанную активность, которая
может быть усилена или заторможена сенсорными раздражениями. Мно-
гие нейроны полимодальны и полисенсорны и активируются синхронно с
тета-ритмом.
Раздражение ядер миндалевидного тела создает выраженный парасимпа-
тический эффект на деятельность сердечно-сосудистой, дыхательной сис-
тем, приводит к понижению (редко к повышению) кровяного давления,
урежению сердечного ритма, нарушению проведения возбуждения по про-
водящей системе сердца, возникновению аритмий и экстрасистолий. При
этом сосудистый тонус может не изменяться.
141
Урежение ритма сокращений сердца при воздействии на миндалины
отличается длительным скрытым периодом и имеет длительное последей-
ствие. Раздражение ядер миндалины вызывает угнетение дыхания, иногда
кашлевую реакцию. При искусственной активации миндалины появляют-
ся реакции принюхивания, облизывания, жевания, глотания, саливации,
изменения перистальтики тонкой кишки, причем эффекты наступают с
большим латентным периодом (до 30—45 с после раздражения). Стимуля-
ция миндалин на фоне активных сокращений желудка или кишечника
тормозит эти сокращения. Разнообразные эффекты раздражения минда-
лин обусловлены их связью с гипоталамусом, который регулирует работу
внутренних органов.
Повреждение миндалины у животных снижает адекватную подготовку ав-
тономной нервной системы к организации и реализации поведенческих
реакций, приводит к гиперсексуальности, исчезновению страха, успокое-
нию, неспособности к ярости и агрессии. Животные становятся доверчи-
выми. Например, обезьяны с поврежденной миндалиной спокойно подхо-
дят к гадюке, вызывавшей ранее у них ужас, бегство. Видимо, в случае по-
вреждения миндалины исчезают некоторые врожденные безусловные реф-
лексы, реализующие память об опасности.
3.2.3.3. Гипоталамус
Гипоталамус (hypothalamus, подбугорье) — структура промежуточного
мозга, входящая в лимбическую систему, организующая эмоциональные,
поведенческие, гомеостатические реакции организма.
Морфофункциональная организация. Гипоталамус имеет большое чис-
ло нервных связей с корой большого мозга, подкорковыми узлами, зри-
тельным бугром, средним мозгом, мостом, продолговатым и спинным
мозгом.
В состав гипоталамуса входят серый бугор, воронка с нейрогипофизом
и сосцевидные тела. Морфологически в нейронных структурах гипотала-
муса выделяют около 50 пар ядер, имеющих свою специфическую функ-
цию. Топографически эти ядра можно объединить в 5 групп:
• преоптическая группа имеет выраженные связи с конечным мозгом и де-
лится на медиальное и латеральное преоптические ядра;
• передняя группа, в состав которой входят супраоптическое, паравентри-
кулярные ядра;
• средняя группа состоит из нижнемедиального и верхнемедиального ядер;
• наружная группа включает в себя латеральное гипоталамическое поле и
серобугорные ядра;
• задняя группа сформирована из медиальных и латеральных ядер сосце-
видных тел и заднего гипоталамического ядра.
Ядра гипоталамуса имеют мощное кровоснабжение, подтверждением
чему служит тот факт, что ряд ядер гипоталамуса обладает изолированным
дублирующим кровоснабжением из сосудов артериального круга большого
мозга (виллизиев круг). На 1 мм2 площади гипоталамуса приходится до
2600 капилляров, в то время как на той же площади V слоя предцентраль-
ной извилины (моторная кора) их 440, в гиппокампе — 350, в бледном
шаре — 550, в затылочной доле коры большого мозга (зрительная кора) —
900. Капилляры гипоталамуса высокопроницаемы для крупномолекуляр-
ных белковых соединений, к которым относятся нуклеопротеиды, что
142
объясняет высокую чувствительность гипоталамуса к нейровирусным ин-
фекциям, интоксикациям, гуморальным сдвигам.
У человека гипоталамус окончательно созревает к возрасту 13—14 лет,
когда заканчивается формирование гипоталамо-гипофизарных нейросек-
реторных связей. За счет мощных афферентных связей с обонятельным
мозгом, базальными ганглиями, таламусом, гиппокампом, корой большо-
го мозга гипоталамус получает информацию о состоянии практически всех
структур мозга. В то же время гипоталамус посылает информацию к тала-
мусу, ретикулярной формации, вегетативным центрам ствола мозга и
спинного мозга.
Нейроны гипоталамуса имеют особенности, которые и определяют спе-
цифику функций самого гипоталамуса. К этим особенностям относятся
чувствительность нейронов к составу омывающей их крови, отсутствие ге-
матоэнцефалического барьера между нейронами и кровью, способность
нейронов к нейросекреции пептидов, нейромедиаторов и др.
Роль гипоталамуса в регуляции вегетативных функций. Влияние на сим-
патическую и парасимпатическую регуляцию позволяет гипоталамусу воз-
действовать на вегетативные функции организма гуморальным и нервным
путями.
Раздражение ядер передней группы сопровождается парасимпатическими
эффектами. Раздражение ядер задней группы вызывает симпатические эф-
фекты в работе органов. Стимуляция ядер средней группы приводит к сни-
жению влияний симпатического отдела автономной нервной системы.
Указанное распределение функций гипоталамуса не абсолютно. Все струк-
туры гипоталамуса способны в разной степени вызывать симпатические и
парасимпатические эффекты. Следовательно, между структурами гипота-
ламуса существуют функциональные взаимодополняющие, взаимокомпен-
сирующие отношения.
В целом за счет большого количества связей, полифункциональности
структур гипоталамус выполняет интегрирующую функцию вегетативной,
соматической и эндокринной регуляции, что проявляется и в организации
его ядрами ряда конкретных функций. В гипоталамусе располагаются цен-
тры гомеостаза, теплорегуляции, голода и насыщения, жажды и ее удов-
летворения, полового поведения, страха, ярости, регуляции цикла «бодр-
ствование-сон». Все эти центры реализуют свои функции путем актива-
ции или торможения автономного (вегетативный) отдела нервной систе-
мы, эндокринной системы, структур ствола и переднего мозга. Нейроны
ядер передней группы гипоталамуса продуцируют вазопрессин, или анти-
диуретический гормон (АДГ), окситоцин и другие пептиды, которые по
аксонам попадают в заднюю долю гипофиза — нейрогипофиз.
Нейроны ядер срединной группы гипоталамуса продуцируют так назы-
ваемые рилизинг-факторы (либерины) и ингибирующие факторы (стати-
ны), которые регулируют активность передней доли гипофиза — аденоги-
пофиза. В нем образуются соматотропный, тиреотропный и другие гормо-
ны. Наличие такого набора пептидов в структурах гипоталамуса свидете-
льствует о присущей им нейросекреторной функции.
Они также обладают детектирующей функцией: реагируют на измене-
ния температуры крови, электролитного состава и осмотического давле-
ния плазмы, количества и состав гормонов крови.
Олдс описал поведение крыс, которым вживляли электроды в ядра ги-
поталамуса и давали возможность самостоятельно стимулировать эти ядра.
Оказалось, что стимуляция некоторых ядер приводила к негативной реак-
ции. Животные после однократной самостимуляции больше не подходили
143
к педали, замыкающей стимулирующий ток. При самостимуляции других
ядер животные нажимали на педаль часами, не обращая внимания на
пищу, воду и др.
Исследования Дельгадо во время хирургических операций показали,
что у человека раздражение аналогичных участков вызывало эйфорию,
эротические переживания. В клинике показано также, что патологические
процессы в гипоталамусе могут сопровождаться ускорением полового со-
зревания, нарушением менструального цикла, половой функции.
Раздражение передних отделов гипоталамуса может вызывать у живот-
ных пассивно-оборонительную реакцию, ярость, страх, а раздражение зад-
него гипоталамуса вызывает активную агрессию.
Раздражение заднего гипоталамуса приводит к экзофтальму, расшире-
нию зрачков, повышению кровяного давления, сужению просвета артери-
альных сосудов, сокращениям желчного, мочевого пузырей. Могут возни-
кать взрывы ярости с описанными симпатическими проявлениями. Уколы
в области гипоталамуса вызывают глюкозурию, полиурию. В ряде случаев
раздражение вызывало нарушение теплорегуляции: животные становились
пойкилотермными, у них не возникало лихорадочное состояние.
Гипоталамус является также центром регуляции цикла бодрствование —
сон. При этом задний гипоталамус активизирует бодрствование, стимуля-
ция переднего вызывает сон. Повреждение заднего гипоталамуса может вы-
звать так называемый летаргический сон. Особое место в функциях гипота-
ламуса занимает регуляция деятельности гипофиза. В гипоталамусе и гипо-
физе образуются также нейрорегуляторные пептиды — энкефалины, эндор-
фины, обладающие морфиноподобным действием и способствующие сни-
жению стресса.
3.2.4. Базальные ядра
Базальные (подкорковые) ядра (nuclei basales) головного мозга располага-
ются под белым веществом внутри переднего мозга, преимущественно в
лобных долях. К базальным ядрам относят хвостатое ядро (nucleus cauda-
tus), скорлупу (putamen), ограду (claustrum), бледный шар (globus pallidus).
3.2.4.1. Хвостатое ядро. Скорлупа
Хвостатое ядро (nucleus caudatus) и скорлупа (putamen) являются эволю-
ционно более поздними, чем бледный шар, образованиями и функцио-
нально оказывают на него тормозящее влияние.
Хвостатое ядро и скорлупа имеют сходное гистологическое строение.
Их нейроны относятся ко II типу клеток Гольджи, т.е. имеют короткие
дендриты, тонкий аксон; их размер до 20 мк. Этих нейронов в 20 раз боль-
ше, чем нейронов Гольджи I типа, имеющих разветвленную сеть дендри-
тов и размер около 50 мк.
Функции любых образований головного мозга определяются прежде
всего их связями, которых у базальных ядер достаточно много. Эти связи
имеют четкую направленность и функциональную очерченность.
Хвостатое ядро и скорлупа получают нисходящие связи преимущест-
венно от экстрапирамидной коры через подмозолистый пучок. Другие
поля коры большого мозга также посылают большое количество аксонов к
хвостатому ядру и скорлупе.
144
Основная часть аксонов хвостатого ядра и скорлупы идет к бледному
шару, отсюда — к таламусу и только от него — к сенсорным полям. Следо-
вательно, между этими образованиями имеется замкнутый круг связей.
Хвостатое ядро и скорлупа имеют также функциональные связи со струк-
турами, лежащими вне этого круга: черным веществом, красным ядром,
ядрами преддверия, мозжечком, у-клетками спинного мозга. Обилие и ха-
рактер связей хвостатого ядра и скорлупы свидетельствуют об их участии в
интегративных процессах, организации и регуляции движений, регуляции
работы вегетативных органов.
Раздражение поля 8 коры большого мозга вызывает возбуждение ней-
ронов хвостатого ядра, а поля 6 — возбуждение нейронов хвостатого ядра
и скорлупы. Одиночное раздражение сенсомоторной области коры боль-
шого мозга может вызывать возбуждение или торможение активности
нейронов хвостатого ядра. Эти реакции возникают через 10—20 мс, что
свидетельствует о прямых и опосредованных связях коры большого мозга
с хвостатым ядром.
Медиальные ядра таламуса имеют прямые связи с хвостатым ядром,
свидетельством чего служит реакция его нейронов, наступающая через
2—4 мс после раздражения таламуса.
Реакцию нейронов хвостатого ядра вызывают раздражения кожи, свето-
вые, звуковые стимулы.
Во взаимодействиях хвостатого ядра и бледного шара превалируют тор-
мозные влияния. Если раздражать хвостатое ядро, то большая часть ней-
ронов бледного шара тормозится, а меньшая возбуждается. В случае по-
вреждения хвостатого ядра у животного появляется двигательная гиперак-
тивность.
Взаимодействие черного вещества и хвостатого ядра основано на пря-
мых и обратных связях между ними. Установлено, что стимуляция хвоста-
того ядра усиливает активность нейронов черного вещества. Стимуляция
черного вещества приводит к увеличению, а разрушение — к уменьшению
количества дофамина в хвостатом ядре. Установлено, что дофамин синте-
зируется в клетках черного вещества, а затем со скоростью 0,8 мм/ч транс-
портируется к синапсам нейронов хвостатого ядра. В хвостатом ядре в 1 г
нервной ткани накапливается до 10 мкг дофамина, что в 6 раз больше, чем
в других отделах переднего мозга, бледном шаре, в 19 раз больше, чем в
мозжечке. Благодаря дофамину проявляется растормаживающий механизм
взаимодействия хвостатого ядра и бледного шара.
При недостатке дофамина в хвостатом ядре (например, при дисфунк-
ции черного вещества) бледный шар растормаживается, активизирует
спинно-стволовые системы, что приводит к двигательным нарушениям в
виде ригидности мышц.
Кортико-стриарные связи топически локализованы. Так, передние об-
ласти мозга связаны с головкой хвостатого ядра. Патология, возникающая
в одной из взаимосвязанных областей кора — хвостатое ядро, функциона-
льно компенсируется сохранившейся структурой.
Хвостатое ядро и бледный шар принимают участие в таких интегративных
процессах, как условнорефлекторная деятельность, двигательная активность.
Это выявляется при стимуляции хвостатого ядра, скорлупы и бледного шара,
их деструкции, а также при регистрации электрической активности.
Прямое раздражение некоторых зон хвостатого ядра вызывает поворот
головы в сторону, противоположную раздражаемому полушарию: живот-
ное начинает двигаться по кругу, т'е. возникает так называемая циркуля-
торная реакция.
145
Раздражение других областей хвостатого ядра и скорлупы вызывает
прекращение всех видов активности человека или животного: ориентиро-
вочной, эмоциональной, двигательной, пищевой. При этом в коре боль-
шого мозга наблюдается медленноволновая активность.
У человека стимуляция хвостатого ядра во время нейрохирургической
операции нарушает речевой контакт с больным: если больной что-то гово-
рил, то он замолкает, а после прекращения раздражения не помнит, что к
нему обращались. При травме головного мозга с раздражением головки
хвостатого ядра у больных отмечается ретро-, антеро- или ретроантеро-
градная амнезия.
У обезьян раздражение хвостатого ядра на разных этапах реализации
условного рефлекса приводят к торможению выполнения данного рефлек-
са. Например, если у обезьяны через вживленные электроды раздражать
хвостатое ядро перед подачей условного сигнала, то она не реагирует на
сигнал, как будто не слышала его. Раздражение ядра после того, как жи-
вотное на сигнал направляется к кормушке или уже начинает брать пищу
из кормушки, приводит к остановке; после прекращения раздражения
обезьяна, не завершив условной реакции, возвращается на место, т.е. «за-
бывает», что был раздражающий сигнал (ретроградная амнезия).
Раздражение хвостатого ядра может полностью предотвратить восприя-
тие болевых, зрительных, слуховых и других видов стимуляции. Раздраже-
ние вентральной области хвостатого ядра снижает, а дорсальной — повы-
шает слюноотделение.
При стимуляции хвостатого ядра удлиняются латентные периоды реф-
лексов, нарушается переделка условных рефлексов. Выработка условных
рефлексов на фоне стимуляции хвостатого ядра становится невозможной.
Видимо, это объясняется тем, что стимуляция хвостатого ядра вызывает
торможение активности коры большого мозга.
Ряд подкорковых структур также получает тормозное влияние хвостато-
го ядра. Так, стимуляция хвостатых ядер вызывает веретенообразную ак-
тивность в зрительном бугре, бледном шаре, субталамическом теле, чер-
ном веществе и др.
Таким образом, специфичным для раздражения хвостатого ядра является
преимущественно торможение активности коры большого мозга, подкорко-
вых образований, торможение безусловного и условнорефлекторного поведе-
ния.
В то же время при раздражении хвостатого ядра могут появляться неко-
торые виды изолированных движений. Видимо, хвостатое ядро имеет на-
ряду с тормозящими и возбуждающие структуры.
Выключение хвостатого ядра сопровождается развитием гиперкинезов
типа непроизвольных мимических реакций, тремора, атетоза (ритмичный
гиперкинез с небольшой амплитудой движений и медленными колебания-
ми), торсионного спазма (медленные вращательные движения туловища),
хореи (подергивания конечностей, туловища, как при некоординирован-
ном танце), двигательной гиперактивности в форме бесцельного переме-
щения с места на место.
В случае повреждения хвостатого ядра наблюдаются существенные
расстройства ВИД, затруднение ориентации в пространстве, нарушение
памяти, замедление роста организма. После двустороннего повреждения
хвостатого ядра условные рефлексы исчезают на длительный срок, выра-
ботка новых рефлексов затрудняется, общее поведение отличается за-
стойностью, инертностью, трудностью переключении. У обезьян после
одностороннего повреждения хвостатого ядра условная реакция восста-
146
навливалась через 30—50 дней, латентные периоды рефлексов удлиня-
лись, появлялись мсжсигнальные реакции. Двустороннее повреждение
приводило к полному торможению условных рефлексов (видимо, дву-
стороннее повреждение истощает симметричные компенсаторные меха-
низмы).
При воздействиях на хвостатое ядро, помимо нарушений ВНД, разви-
ваются расстройства движения. Многие авторы отмечают, что у разных
животных при двустороннем повреждении полосатого тела появляется бе-
зудержное стремление двигаться вперед, при одностороннем — возникают
манежные движения.
Несмотря на большое функциональное сходство хвостатого ядра и
скорлупы, имеется ряд функций, специфичных для последней. Эволюци-
онно скорлупа появляется раньше хвостатого ядра.
Для скорлупы характерно участие в организации пищевого поведения:
поиска, захвата и владения пищей. Ряд трофических нарушений кожи,
внутренних органов (например, гепатолентикулярная дегенерация) возни-
кает при нарушениях функции скорлупы. Раздражения скорлупы приводят
к изменениям дыхания, слюноотделения.
Как упоминалось ранее, раздражение хвостатого ядра тормозит услов-
ный рефлекс на всех этапах его реализации. В то же время раздражение
хвостатого ядра препятствует угашению условного рефлекса, т.е. развитию
торможения; животное перестает воспринимать новую обстановку. Учиты-
вая, что стимуляция хвостатого ядра приводит к торможению условного
рефлекса, следовало бы ожидать, что разрушение хвостатого ядра вызовет
облегчение условнорефлекторной деятельности. Но оказалось, что разру-
шение хвостатого ядра также приводит к торможению условнорсфлектор-
ной деятельности. Видимо, функция хвостатого ядра не является просто
тормозной, а заключается в корреляции и интеграции процессов опера-
тивной памяти. Это подтверждается также тем, что на нейронах хвостатого
ядра конвергирует информация различных сенсорных систем, так как бо-
льшая часть этих нейронов полисенсорна.
3.2.4.2. Бледный шар
Бледный шар (globus pallidus s. pallidum) имеет преимущественно круп-
ные нейроны Гольджи I типа. Связи бледного шара с таламусом, скорлу-
пой, хвостатым ядром, средним мозгом, гипоталамусом, соматосенсорной
системой и др. свидетельствуют об его участии в организации простых и
сложных форм поведения.
Раздражение бледного шара с помощью вживленных электродов вызыва-
ет сокращение мышц конечностей, активацию или торможение у-мото-
нейронов спинного мозга. У больных с гиперкинезами раздражение раз-
ных отделов бледного шара (в зависимости от места и частоты раздраже-
ния) увеличивало или снижало гиперкинез.
Стимуляция бледного шара в отличие от стимуляции хвостатого ядра не
вызывает торможения, а провоцирует ориентировочную реакцию, движе-
ния конечностей, пищевое поведение (обнюхивание, жевание, глотание
и ДР.).
Повреждение бледного шара вызывает у людей гипомимию, маскообраз-
ность лица, тремор головы, конечностей, монотонность речи. При по-
вреждении бледного шара наблюдается миоклония — быстрые подергива-
ния мышц отдельных групп или отдельных мышц рук, спины, лица.
147
В первые часы после повреждения бледного шара в остром опыте на
животных резко снижалась двигательная активность, движения характери-
зовались дискоординацией, отмечалось наличие незавершенных движе-
ний, при сидении — поникшая поза. Начав движение, животное долго не
могло остановиться. У человека с дисфункцией бледного шара затруднено
начало движений, исчезают вспомогательные и реактивные движения при
вставании, нарушаются содружественные движения рук при ходьбе, появ-
ляется симптом пропульсии: длительная подготовка к движению, затем
быстрое движение и остановка. Такие циклы у больных повторяются мно-
гократно.
3.2.4.3. Ограда
Ограда (claustrum) содержит полиморфные нейроны разных типов. Она
образует связи преимущественно с корой большого мозга. Глубокая лока-
лизация и малые размеры ограды представляют определенные трудности
для ее физиологического исследования. Ядро имеет форму узкой полоски
серого вещества, расположенного под корой большого мозга в глубине бе-
лого вещества.
Стимуляция ограды вызывает ориентировочную реакцию, поворот го-
ловы в сторону раздражения, жевательные, глотательные, иногда рвотные
движения. Раздражение ограды тормозит условный рефлекс на свет, но
мало сказывается на условном рефлексе на звук. Стимуляция ограды во
время еды тормозит процесс поедания пищи.
Известно, что толщина ограды левого полушария у человека несколько
больше, чем правого; при повреждении ограды правого полушария наблю-
даются расстройства речи. Таким образом, базальные ядра головного моз-
га являются интегративными центрами организации моторики, эмоций,
ВИД, причем каждая из этих функций может быть усилена или затормо-
жена активацией отдельных образований базальных ядер.
3.2.5. Кора большого мозга
Высшим отделом ЦНС является кора большого мозга (кора больших по-
лушарий). Она обеспечивает совершенную организацию поведения жи-
вотных на основе врожденных и приобретенных в онтогенезе функций.
3.2.5.1. Морфофункциональная организация
Кора большого мозга имеет следующие морфофункциональные особен-
ности:
• многослойность расположения нейронов;
• модульный принцип организации;
• соматотопическую локализацию рецептирующих систем;
• экранность, т.е. распределение внешней рецепции на плоскости нейро-
нального поля коркового конца анализатора;
• зависимость уровня активности от влияния подкорковых структур и ре-
тикулярной формации;
• наличие представительства всех функций нижележащих структур ЦНС;
• цитоархитектоническое распределение на поля;
148
• наличие в специфических проекционных сенсорных и моторной систе-
мах вторичных и третичных полей с ассоциативными функциями;
• наличие специализированных ассоциативных областей;
• динамическую локализацию функций, выражающуюся в возможности
компенсаций функций утраченных структур;
• перекрытие в коре большого мозга зон соседних периферических рецеп-
тивных полей;
• возможность длительного сохранения следов раздражения;
• реципрокную функциональную взаимосвязь возбудительных и тормоз-
ных состояний;
• способность к иррадиации возбуждения и торможения;
• наличие специфической электрической активности.
Функции отдельных зон новой коры определяются особенностями ее
структурно-функциональной организации, связями с другими структурами
мозга, участием в восприятии, хранении и воспроизведении информации
при организации и реализации поведения, регуляции функций сенсорных
систем, внутренних органов.
Особенности структурно-функциональной организации коры большого
мозга обусловлены тем, что в эволюции происходила кортикализация
функций, т.е. передача коре большого мозга функций нижележащих
структур мозга. Однако эта передача не означает, что кора берет на себя
выполнение функций других структур. Ее роль сводится к коррекции воз-
можных нарушений функций взаимодействующих с ней систем, более со-
вершенного, с учетом индивидуального опыта, анализа сигналов и органи-
зации оптимальной реакции на эти сигналы, формирование в своих и в
других заинтересованных структурах мозга памятных следов о сигнале, его
характеристиках, значении и характере реакции на него. В дальнейшем,
по мере автоматизации реакция начинает выполняться подкорковыми
структурами.
Общая площадь коры большого мозга человека около 2200 см2, число
нейронов коры превышает 10 млрд. В составе коры имеются пирамидные,
звездчатые, веретенообразные нейроны.
Пирамидные нейроны имеют разную величину, их дендриты несут боль-
шое количество шипиков; аксон пирамидного нейрона, как правило, идет
'через белое вещество в другие зоны коры или в структуры ЦНС.
И Звездчатые клетки имеют короткие, хорошо ветвящиеся дендриты и ко-
роткий аксон, обеспечивающий связи нейронов в пределах самой коры
-большого мозга.
' ’ Веретенообразные нейроны обеспечивают вертикальные или горизон-
тальные взаимосвязи нейронов разных слоев коры.
Кора большого мозга имеет преимущественно шестислойное строение.
Клеточный состав коры по разнообразию морфологии, функции, фор-
мам связи не имеет себе равных в других отделах ЦНС. Нейронный со-
став, распределение нейронов по слоям в разных областях коры различны,
что позволило выделить в мозге человека 53 цитоархитектонических поля.
Разделение коры большого мозга на цитоархитектонические поля более
Четко формируется по мере совершенствования ее функции в филогенезе.
У высших млекопитающих в отличие от низших от двигательного 4-го
Поля хорошо дифференцируются вторичные поля 6, 8 и 10, функциональ-
но обеспечивающие высокую координацию, точность движений. Вокруг
зрительного поля 17 располагаются вторичные зрительные поля 18 и 19,
участвующие в анализе значения зрительного стимула (организация зри-
149
тельного внимания, управление движением глаза). Первичные слуховое,
соматосенсорное, кожное и другие поля также имеют рядом расположен-
ные вторичные и третичные поля, обеспечивающие ассоциацию функций
данного анализатора с функциями других анализаторов. Для всех анализа-
торов характерен соматотопический принцип организации проекции на
кору большого мозга периферических рецептирующих систем. Так, в сен-
сорной области коры второй центральной извилины имеются участки
представительства локализации каждой точки кожной поверхности, в дви-
гательной области коры каждая мышца имеет свою топику (место), раз-
дражая которую можно получить движение данной мышцы; в слуховой
области коры имеется топическая локализация определенных тонов (тоно-
топическая локализация); повреждение локального участка слуховой обла-
сти коры приводит к потере слуха на определенный тон.
Точно так же в проекции рецепторов сетчатки глаза на зрительное поле
коры 17 имеется топографическое распределение. В случае гибели локаль-
ной зоны поля 17 изображение не воспринимается, если оно падает на
участок сетчатки, проецирующийся на поврежденную зону коры большого
мозга.
Особенностью корковых полей является экранный принцип их функцио-
нирования. Принцип заключается в том, что рецептор проецирует свой
сигнал не на один нейрон коры, а на поле нейронов, которое образуется
их коллатералями и связями. В результате сигнал фокусируется не точка в
точку, а на множестве разнообразных нейронов, что обеспечивает его пол-
ный анализ и возможность передачи в другие заинтересованные структу-
ры. Так одно волокно, приходящее в зрительную область коры, может ак-
тивировать зону размером 0,1 мм3. Это значит, что один аксон распреде-
ляет свое действие на более чем 5000 нейронов.
Входные (афферентные) импульсы поступают в кору снизу, поднима-
ются к звездчатым и пирамидным клеткам 111—V слоев коры. От звездча-
тых клеток IV слоя сигнал идет к пирамидным нейронам III слоя, а отсю-
да по ассоциативным волокнам — к другим полям, областям коры боль-
шого мозга. Звездчатые клетки поля 3 переключают сигналы, идущие в
кору, на пирамидные нейроны V слоя, откуда обработанный сигнал уходит
из коры к другим структурам мозга.
В коре входные и выходные элементы вместе со звездчатыми клетками
образуют так называемые колонки — функциональные единицы коры, ор-
ганизованные в вертикальном направлении. Доказательством этого служит
следующее: если микроэлектрод погружать перпендикулярно в кору, то на
своем пути он встречает нейроны, реагирующие на один вид раздражения;
если же микроэлектрод вводить горизонтально по коре, то он фиксирует
нейроны, реагирующие на разные виды стимулов.
Диаметр колонки около 500 мкм; определяется она зоной распределе-
ния коллатералей восходящего афферентного таламокортикального волок-
на. Соседние колонки имеют взаимосвязи, организующие участие множе-
ства колонок в организации той или иной реакции. Возбуждение одной из
колонок приводит к торможению соседних.
Каждая колонка может иметь ряд ансамблей, реализующих какую-либо
функцию по вероятностно-статистическому принципу. Этот принцип за-
ключается в том, что при повторном раздражении в реакции участвует не
вся группа нейронов, а только ее часть. Причем каждый раз часть участву-
ющих нейронов может быть разной по составу, т.е. формируется группа
активных нейронов (вероятностный принцип), среднестатистически до-
статочная для обеспечения нужной функции (статистический принцип).
150
Как уже упоминалось, разные области коры большого мозга имеют раз-
ные поля, определяющиеся по характеру и количеству нейронов, толщине
слоев и др. Наличие структурно различных полей предполагает и разное
их функциональное предназначение. Действительно, в коре большого моз-
га выделяют сенсорные, моторные и ассоциативные области.
3.2.5.2. Сенсорные области
Корковые концы анализаторов имеют свою топографию, и на них про-
ецируются определенные афференты проводящих систем. Корковые кон-
цы анализаторов разных сенсорных систем перекрываются. Помимо этого,
в каждой сенсорной системе коры имеются полисенсорные нейроны, ко-
торые реагируют не только на «свой» адекватный стимул, но и на сигналы
других сенсорных систем.
Кожная рецептирующая система, таламокортикальные пути проециру-
ются на заднюю центральную извилину, где имеется строгое соматотопи-
ческое деление. На верхние отделы этой извилины проецируются рецеп-
тивные поля кожи нижних конечностей, на средние — туловища, на ниж-
ние — руки, голова
На заднюю центральную извилину в основном проецируются болевая и
температурная чувствительность. В коре теменной доли (поля 5 и 7), где
также оканчиваются проводящие пути чувствительности, осуществляется бо-
лее сложный анализ: локализация раздражения, дискриминация, стереогноз.
При повреждениях коры более грубо страдают функции дистальных от-
делов конечностей, особенно рук.
Зрительная система представлена в затылочной доле мозга: поля 17, 18,
19. Центральный зрительный путь заканчивается в поле 17; он информи-
рует о наличии и интенсивности зрительного сигнала. В полях 18 и 19
анализируются цвет, форма, размеры, качества предметов. Поражение
поля 19 коры большого мозга приводит к тому, что больной видит, но не
узнает предмет (зрительная агнозия, при этом утрачивается также цвето-
вая память).
Слуховая система проецируется в поперечных височных извилинах (из-
вилины Гешля), в глубине задних отделов латеральной (сильвиевой) бо-
розды (поля 41, 42, 52). Именно здесь заканчиваются аксоны задних буг-
ров четверохолмий и латеральных коленчатых тел.
Обонятельная система проецируется в области переднего конца гиппокам-
пальной извилины (поле 34). Кора этой области имеет не шести-, а трех-
слойное строение. При раздражении этой области отмечаются обонятельные
галлюцинации; повреждение ее ведет к аносмии (потеря обоняния).
Вкусовая система проецируется в гиппокампальной извилине по сосед-
ству с обонятельной областью коры (поле 43).
3.2.5.3. Моторные области
Впервые Фритч и Гитциг (1870) показали, что раздражение передней
Центральной извилины мозга (поле 4) вызывает двигательную реакцию.
В то же время признано, что двигательная область является анализаторной.
В передней центральной извилине зоны, раздражение которых вызыва-
ет движение, представлены по соматотопическому типу, но вверх ногами:
в верхних отделах извилины — нижние конечности, в нижних — верхние.
151
Спереди от передней центральной извилины лежат премоторные поля
6 и 8. Они организуют не изолированные, а комплексные, координи-
рованные, стереотипные движения. Эти поля также обеспечивают регу-
ляцию тонуса гладкой мускулатуры, пластический тонус мышц через
подкорковые структуры. В реализации моторных функций принимают
участие также вторая лобная извилина, затылочная, верхнетеменная об-
ласти.
Двигательная область коры, как никакая другая, имеет большое коли-
чество связей с другими анализаторами, чем, видимо, и обусловлено нали-
чие в ней значительного числа полисенсорных нейронов.
3.2.5.4. Ассоциативные области
Все сенсорные проекционные зоны и моторная область коры занимают
менее 20 % поверхности коры большого мозга (рис. 3.5). Остальная кора
составляет ассоциативную область. Каждая ассоциативная область коры
связана мощными связями с несколькими проекционными областями.
Считают, что в ассоциативных областях происходит ассоциация разносен-
сорной информации, в результате чего формируются сложные элементы
сознания.
Ассоциативные области мозга у человека наиболее выражены в лобной,
теменной и височной долях. Каждая проекционная область коры окруже-
на ассоциативными областями. Нейроны этих областей чаще полисенсор-
ны, обладают большими способностями к обучению. Так, в ассоциатив-
ном зрительном поле 18 число нейронов, «обучающихся» условнорефлек-
торной реакции на сигнал, составляет более 60 % от числа фоновоактив-
ных нейронов. Для сравнения: таких нейронов в проекционном поле 17
всего 10—12 %.
Повреждение поля 18 приводит к зрительной агнозии. Больной видит
предметы, но не может их узнать. Полисенсорность нейронов ассоциатив-
ной области коры обеспечивает их участие в интеграции сенсорной ин-
формации, взаимодействие сенсорных и моторных областей коры.
В теменной ассоциативной области коры формируются субъективные
представления об окружающем пространстве, о нашем теле. Это становит-
ся возможным благодаря сопоставлению соматосенсорной, проприоцеп-
тивной и зрительной информации.
Лобные ассоциативные поля имеют связи с лимбическим отделом моз-
га и участвуют в организации программ действия при реализации сложных
двигательных поведенческих актов.
Первой, и наиболее характерной, чертой ассоциативных областей коры
является мультисенсорность их нейронов, причем сюда поступает не пер-
вичная, а достаточно обработанная информация с выделением биологиче-
ской значимости сигнала. Это позволяет формировать программу целена-
правленного поведенческого акта.
Вторая особенность ассоциативной области коры заключается в способ-
ности к пластическим перестройкам в зависимости от значимости посту-
пающей сенсорной информации.
Третья особенность ассоциативной области коры проявляется в длите-
льном хранении следов сенсорных воздействий. Разрушение ассоциатив-
ной области коры приводит к грубым нарушениям обучения, памяти. Ре-
чевая функция связана как с сенсорной, так и с двигательной системами.
Корковый двигательный центр речи, расположенный в заднем отделе тре-
152
у/
с> &_~
г„£;Г7*
^е^^в</вега?
<0
У.о<?
ф
£
Ь“$’
атаксия
иковая
Рис. 3.5. Локализация функций в коре большого мозга человека (по Экономо и Коскинас).
' Morta?
Статическая
дстазия-абазия
Статика
^Овод
°> '1-^ ~т—/ Гру^
’^овХТ^х
’^е^/в
I (
о.
j
/ .
Осязание
t
Движение ! uvn(,Tri
—уг;--Т^х-^^ьность
СЗДенъ/т^олень г©,,
&fe
Ч Моторнэя^Нзд^Ж^ь D°r‘"- t">^- *
, Л % амузияу / ЛлечоЖъ“ч?^ильная
^еДплечье/У^ДплЖагноз*'®
еН** —
riH®0 '
^°9
„азИ®
а$э
О -- >Г /
^амузия^ / Плечо//
i /редг^чье///к^пг>ёч^е^
*°Л --
^-_) Г S-палец 7
i А
’ \acdnfe4/r
£ Jo Язь*к7//г
a> челЮстьм/ глотка
^nafe 'I r
1 г°ртаньа г°Рт^нь
-ГЫ///к„ чы х лг
ffissry^
/ Алексия / о
Шумы,
/ oHSf^X “ л!
У®<9 /
I ^со9^ Д«-/J
Q®V^ ' Jo ОУ
афазия
няние"?
&
jV*- а’йНе^
рр*'1*1
тьей лобной извилины (поле 44), чаще левого полушария, был описан вна-
чале Даксом (1835), а затем Брока (1861).
Слуховой центр речи расположен в первой височной извилине левого
полушария (поле 22). Этот центр был описан Вернике (1874). Моторный и
слуховой центры речи связаны между собой мощным пучком аксонов.
Речевые функции, связанные с письменной речью, — чтение, письмо —
регулируются ангулярной извилиной зрительной области коры левого по-
лушария мозга (поле 39).
При поражении моторного центра речи развивается моторная афазия; в
этом случае больной понимает речь, но сам говорить не может. При пора-
жении слухового центра речи больной может говорить, излагать устно
свои мысли, но не понимает чужой речи, слух сохранен, но больной не уз-
нает слов. Такое состояние называется сенсорной слуховой афазией. Боль-
ной часто много говорит (логорея), но речь его неправильная (аграмма-
тизм), наблюдается замена слогов, слов (парафазии).
Поражение зрительного центра речи приводит к невозможности чте-
ния, письма.
Изолированное нарушение письма — аграфия — возникает также в слу-
чае расстройства функции задних отделов второй лобной извилины левого
полушария.
В височной области расположено поле 37, которое отвечает за запоми-
нание слов. Больные с поражениями этого поля не помнят названия пред-
метов (амнестическая афазия). Они напоминают забывчивых людей, кото-
рым необходимо подсказывать нужные слова. Больной, забыв название
предмета, помнит его назначения, свойства, поэтому долго описывает их
качества, рассказывает, что делают этим предметом, но назвать его не мо-
жет. Например, вместо слова «галстук» больной, глядя на галстук, говорит:
«Это то, что надевают на шею и завязывают специальным узлом, чтобы
было красиво, когда идут в гости».
Распределение функций по областям мозга не является абсолютным.
Установлено, что практически все области мозга имеют полисенсорные
нейроны, т.е. нейроны, реагирующие на различные раздражения. Напри-
мер, при повреждении поля 17 зрительной области его функцию могут вы-
полнять поля 18 и 19. Кроме того, разные двигательные эффекты раздра-
жения одного и того же двигательного пункта коры наблюдаются в зави-
симости от текущей моторной деятельности.
Если операцию удаления одной из зон коры проводят в раннем детском
возрасте, когда распределение функций еще не жестко закреплено, функ-
ция утраченной области практически полностью восстанавливается, т.е. в
коре имеются проявления механизмов динамической локализации функ-
ций, позволяющих компенсировать функционально и анатомически нару-
шенные структуры.
Важной особенностью коры большого мозга является ее способность
длительно сохранять следы возбуждения. Следовые процессы в спинном
мозге после его раздражения сохраняются в течение секунды; в подкорко-
во-стволовых отделах (в форме сложных двигательно-координаторных ак-
тов, доминантных установок, эмоциональных состояний) длятся часами; в
коре мозга следовые процессы могут сохраняться по принципу обратной
связи в течение всей жизни. Это свойство придает коре исключительное
значение в механизмах ассоциативной переработки и хранения информа-
ции, накопления базы знаний. Сохранение следов возбуждения в коре
проявляется в колебаниях уровня ее возбудимости; эти циклы длятся в
двигательной области коры 3—5 мин, в зрительной — 5—8 мин.
154
Основные процессы, происходящие в коре, реализуются двумя состоя-
ниями: возбуждением и торможением. Эти состояния всегда рсципрокны.
Они возникают, например, в пределах двигательного анализатора, что все-
гда наблюдается при движениях; они могут возникать и между разными
анализаторами. Тормозное влияние одного анализатора на другие обеспе-
чивает сосредоточенность внимания на одном процессе.
Реципрокные отношения часто наблюдаются в активности соседних
нейронов.
Отношение между возбуждением и торможением в коре проявляется в
форме так называемого латерального торможения, при котором вокруг
зоны возбужденных формируется зона заторможенных нейронов (одно-
временная индукция) и она по протяженности, как правило, в 2 раза боль-
ше зоны возбуждения. Латеральное торможение обеспечивает контраст-
ность восприятия, что в свою очередь позволяет идентифицировать вос-
принимаемый объект.
Помимо латерального пространственного торможения, в нейронах коры
после возбуждения всегда возникает торможение активности и наоборот,
после торможения — возбуждение — так называемая последовательная ин-
дукция.
В тех случаях, когда торможение нс в состоянии сдерживать возбуди-
тельный процесс в определенной зоне, возникает иррадиация возбуждения
по коре. Иррадиация может проходить от нейрона к нейрону, по системам
ассоциативных волокон I слоя, при этом она имеет очень малую скорость —
0,5—2,0 м/с. В другом случае иррадиация возбуждения возможна за счет ак-
сонных связей пирамидных клеток III слоя коры между соседними структу-
рами, в том числе между разными анализаторами. Иррадиация возбуждения
обеспечивает взаимоотношение состояний систем коры при организации
условнорефлекторного и других форм поведения.
Наряду с иррадиацией возбуждения, которое происходит за счет им-
пульсной передачи активности, существует иррадиация состояния тормо-
жения по коре. Механизм иррадиации торможения заключается в перево-
де нейронов в тормозное состояние под влиянием импульсов, приходящих
из возбужденных участков коры, например из симметричных областей
полушарий.
3.2.5.5. Электрические проявления активности коры
большого мозга
Оценка функционального состояния коры большого мозга человека яв-
ляется трудной и до настоящего времени нерешенной задачей. Одним из
признаков, косвенно свидетельствующим о функциональном состоянии
структур головного мозга, является регистрация в них колебаний электри-
ческих потенциалов.
Каждый нейрон имеет заряд мембраны, который при активации умень-
шается, а при торможении — чаще увеличивается, т.е. развивается гипер-
поляризация. Глия мозга также имеет заряд клеток мембран. Динамика за-
ряда мембраны нейронов, глии, процессы, происходящие в синапсах, ден-
дритах, аксонном холмике, в аксоне — все это постоянно изменяющиеся,
разнообразные по интенсивности, скорости процессы, интегральные ха-
рактеристики которых зависят от функционального состояния нервной
структуры и суммарно определяют ее электрические показатели. Если эти
показатели регистрируются через микроэлсктроды, то они отражают ак-
155
3
50 мкВ
4
Рис. 3.6. Основные ритмы
электроэнцефалограммы.
1 альфа-ритм; 2 — бе-
та-ритм, 3 — тета-ритм; 4 —
дельта-ритм.
тивность локального (до 100 мкм в диаметре) участка мозга и называются
фокальной активностью.
В случае, если электрод располагается в подкорковой структуре, регист-
рируемая через него активность называется субкортикограммой; если
электрод находится в коре мозга ~ кортикограммой. Наконец, если элект-
род помещен на поверхность кожи головы, то регистрируется суммарная
активность как коры, так и подкорковых структур. Это проявление актив-
ности называется электроэнцефалограммой (ЭЭГ) (рис. 3.6).
Все виды активности мозга в динамике подвержены усилению и ослаб-
лению и сопровождаются определенными ритмами электрических колеба-
ний. У человека в покое при отсутствии внешних раздражении преоблада-
ют медленные ритмы изменения состояния коры мозга, что на ЭЭГ нахо-
дит отражение в форме так называемого альфа-ритма, частота колебаний
которого составляет 8—13 в 1 с, а амплитуда — приблизительно 50 мкВ.
Переход человека к активной деятельности приводит к смене аль-
фа-ритма на более быстрый бета-ритм, имеющий частоту колебаний
14—30 в I с, амплитуда которых составляет 25 мкВ. Переход от состояния
покоя к состоянию сосредоточенного внимания или ко сну сопровождает-
ся развитием более медленного тета-ритма (4—8 колебаний в 1 с) или де-
льта-ритма (0,5—3,5 колебаний в 1 с). Амплитуда медленных ритмов со-
ставляет 100—300 мкВ (см. рис. 3.6).
Когда на фоне покоя или другого состояния предъявляется новое быст-
рое нарастающее раздражение, на ЭЭГ регистрируются так называемые
вызванные потенциалы (ВП) — синхронная реакция множества нейронов
данной зоны коры. Латентный период, амплитуда ВП зависят от интен-
сивности наносимого раздражения. Компоненты ВП, количество и харак-
тер его колебаний зависят от адекватности стимула относительно зоны ре-
гистрации ВП. ВП может состоять только из первичного или из первично-
го и вторичного ответов. Первичные ответы представляют собой двухфаз-
ные позитивно-негативные колебания. Они регистрируются в первичных
зонах коры анализатора и только при адекватном для данного анализатора
стимуле. Например, зрительная стимуляция для первичной зрительной
коры (поле 17) является адекватной. Первичные ответы характеризуются
коротким латентным периодом (ЛП), двухфазностью колебания: вначале
156
положительная, затем отрицательная. Первичный ответ формируется за
счет кратковременной синхронизации активности близлежащих нейронов.
Вторичные ответы более вариабельны по ЛП, длительности, амплитуде,
чем первичные. Как правило, вторичные ответы чаще возникают на сиг-
налы, имеющие определенную смысловую нагрузку, на адекватные для
данного анализатора стимулы; они хорошо формируются при обучении.
Сверхмедленные биоэлектрические явления. С поверхности мозга регист-
рируются также постоянный потенциал и сверхмедленные колебания по-
тенциалов. Постоянный потенциал определяется уровнем поляризации
прилежащих к электроду образований мозга. Определенный вклад в поля-
ризацию коры головного мозга вносит гематоэнцефалический барьер. Из-
менения метаболизма этих образований приводят к сверхмедленным коле-
баниям потенциала с периодами колебаний в секундах, декасекундах и
минутах. Потенциалы, отводимые с кожи головы, отражают постоянный
потенциал больших полушарий головного мозга.
3.2.5.6. Межполушарные взаимоотношения
Взаимоотношение полушарий большого мозга определяется как функ-
ция, обеспечивающая специализацию полушарий, облегчение выполнения
регуляторных процессов, повышение надежности управления деятельно-
стью органов, систем органов и организма в целом. Роль взаимоотноше-
ний полушарий большого мозга наиболее четко проявляется при анализе
функциональной межполушарной асимметрии.
Асимметрия в функциях полушарий впервые была обнаружена в XIX в.,
когда обратили внимание на различные последствия повреждения левой и
правой половины мозга. В 1836 г. Марк Дакс выступил на заседании меди-
цинского общества в Монпелье с небольшим докладом о больных, страда-
ющих потерей речи — состояния, известного специалистам под названием
афазии. Дакс заметил связь между потерей речи и поврежденной стороной
Мозга. В его наблюдениях более чем у 40 больных с афазией имелись при-
знаки повреждения левого полушария. Ученому не удалось обнаружить ни
Одного случая афазии при повреждении только правого полушария. Сум-
мировав эти наблюдения, Дакс сделал следующее заключение: каждая по-
Sовина мозга контролирует свои, специфические функции; речь контро-
ируется левым полушарием.
Его доклад не имел успеха. Спустя некоторое время после смерти Дакса
Ерока при посмертном исследовании мозга больных, страдавших потерей
,, ечи и односторонним параличом, отчетливо выявил в обоих случаях оча-
)ги повреждения, захватившие части левой лобной доли. С тех пор эта зона
(стала известна как зона Брока; она была им определена как область в зад-
Мих отделах нижней лобной извилины. Проанализировав связь между
предпочтением одной из двух рук и речью, он предположил, что речь,
большая ловкость в движениях правой руки связаны с превосходством ле-
вого полушария у праворуких. Через 10 лет после публикации наблюдений
Брока концепция, известная теперь как концепция доминантности полу-
шарий, стала основной точкой зрения на взаимоотношения двух полуша-
рий мозга.
В 1864 г. английский невролог Джон Джексон писал: «Не так давно
редко кто сомневался в том, что оба полушария одинаковы как в физиче-
ском, так и в функциональном плане, но теперь, когда благодаря исследо-
ваниям Дакса, Брока и других стало ясно, что повреждение одного полу-
157
шария может вызвать у человека полную потерю речи, прежняя точка зре-
ния стала несостоятельной».
Д. Джексон выдвинул идею о «ведущем» полушарии, которую можно
рассматривать как предшественницу концепции доминантности полуша-
рий. «Два полушария не могут просто дублировать друг друга, — писал
он, — если повреждение только одного из них может привести к потере
речи. Для этих процессов (речи), выше которых ничего нет, наверняка
должна быть ведущая сторона». Далее Джексон сделал вывод о том, «что у
большинства людей ведущей стороной мозга является левая сторона так
называемой воли и что правая сторона является автоматической».
К 1870 г. и другие исследователи стали понимать, что многие типы рас-
стройств речи могут быть вызваны повреждением левого полушария. К.
Вернике нашел, что больные при повреждении задней части височной
доли левого полушария часто испытывали затруднения и в понимании
речи.
У некоторых больных при повреждении левого, а не правого полуша-
рия обнаруживались затруднения при чтении и письме. Считалось также,
что левое полушарие управляет и «целенаправленными движениями».
Совокупность этих данных стала основой представления о взаимоотно-
шении двух полушарий. Одно полушарие (у праворуких обычно левое)
рассматривалось как ведущее для речи и других высших функций, другое
(правое), или «второстепенное», считали находящимся под контролем «до-
минантного» левого.
Выявленная первой речевая асимметрия полушарий мозга предопреде-
лила представление об эквипотенциальности полушарий большого мозга
детей до появления речи. Считается, что асимметрия мозга формируется
при созревании мозолистого тела.
Концепция доминантности полушарий, согласно которой во всех гнос-
тических и интеллектуальных функциях ведущим у «правшей» является
левое полушарие, а правое оказывается «глухим и немым», просущество-
вала почти столетие. Однако постепенно накапливались свидетельства,
что представление о правом полушарии как о второстепенном, зависимом,
не соответствует действительности. Так, у больных с нарушениями левого
полушария мозга хуже выполняются тесты на восприятие форм и оценку
пространственных взаимосвязей, чем у здоровых. Неврологически здоро-
вые испытуемые, владеющие двумя языками (английский и идиш), лучше
идентифицируют английские слова, предъявленные в правом поле зрения,
а слова на идиш — в левом. Был сделан вывод, что такого рода асиммет-
рия связана с навыками чтения: английские слова читаются слева напра-
во, а слова идиш — справа налево.
Почти одновременно с распространением концепции доминантности
полушарий стали появляться данные, указывающие на то, что правое, или
второстепенное, полушарие также обладает своими особыми способностя-
ми. Так, Джексон выступил с утверждением о том, что в задних долях пра-
вого мозга локализована способность к формированию зрительных обра-
зов.
Повреждение левого полушария приводит, как правило, к низким по-
казателям по тестам на вербальные способности. В то же время больные с
повреждением правого полушария обычно плохо выполняли невербальные
тесты, включавшие манипуляции с геометрическими фигурами, сборку го-
ловоломок, восполнение недостающих частей рисунков или фигур и дру-
гие задачи, связанные с оценкой формы, расстояния и пространственных
отношений.
158
Обнаружено, что повреждение правого полушария часто сопровожда-
лось глубокими нарушениями ориентации и сознания. Такие больные
плохо ориентируются в пространстве, не в состоянии найти дорогу к дому,
в котором прожили много лет. С повреждением правого полушария связа-
ны также определенные виды агнозий, т.е. нарушений в узнавании или
восприятии знакомой информации, восприятии глубины и пространствен-
ных взаимоотношений. Одной из самых интересных форм агнозии являет-
ся агнозия на лица. Больной с такой агнозией не способен узнать знако-
мого лица, а иногда вообще не может отличать людей друг от друга. Узна-
вание других ситуаций и объектов, например, может быть при этом не на-
рушено. Дополнительные сведения, указывающие на специализацию пра-
вого полушария, были получены при наблюдении за больными, страдаю-
щими тяжелыми нарушениями речи, у которых, однако, часто сохраняется
способность к пению. Кроме того, в клинических сообщениях содержа-
лись данные о том, что повреждение правой половины мозга может приве-
сти к утрате музыкальных способностей, не затронув речевых. Это рас-
стройство, называемое амузией, чаше всего отмечалось у профессиональ-
ных музыкантов, перенесших инсульт или другие повреждения мозга.
После того как нейрохирурги осуществили серию операций с комиссу-
ротомией и были выполнены психологические исследования на этих боль-
ных, стало ясно, что правое полушарие обладает собственными высшими
гностическими функциями.
Существует представление, что межполушарная асимметрия в решаю-
щей мере зависит от функционального уровня переработки информации.
В этом случае решающее значение придается нс характеру стимула, а осо-
бенностям гностической задачи, стоящей перед наблюдателем. Принято
считать, что правое полушарие специализировано в переработке информа-
ции на образном функциональном уровне, левое — на категориальном.
Применение такого подхода позволяет снять ряд трудноразрешимых про-
тиворечий. Так, преимущество левого полушария, обнаруженное при чте-
нии нотных и пальцевых знаков, объясняется тем, что эти процессы про-
текают на категориальном уровне переработки информации. Сравнение
слов без их лингвистического анализа успешнее осуществляется при их ад-
ресации правой гемисфере, поскольку для решения этих задач достаточна
переработка информации на образном функциональном уровне.
Межполушарная асимметрия зависит от функционального уровня пере-
работки информации: левое полушарие обладает способностью к перера-
ботке информации как на семантическом, так и на перцептивном функци-
ональных уровнях; возможности правого полушария ограничиваются пер-
цептивным уровнем.
В случаях латерального предъявления информации можно выделить три
способа межполушарных взаимодействий, проявляющихся в процессах
зрительного опознания.
А Параллельная деятельность: каждое полушарие перерабатывает инфор-
мацию с использованием присущих ему механизмов.
а Избирательная деятельность: информация перерабатывается в «компе-
тентном» полушарии.
а Совместная деятельность: оба полушария участвуют в переработке ин-
формации, последовательно играя ведущую роль на тех или иных этапах
этого процесса.
Основным фактором, определяющим участие того или иного полуша-
рия в процессах узнавания неполных изображений, является то, каких
159
элементов лишено изображение, а именно какова степень значимости от-
сутствующих в изображении элементов. В случае, если детали изображе-
ния удалялись без учета степени их значимости, опознание в большей
мере было затруднено у больных с поражениями структур правого полуша-
рия, что дает основание считать его ведущим в опознании таких изображе-
ний. Если же из изображения удалялся относительно небольшой, но высо-
козначимый участок, то опознание нарушалось в первую очередь при по-
ражении структур левого полушария, что свидетельствует о преимущест-
венном участии левой гемисферы в опознании подобных изображений.
В правом полушарии осуществляется более полная оценка зрительных
стимулов, тогда как в левом оцениваются наиболее существенные, значи-
мые их признаки.
Когда значительное число деталей изображения, подлежащего опозна-
нию, удалено, вероятность того, что наиболее информативные, значимые
его участки не подвергнутся искажению или удалению, невелика, а потому
левополушарная стратегия опознания значительно ограничена. В таких
случаях более адекватной является стратегия, свойственная правому полу-
шарию, основанная на использовании всей содержащейся в изображении
информации.
Трудности в реализации левополушарной стратегии в этих условиях
усугубляются еще и тем обстоятельством, что левое полушарие обладает
недостаточными «способностями» к точной оценке отдельных элементов
изображения. Об этом свидетельствуют также исследования, согласно ко-
торым оценка длины и ориентации линий, кривизны дуг, величины углов
нарушается прежде всего при поражениях правого полушария.
Иная картина отмечается в случаях, когда большая часть изображения
удалена, но сохранен наиболее значимый, информативный его участок. В
подобных ситуациях более адекватным является способ опознания, осно-
ванный на анализе наиболее значимых фрагментов изображения — страте-
гия, используемая левым полушарием.
В процессе узнавания неполных изображений участвуют структуры как
правого, так и левого полушарий, причем степень участия каждого из них
зависит от особенностей предъявляемых изображений, и в первую очередь
от того, содержит ли изображение наиболее значимые информативные
элементы. При наличии этих элементов преобладающая роль принадлежит
левому полушарию; при их удалении преимущественную роль в процессе
опознания играет правое полушарие.
3.2.6. Координация движений
Термин «координация» происходит от латинского coordinatio — взаимо-
упорядочение. Под координацией движений понимают процессы согла-
сования активности мышц тела, направленные на успешное выполнение
двигательной задачи.
Для ЦНС объектом управления является опорно-двигательный аппарат.
Своеобразие скелетно-мышечной системы заключается в том, что она со-
стоит из большого числа звеньев, подвижно соединенных в суставах, допу-
скающих поворот одного звена относительно другого. Суставы позволяют
звеньям поворачиваться относительно одной, двух или трех осей, т. е. об-
ладать одной, двумя или тремя степенями свободы. Чтобы в трехмерном
пространстве достичь любой заданной точки (в пределах длины конечно-
го
:ти), достаточно иметь двухзвенную конечность с двумя степенями свобо-
1Ы в проксимальном суставе (плечо) и одной степенью, свободы в дисталь-
ном (локтевой). На самом деле конечности имеют большее число звеньев
и степеней свободы. Поэтому, если бы мы захотели решить геометриче-
скую задачу о том, как должны изменяться углы в суставах, для того чтобы
рабочая точка конечности переместилась из одного заданного положения
в пространстве в другое, мы обнаружили бы, что эта задача имеет беско-
нечное множество решений. Чтобы кинематическая цепь совершала нуж-
ное движение, необходимо исключить тс степени свободы, которые для
данного движения являются избыточными. Этого можно достичь двумя
способами: I) зафиксировать избыточные степени свободы путем одновре-
менной активации антагонистических групп мышц (коактивация); 2) свя-
зать движения в разных суставах определенными соотношениями, умень-
шив, таким образом, число независимых переменных, с которыми должна
иметь дело ЦНС. Такие устойчивые сочетания одновременных движений в
нескольких суставах, направленных на достижение единой цели, получили
название синергий.
Весьма своеобразны и «двигатели», используемые в живом организме.
Скелетные мышцы представляют собой эластомеры с нелинейной зависи-
мостью развиваемой силы от частоты активации. При этом развитие силы
автоматически сопровождается изменениями упругости и вязкости мыш-
цы. Кроме того, напряжение мышцы зависит от ее длины (угол в суставе)
и скорости удлинения или укорочения. Сложность управления движения-
ми в суставах при помощи мышц усугубляется еще и тем, что на каждую
степень свободы, как правило, приходится больше одной пары мышц.
При этом многие мышцы являются двухсуставными, т.е. действуют не на
один, а на два сустава. Поэтому, например, сгибание пальцев руки невоз-
можно без одновременной активации разгибателей кисти, препятствую-
щих действию сгибателей пальцев в лучезапястном сочленении.
Формы участия мышц в осуществлении двигательных актов весьма
многообразны. Анатомическая классификация мышц (например, сгибате-
ли и разгибатели, синергисты и антагонисты) не всегда соответствуют их
функциональной роли в движениях. Так, некоторые двухсуставные мыш-
цы в одном суставе осуществляют сгибание, а в другом — разгибание. Ан-
тагонист может возбуждаться одновременно с агонистом для обеспечения
точности движения, и его участие помогает выполнять двигательную зада-
чу. В связи с этим, учитывая функциональный аспект координации, в
каждом конкретном двигательном акте целесообразно выделить основную
мышцу (основной двигатель), вспомогательные мышцы (синергисты), ан-
тагонисты и стабилизаторы (мышцы, фиксирующие, не участвующие в
Движении суставы). Роль мышц не ограничивается генерацией силы. Ан-
тагонисты и стабилизаторы часто функционируют в режиме растяжения
под нагрузкой, который используется для плавного торможения движе-
ний, амортизации толчков.
На конечный результат движения влияют не только силы, развиваемые
мышцами, но и силы немышечного происхождения. К ним относятся
силы инерции, создаваемые массами звеньев тела, вовлекаемых в движе-
ние, а также силы реакции, возникающие в кинематических цепях при
смешении любого из звеньев. Движение смещает различные звенья тела
относительно друг друга и меняет конфигурацию тела, а следовательно,
по ходу движения изменяются моменты упомянутых сил. Вследствие из-
менения суставных углов меняются и моменты мышечных сил. На ход
Движения влияет и масса звеньев тела; моменты сил тоже изменяются в
161
процессе движения из-за изменения ориентации звеньев относительно
вектора силы тяжести. В практической деятельности человек вступает во
взаимодействие с предметами внешнего мира — различными инструмента-
ми, перемещаемыми грузами и др., и ему приходится преодолевать силы
тяжести, упругости, трения, инерции, возникающие в процессе этого
взаимодействия. Необходимо также нейтрализовать действие непредви-
денных помех движению, которые могут возникать во внешней среде, и
оперативно исправлять допущенные в ходе реализации движения ошибки.
Немышечные силы вмешиваются в процесс движения и делают необходи-
мым непрерывное согласование с ними деятельности мышечного аппара-
та. Так, например, при исполнении на фортепиано одной и той же музы-
кальной фразы в медленном, среднем и быстром темпе мышечная состав-
ляющая движения существенно различается.
В связи с перечисленными особенностями скелетно-мышечной систе-
мы и условиями ее взаимодействия с внешним миром, управление движе-
ниями оказывается немыслимым без решения задачи согласования актив-
ности большого числа мышц.
Характер этого согласования зависит от двигательной задачи. Так, если
нужно взять стакан с водой, то для формирования такого движения ЦНС
должна располагать информацией о положении стакана относительно тела
и о исходном положении руки. Однако, поскольку мы хотим, чтобы это
движение было успешным, кисть заранее раскрылась на величину, соот-
ветствующую размеру стакана, чтобы сгибатели пальцев сжимали стакан с
силой, достаточной для предотвращения проскальзывания, чтобы прило-
женная сила была достаточной для плавного подъема, но не вызывала рез-
кого отрыва, чтобы ориентация стакана в кисти после захвата все время
была вертикальной, т.е. чтобы реализация движения соответствовала дви-
гательной задаче, то необходимы не только данные о пространственных
соотношениях, но и разные сведения о свойствах объекта манипулирова-
ния. Многие из этих сведений не могут быть получены в ходе самого дви-
жения посредством обратных связей, а должны быть заложены в програм-
му предстоящего движения на этапе его планирования. Предполагают, что
двигательная память содержит обобщенные классы двигательных про-
грамм, из числа которых в соответствии с двигательной задачей выбирает-
ся нужная. Эта программа модифицируется применительно к конкретной
ситуации: однотипные движения могут выполняться быстрее или медлен-
нее, с большей или меньшей амплитудой. Одна и та же программа может
быть реализована разными наборами мышц, уровень планирования дви-
жения и уровень его исполнения не совпадают, иначе говоря, система
управления движениями является многоуровневой. Действительно, произ-
вольное пространственно ориентированное движение планируется в тер-
минах трехмерного эвклидового пространства: вверх—вниз, вперед—назад,
вправо—влево. Для выполнения этого плана необходимо перевести плани-
руемые линейные перемещения в соответствующие угловые переменные
(изменения суставных углов), определить, какие мышечные моменты не-
обходимы для этих угловых перемещений, и, наконец, сформировать дви-
гательные команды, которые вызовут активацию мышц, дающую необхо-
димые значения моментов.
В планировании, преобразовании и исполнении двигательной програм-
мы участвуют различные структуры нервной системы, организованные по
иерархическому принципу. Двигательная программа может быть реализо-
вана различными способами. В простейшем случае ЦНС посылает заранее
сформированную последовательность команд к мышцам, не подвергающу-
162
юся во время реализации никакой коррекции. В этом случае говорят о ра-
зомкнутой системе управления. Такой способ управления используется при
осуществлении быстрых, так называемых баллистических, движений.
Чаще всего ход осуществления движения сравнивается с его планом на
основе сигналов, поступающих от многочисленных рецепторов, и в реали-
зуемую программу вносятся необходимые коррекции — это замкнутая сис-
тема управления с обратными связями. Однако и такое управление имеет
свои недостатки. Вследствие относительно малой скорости проведения
сигналов, значительных задержек в центральном звене обратной связи и
времени, необходимых для развития усилия мышцей после прихода акти-
вирующей посылки, коррекция движения по сигналу обратной связи мо-
жет запаздывать. Поэтому во многих случаях целесообразно реагировать
не на отклонение от плана движения, а на само внешнее возмущение еще
до того, как оно успело вызвать это отклонение. Такое управление называ-
ют управлением по возмущению.
В осуществлении координации движений участвуют все отделы ЦНС —
от спинного мозга до коры большого мозга. У человека двигательные фун-
кции достигли наивысшей сложности в результате перехода к прямостоя-
нию и прямохождению (что осложнило задачу поддержания равновесия),
специализации передних конечностей для совершения тонких движений,
использования двигательного аппарата для коммуникации (речь, письмо).
В управление движениями человека включены высшие формы деятельно-
сти мозга, связанные с сознанием, что дало основание называть соответст-
вующие движения произвольными. Помимо первичной моторной коры
(поле 4 по Бродману), в управлении движениями участвует премоторная
кора (поле 6), включая дополнительную моторную кору, и кора поясной
Извилины (поле 23).
На спинальном уровне протекают лишь простейшие координации. Тем
не менее спинной мозг может осуществлять довольно обширные функции,
вплоть до «спинального шагания» у животных (Ч. Шеррингтон). Нервные
механизмы ствола мозга существенно обогащают двигательный репертуар,
обеспечивая координацию правильной установки тела в пространстве за
счет шейных и лабиринтных рефлексов (Р Магнус) и нормального рас-
пределения мышечного тонуса. Важная роль в координации движений
Принадлежит мозжечку. Такие качества движения, как плавность, точ-
ность, необходимая сила, реализуются с участием мозжечка путем регуля-
ции временных, скоростных и пространственных характеристик движения.
Животные с удаленными полушариями, но с сохраненным стволом мозга
по координации движений почти не отличаются от интактных. Полуша-
рия мозга (кора и базальные ядра) обеспечивают наиболее тонкие коорди-
нации движений: двигательные реакции, приобретенные в индивидуаль-
ной жизни. Осуществление этих реакций базируется на работе рефлектор-
ного аппарата ствола мозга и спинного мозга, функционирование которых
многократно обогащается деятельностью высших отделов ЦНС.
Механизмы координации движений, роль тех или иных отделов ЦНС в
Управлении движениями изучают чаще в опытах на животных, однако
объектом исследования естественных движений является преимуществен-
но человек, что обусловлено двумя обстоятельствами. Во-первых, человек
в зависимости от задачи исследования может воспроизводить любую тре-
буемую форму двигательной деятельности. Во-вторых, движения человека
являются проявлением его поведения и трудовой деятельности и поэтому
Представляют особый интерес как с теоретической точки зрения вследст-
вие их сложности и дифференцированности, так и с практической —
t 163
в связи с их значением для медицины, физиологии труда, космонавтики,
эргономики, физиологии спорта.
Методы исследования движений человека. Многообразие методических
приемов, используемых при изучении координации движений человека,
можно разделить на 2 группы. Одна из них ориентирована на получение
сведений о процессах, лежащих в основе координации движений, путем
регистрации внешних двигательных проявлений. Другие методы связаны с
непосредственной регистрацией управляющих сигналов, поступающих к
мышцам в процессе двигательной активности (электромиография), с реги-
страцией афферентных сигналов (микронейрография), изменений ЭЭГ,
предшествующих началу движения. В последнее время широкое примене-
ние получают методы, позволяющие визуализировать те области мозга,
нейроны которых активируются в процессе подготовки и реализации дви-
жения — позитронно-эмиссионая томография (ПЭТ) и ядерно-магнитный
резонанс (ЯМР).
Для регистрации механических параметров движения — траекторий,
скорости, ускорения, развиваемой силы (механограмма) используют тех-
нику превращения неэлектрических величин в электрические с помощью
различных датчиков. Так, с помощью тензодатчиков можно непосредст-
венно измерять и регистрировать силу, прилагаемую к тому или иному ин-
струменту, или реакции опоры при ходьбе. С помощью резистивных дат-
чиков на основе потенциометров можно регистрировать изменения сус-
тавных углов при движении. Дифференцирование сигналов с помощью
электронных дифференциаторов или ЭВМ позволяет одновременно с за-
писью перемещения получать запись скорости и ускорения.
При анализе механических параметров движения используют принцип
циклографии — регистрацию последовательных моментов движения путем
фотосъемки движущегося человека через равные промежутки времени на
неподвижную пластинку. Если на суставах или точках, соответствующих
положению центров тяжести звеньев тела, укреплены светящиеся лампоч-
ки, то по такой записи — циклограмме можно восстановить траекторию
движения. В настоящее время чаще используют специализированные
компьютерные системы регистрации движения с непосредственным вво-
дом в ЭВМ изображений с двух или большего числа телекамер. Это дает
возможность трехмерного анализа движений. Решая обратную задачу ме-
ханики по записям кинематических параметров (если известно распреде-
ление масс), можно рассчитать возникающие при движении силы, момен-
ты в суставах, работу и мощность.
Движения глаз регистрируют электрически (электроокулография), с по-
мощью контактных линз (внутри них располагается виток проволоки, в
котором наводится напряжение при повороте витка в магнитном поле) и
другими методами.
Анализ работы мышц при совершении двигательного акта осуществля-
ется с помощью элсктромиографии с использованием накожных электро-
дов, укрепляемых над исследуемой мышцей. Многоканальный электроми-
ограф дает возможность одновременно записывать электромиограммы не-
скольких мышц. Амплитуда электромиографического сигнала возрастает с
увеличением развиваемой мышцей силы, поэтому электромиограммы в
сопоставлении с регистрируемыми синхронно механограммами позволяют
судить о силе сокращения мышц и о распределении их активности в по-
следовательных фазах двигательного акта.
Набор средств изучения нейронных механизмов управления движения-
ми на человеке включает регистрацию сухожильных рефлексов и рефлекса
164
Гофмана (Н-рефлскс), дающих оценку уровня возбудимости двигательных
нейронов спинного мозга в разные фазы движения. Применяют также ре-
гистрацию через кожу головы электрических потенциалов различных об-
ластей головного мозга, сопутствующих или предшествующих движению
(потенциалы готовности). В последние годы разработаны методы непо-
вреждающей стимуляции отдельных областей коры мозга человека с помо-
щью чрезвычайно кратковременных импульсов высокого напряжения
(электрическая стимуляция) или кратковременных и очень сильных маг-
нитных полей, создаваемых индуктивными катушками, укрепленными над
разными областями головы и индуцирующими электрические поля, доста-
точные для стимуляции мозговых структур (магнитная стимуляция).
Физиология движений изучает роль сигналов от различных рецепто-
ров в планировании и осуществлении движений и поддержании позы.
Среди них есть как простейшие — закрывание глаз, так и более слож-
ные — использование призматических очков, смещающих или перевора-
чивающих изображения окружающего мира, специальных систем, позво-
ляющих вызвать у человека иллюзию движения зрительного окружения.
Значение вестибулярного аппарата можно изучать в условиях его галь-
ванической или калорической стимуляции, а также при искусственном
изменении величины и направления вектора силы тяжести — на центри-
фуге, в условиях кратковременной или длительной невесомости. Посту-
пающие от мышцы проприоцептивные сигналы можно менять, прикла-
дывая к ее сухожилию вибрацию, вызывающую активацию рецепторов
мышечных веретен.
С помощью описанных методов изучены такие сложные естественные
двигательные акты, как ходьба, бег, рабочие и спортивные движения.
Многие из этих методов используют в клинике при исследованиях нару-
шений двигательной функции вследствие поражения нервной системы
или опорно-двигательного аппарата.
Ходьба и бег. Ходьба является наиболее распространенной формой ло-
комоции человека (локомоция — активное перемещение в пространстве
на расстояния, значительно превышающие размеры тела). Она относится
к циклическим двигательным актам, при которых последовательные фазы
движения периодически повторяются.
Для удобства изучения и описания цикл ходьбы подразделяют на фазы:
Для каждой ноги выделяют фазу опоры, в течение которой нога контакти-
рует с опорой, и фазу переноса, когда нога находится в воздухе. Фазы опо-
ры двух ног частично перекрываются по времени, образуя двухопорный
период. Центр массы тела человека при ходьбе совершает сложные про-
странственные движения. Амплитуда этих движений составляет около 5 см
в направлении вверх—вниз и 2—4 см в боковом направлении. Наиболее
низкое положение центра массы соответствует двухопорному периоду, а
наиболее высокое — середине одноопорного периода. Давление на опору
во время ходьбы непостоянно. Оно превышает массу тела во время дина-
мических толчков и меньше массы тела в середине одноопорного периода.
Ходьба здорового человека характеризуется симметрией движений левой и
правой сторон. Фаза опоры начинается с момента соприкосновения пятки
с опорой, нога при этом полностью разогнута. Перенос нагрузки на эту
ногу сопровождается подошвенным сгибанием стопы и подгибанием в ко-
ленном суставе. За счет этих угловых движений в начале фазы опоры про-
исходит «прислаивание» стопы к опоре. В записи опорных реакций в это
время отмечают первый максимум — передний динамический толчок. Зад-
ний динамический толчок соответствует отталкиванию ноги от опоры и
165
Рис. 3.7. Последовательные положения ног при ходьбе. Показано участие различ-
ных мышц в осуществлении движений конечностей.
1, 2 — двухопорный период первого шага; 3—5 и 8—10 — одноопорные периоды; 6, 7 —
двухопорный период второго шага. Интенсивность штриховки мышц соответствует силе их
сокращений.
осуществляется главным образом мышцами голеностопного сустава и в
меньшей степени коленного и тазобедренного суставов. В осуществлении
ходьбы участвуют также мышцы спины (рис. 3.7). Наибольшая активность
мышц наблюдается в фазу опоры. При этом за счет одновременной актив-
ности сгибателей и разгибателей нога становится опорной, способной не-
сти массу тела.
Сопоставление изменений межзвенных узлов в тазобедренном, колен-
ном и голеностопном суставах с распределением по времени активности
мышц приводит к выводу, что движение ноги в фазу переноса в значите-
льной степени осуществляется за счет сил инерции подобно двухзвенному
маятнику.
Анализ работы мышц при ходьбе показывает, что в разные фазы шага
они сокращаются в разных режимах — концентрическом, т.е. с укорочени-
ем (мышцы, осуществляющие подошвенное сгибание стопы в опорном
периоде); эксцентрическом — с удлинением (передняя большеберцовая
мышца во время «присваивания» стопы обеспечивает плавность ее опуска-
ния на опору); изометрическом — без изменения длины (мышцы тазобед-
ренного сустава во время переката через пятку).
166
Повторяемость параметров движений в последовательных циклах при
ходьбе не абсолютна: движения обладают некоторой вариабельностью.
Наименьшая вариабельность у кинематической картины ходьбы, наиболь-
шая — в работе мышц, проявляющаяся в изменениях электромиограмм от
цикла к циклу. Это отражает корригирующую деятельность ЦНС, которая
при каждом шаге вносит в стандартную структуру ходьбы поправки, необ-
ходимые для обеспечения относительного постоянства ее кинематики и
устойчивости движения.
Бег отличается от ходьбы тем, что нога, которая находится позади, от-
талкивается от опоры раньше, чем другая опускается на эту опору. В резу-
льтате в беге имеется безопорный период — период полета, В беге благода-
ря большим, чем при ходьбе, скоростям перемещения более значительную
роль играют баллистические компоненты движения — перемещение зве-
ньев ноги по инерции.
Рабочими движениями в широком смысле слова могут быть названы са-
мые разные целенаправленные движения, совершаемые как в процессе
труда, так и в повседневной жизни.
У человека основным рабочим органом является рука, причем для вы-
полнения двигательной задачи обычно наиболее важно положение кисти,
которая в результате движения должна в определенный момент оказаться
в определенном месте пространства. Благодаря большому числу степеней
свободы верхней конечности кисть может попасть в нужную точку по раз-
ным траекториям и при различных соотношениях углов в плечевом, лок-
тевом и лучезапястном суставах. Это многообразие возможностей позволя-
ет выполнять двигательную задачу, начиная движение из различных ис-
ходных поз, и в то же время ставит ЦНС перед сложной задачей выбора
одного варианта из многих.
Электромиографическис исследования ряда рабочих движений показа-
ли сложную картину работы мышц, однако в этой картине часто можно
выделить устойчивые сочетания активности некоторых мышц, используе-
мые в различных движениях. Это синергии, основанные на врожденных
или выработанных в процессе опыта связях, которые, являясь устойчивы-
ми компонентами движений, упрощают управление сложными двигатель-
ными актами и помогают преодолеть избыточность числа мышц и количе-
ства степеней свободы.
При совершении одного и того же, даже простого, движения организа-
ция мышечной деятельности в сильной степени зависит от вмешательства
Иемышечных сил, в частности внешних по отношению к человеку. Так,
При ударе молотком, когда к массе предплечья добавляется масса молотка
И, следовательно, возрастает роль инерции, разгибание предплечья совер-
шается по типу баллистического движения — мышцы-разгибатели актив-
ны только в начале разгибания, которое дальше совершается по инерции,
а в конце притормаживается мышцами-антагонистами. Аналогичное по
кинематике движение при работе напильником, когда основная внешняя
сила (трение) совершается путем непрерывной активности мышцы на про-
тяжении всего разгибания. Если первое из этих двух движений является в
основном предпрограммированным, то во втором велика роль обратных
связей.
Поза. У млекопитающих животных и человека поддержание позы обес-
печивается теми же фазическими мышцами, что и движения; специализи-
рованные тонические мышцы отсутствуют. Отличие заключается в том,
Что при «позной» деятельности сила сокращения мышц обычно невелика,
режим близок к изометрическому, длительность сокращения значительна.
167
Рис. 3.8. Площадь опоры тела в
удобной стойке.
S — точка, соответствующая проекции
общего центра тяжести тела.
В «позный», или постуральный,
режим работы мышц вовлека-
ются преимущественно низко-
пороговые, медленные, устой-
чивые к утомлению двигатель-
ные единицы.
Одна из основных задач «по-
зной» деятельности мышц —
удержание нужного положения
звеньев тела в поле силы тяже-
сти (удержание головы от свисания, удержание корпуса от наклона впе-
ред, голеностопных суставов от тыльного сгибания при стоянии и др.).
Кроме того, «познай» активность может быть направлена на фиксацию су-
ставов, не принимающих участия в осуществляемом движении. В трудовой
деятельности удержание позы бывает связано с преодолением внешних
сил.
Типичный пример позы — стояние человека. Сохранение равновесия
при стоянии возможно в том случае, если проекция центра тяжести тела
находится в пределах опорного контура, т.е. площади, занимаемой на
плоскости опоры стопами (рис. 3.8). Вертикаль, опущенная из общего
центра тяжести тела, при стоянии проходит несколько впереди оси голе-
ностопных и коленных суставов и несколько позади оси тазобедренных.
Следовательно, на эти суставы действуют моменты сил тяжести вышерас-
положенных звеньев тела, а это делает необходимым для удержания позы
стояния напряжение многих мышц туловища и ног. Развиваемая этими
мышцами сила невелика. Максимальное напряжение при стоянии разви-
вают мышцы голеностопного сустава, меньшее — мышцы коленного и
тазобедренного суставов. У большинства мышц активность поддержива-
ется на более или менее постоянном уровне. Другие, например передняя
большеберцовая мышца, активируются периодически. Последнее обу-
словлено небольшими колебаниями центра тяжести тела, постоянно про-
исходящими при стоянии как в сагиттальной, так и во фронтальной
плоскостях. Эти колебания могут быть зарегистрированы специальным
прибором — стабилографом, работающим с помощью тензодатчиков.
Мышцы голени противодействуют отклонениям тела, возвращая его в
вертикальное положение. Таким образом, поддержание позы — это
активный процесс, осуществляющийся, как и движение, с участием об-
ратных связей от рецепторов. В поддержании вертикальной позы участ-
вуют зрение и вестибулярный аппарат. Важную роль играет проприоре-
цепция.
Поза стояния у человека энергетически относительно экономна, так
как моменты силы тяжести невелики вследствие близости проекции тяже-
сти тела к осям основных суставов ног. Менее экономно стояние у многих
животных, например у кошки и собаки, которые стоят на полусогнутых
конечностях.
Поддержание равновесия при стоянии — только частный случай «по-
зной» активности. Механизмы поддержания равновесия используются
168
также при локомоции и повседневной двигательной деятельности. Напри-
мер, быстрое движение руки может вызывать нарушение равновесия.
Обычно этого не происходит, потому что произвольному движению пред-
шествуют такие изменения в системе регуляции позы, которые заранее из-
меняют распределение «позной» активности мышц и тем самым обеспечи-
вают нейтрализацию последствий движения — так называемые позные
компоненты произвольного движения. Эта упреждающая «позная» актив-
ность осуществляется автоматически с очень короткими центральными за-
держками. Роль упреждающей активности в стабилизации положения зве-
ньев тела можно проиллюстрировать простым примером: студент удержи-
вает на ладони вытянутой руки учебник физиологии. Если его товарищ
внезапно снимет эту книгу с ладони, то рука резко подпрыгнет вверх, если
же студент сам снимет книгу свободной рукой, то ладонь останется на
прежнем уровне.
К понятию позы примыкает понятие мышечного тонуса. Термин «то-
нус» многозначен; в применении к скелетным мышцам им обозначают
комплекс явлений. В покое мышечные волокна обладают тургором
(упругость), определяющим их сопротивление давлению и растяжению.
Тургор составляет тот компонент тонуса, который не связан со специфи-
ческой нервной активацией мышцы, обусловливающей ее сокращение.
Однако в естественных условиях большинство мышц обычно в некоторой
степени активируется нервной системой, в частности, для поддержания
позы («позный тонус»). Полное расслабление мышцы, когда электроми-
ографическим методом не регистрируется никаких потенциалов дейст-
вия, достигается только в условиях полного покоя и при исключении за-
дачи поддержания позы в поле силы тяжести (исследуемая часть тела ле-
жит на опоре).
Другой важный компонент тонуса — рефлекторный, определяется
рефлексом на растяжение. При исследовании на человеке он выявляется
по сопротивлению растяжения мышцы в случае пассивного поворота
звена конечности в суставе. Если в процессе такого исследования запи-
сать электромиограмму, то в растягиваемой мышце регистрируется элект-
рическая активность, свидетельствующая об активации двигательных
единиц. У здорового человека рефлекс на растяжение при пассивном
движении наблюдается только в процессе самого растяжения, в случае
достаточно большой скорости растяжения. Тонический компонент реф-
лекса на растяжение, т.е. активность в растянутой мышце, обычно от-
сутствует, о чем можно судить по отсутствию электромиографического
сигнала.
Выработка двигательных навыков. Совершенствование двигательной
функции человека в процессе онтогенеза происходит как вследствие про-
должающегося в первые годы после рождения созревания отделов нерв-
ной системы и врожденных механизмов, участвующих в координации
движений, так и в результате обучения, т.е. формирования новых свя-
зей, ложащихся в основу программ тех или иных конкретных двигатель-
ных актов. Координация новых, непривычных, движений имеет харак-
терные черты, отличающие ее от координации тех же движений после
обучения.
Обилие степеней свободы в опорно-двигательном аппарате, влияние на
результат движения сил тяжести и инерции осложняют выполнение любой
Двигательной задачи. На первых порах обучения нервная система справля-
ется с этими трудностями, нейтрализуя помехи путем развития дополните-
льных мышечных напряжений. Мышечный аппарат жестко фиксирует су-
169
ставы, не участвующие в движении, активно тормозит инерцию быстрых
движений. Такой путь преодоления помех, возникающих в ходе движения,
энергетически невыгоден и утомителен. Использование обратных связей
еще несовершенно — коррекционные посылки, возникающие на их осно-
ве, несоразмерны и вызывают необходимость повторных дополнительных
коррекций.
На электромиограммах видно, что мышцы-антагонисты даже тех суста-
вов, в которых совершаются движения, активируются одновременно, при
этом в циклических движениях мышцы почти не расслабляются. Возбуж-
дены также многие мышцы, не имеющие прямого отношения к данному
двигательному акту. Движения, совершаемые в таких условиях, напряже-
ны и неэстетичны (например, движения человека, впервые вышедшего на
коньках на лед).
Как показал в своих исследованиях Н.А. Бернштейн, по мере обуче-
ния вырабатывается такая структура двигательного акта, при которой не-
мышечные силы включаются в его динамику, становятся составной ча-
стью двигательной программы. Излишние мышечные напряжения при
этом устраняются, движение становится более устойчивым к внешним
возмущениям. На электромиограммах видна концентрация возбуждения
мышц во времени и пространстве, периоды активности работающих
мышц укорачиваются, а количество мышц, вовлеченных в возбуждение,
уменьшается. Это приводит к повышению экономичности мышечной де-
ятельности, а движения делаются более плавными, точными и непринуж-
денными.
Важную роль в обучении движениям играет рецепция, особенно про-
приорецепция. В процессе двигательного обучения обратные связи ис-
пользуются не только для коррекции движения по его ходу, но и для
коррекции программы следующего движения на основе ошибок преды-
дущего.
Утомление. При длительной физической работе наступает утомление,
которое, в частности, проявляется в изменении координации мышечной
деятельности. Возбуждение каждой работающей мышцы становится менее
локализованным во времени. В работу вовлекаются другие мышцы, снача-
ла синергисты, компенсирующие снижение силы основных мышц, а затем
по мере нарастания дискоординации — и другие мышцы, в частности ан-
тагонисты. Движения становятся менее точными, темп их замедляется.
Картина мышечной активности во время движений, совершаемых на фоне
утомления, во многом напоминает картину, наблюдаемую при выполне-
нии новых, непривычных движений.
Нарушение координации движений. Поскольку в управлении движени-
ями принимают участие многие отделы ЦНС, нарушения координации
движений могут быть использованы в целях диагностики. Они проявля-
ются нарушениями устойчивости при стоянии и ходьбе, асимметрией
движений правой и левой стороны, нарушением точности движений,
снижением силы и уменьшением скорости. Методы, используемые в фи-
зиологии движений, позволяют получать количественную оценку нару-
шений мышечного тонуса (гипотония, ригидность), скорости движений
(брадикинезия) и их точности (атаксия), характеристики гиперкинезов и
др. Регистрация пространственных и временных характеристик движений
с их количественным представлением дает возможность оценить степень
двигательных расстройств при различных заболеваниях, ход восстановле-
ния двигательных функций, предложить эффективные методы двигатель-
ной реабилитации.
170
3.3. ФИЗИОЛОГИЯ АВТОНОМНОЙ (ВЕГЕТАТИВНОЙ)
НЕРВНОЙ системы
Согласно Международной анатомической номенклатуре, термин «авто-
номная нервная система» заменил все ранее существовавшие — «растите-
льная», «висцеральная», «непроизвольная», «вегетативная». Анатомически
автономная нервная система представлена ядерными образованиями, ле-
жащими в головном и спинном мозге, нервными ганглиями и нервными
сплетениями, иннервирующими гладкие мышцы всех органов, сердце и
железы. Главная функция автономной нервной системы состоит в поддер-
жании постоянства внутренней среды, или гомеостазиса, при различных
воздействиях на организм. Наряду с этим автономная нервная система ре-
гулирует также деятельность и других органов, которые не участвуют не-
посредственно в поддержании гомеостаза (внутриглазные мышцы, поло-
вые органы). Выделяя регуляцию автономной нервной системой висцера-
льных функций, следует заметить, что в целостных реакциях организма
сенсорные, моторные, соматические и висцеральные компоненты между
собой тесно связаны. Специальными исследованиями К.М. Быкова, В.Н.
Черниговского и др. показана также возможность условнорефлекторной
регуляции висцеральных процессов. Это означает, что высшие отделы го-
ловного мозга могут регулировать работу иннервированных автономной
нервной системой органов, а также координировать их деятельность в со-
ответствии с текущими потребностями организма.
3.3.1. Функциональная структура автономной
нервной системы
На основании структурно-функциональных свойств автономную нер-
вную систему принято делить на симпатическую, парасимпатическую и
метасимпатическую. Из них первые две имеют центральные структуры и
периферический нервный аппарат, метасимпатическая же часть целиком
лежит на периферии в стенках внутренних органов.
Дуга автономного рефлекса (рис. 3.9), как и соматическая рефлекторная
дуга, состоит из трех звеньев: чувствительного (афферентный, сенсорный),
ассоциативного (вставочный) и эффекторного. В зависимости от уровня
замыкания, т.е. расположения ассоциативного звена, различают местные,
или ганглионарные, спинальные, бульбарные и другие рефлекторные дуги.
Рефлексы, возникающие при раздражении чувствительных волокон, иду-
щих в составе симпатических и парасимпатических нервов, вовлекают в
деятельность не только автономную, но и соматическую нервную систему.
Чувствительные волокна этой единой (автономная и соматическая) аффе-
рентной системы являются отростками биполярных клеток, лежащих в
спинномозговых узлах или их аналогах [яремный, тройничный (гассеров)
узлы и др.]. Такое понимание справедливо для сегментарных и рефлектор-
ных дуг более высокого порядка и не относится к местным перифериче-
ским дугам автономного рефлекса.
Наряду с общим для обеих (автономная и соматическая) систем звеном
существует и собственный афферентный путь автономной нервной системы,
называемый особым, или висцеральным. Он создает основу для путей мест-
ных рефлексов, осуществляемых независимо, без участия ЦНС. По лока-
лизации клеточных тел чувствительных нейронов, по ходу и длине отрост-
ков их разделяют на 3 группы. В первую группу объединены клетки, тела
171
2,
,3
2
1
Рис. 3.9. Принципиальная схема дуги автономного (справа) и соматического (сле-
ва) рефлексов (по А.Д. Ноздрачеву).
I — спинной мозг; 2 — тело чувствительности нейрона; 3 — спинальный ганглий; 4 — зад-
ний корешок; 5 — вставочный (преганглионарный) нейрон дуги автономного рефлекса; 6 —
передний корешок; 7 — преганглионарное волокно; 8 — околонозвоночный узел; 9 — белая
соединительная ветвь; I0 — двигательный (постганглионарный) нейрон дуги автономного
рефлекса; Н — соматический нерв; 12 — постганглионарное волокно; 13 — серая соедини-
тельная ветвь; 14 — висцеральная ветвь; 15 — прсдпозвоночный узел (брыжеечное и чрев-
ное, или солнечное, сплетение); 16 — кишка; 17 — эффекторный нейрон функционального
модуля метасимпатической нервной системы; 18 — функциональный модуль метасимпати-
ческой нервной системы; 19 — интернейрон функционального модуля; 20 — чувствитель-
ный нейрон функционального модуля; 21 — двигательное соматическое волокно; 22 — дви-
гательный нейрон соматической рефлекторной дуги; 23 — вставочный нейрон соматической
' rrvru
которых локализуются в узлах солнечного и нижнего брыжеечного сплете-
ний. Один из их длинных отростков направляется на периферию, другой в
сторону спинного мозга. Клетки второй группы характеризуются тем, что
их длинный отросток идет к рабочему органу, короткие распределяются в
самом ганглии и синаптически контактируют с вставочным или эффек-
торным нейроном. Висцеральные чувствительные клетки третьей группы
отличаются тем, что их тела и короткие отростки располагаются в интра-
муральных узлах; длинные же отростки в составе соответствующих нервов
достигают симпатических узлов, где и происходит переключение на ассо-
циативный и моторный (эфферентный) нейроны.
Висцеральная чувствительность обусловлена активностью пяти отдель-
ных типов интероцепторов: механо-, хемо-, термо-, осмо- и ноцицепто-
ров, называемых специфическими. Из них наиболее распространенными
являются механорецепторы.
Среди механорецепторов внутренних органов известны рецепторы двух
типов: быстро- и медленноадаптирующисся. Быстроадаппгирукщиеся меха-
норецепторы характеризуются высоким порогом возбуждения и встречают-
ся в основном в слизистой оболочке, а также в серозном слое висцераль-
ных органов и связаны преимущественно с миелиновыми волокнами. Ха-
рактерной чертой быстроадаптирующихся рецепторов являются исключи-
тельная чувствительность к динамической фазе движения и сокращения.
Для медленноадаптирующихся механорецепторов, наоборот, характерна ге-
нерация сигналов в течение длительного периода раздражения или после
его окончания. Эти рецепторы имеются во всех внутренних органах и ха-
рактеризуются низким порогом возбуждения. Такая особенность позволя-
ет им быть спонтанно-активными и направлять в нервные центры разно-
образную информацию о сокращении, расслаблении, растяжении, смеще-
нии висцеральных органов. Медленноадаптирующисся рецепторы связаны
с тонкими миелинизированными и безмиелиновыми нервными волок-
нами.
Хеморецепторы активируются при изменении химического состава тка-
ни, например РСОг и РОг в крови. В органах пищеварения выделены спе-
циальные кислото- и щелочечувствительные рецепторы, чувствительные к
действию только аминокислот или аминокислот и глюкозы.
Тепловые и холодовые терморецепторы имеются в пищеварительном
тракте. Осморецепторы, ионорецепторы (например, натриевые) висцераль-
ных органов обнаружены в печени. Частота их разрядов находится в пря-
мой зависимости от осмотического давления жидкости. Существование
специфических ноцицепторов пока еще окончательно не установлено,
хотя их роль и отводится некоторым свободным нервным окончаниям.
Болевые ощущения возникают при чрезмерной стимуляции любого ти-
па — растяжении, сокращении, действии химических стимулов.
Помимо специфических, имеются и рецепторы, воспринимающие раз-
дражение любой модальности, будь то механическое, химическое, термиче-
ское, осмотическое. Местом локализации таких полимодальных интероцеп-
торов является, например, слизистая оболочка пищеварительного тракта.
Все рассмотренные виды висцеральной чувствительности передаются I
центры по волокнам трех основных нервных путей: блуждающего, чрев
ных (большой, малый, поясничный) и тазового. Из них самым мошныь
коллектором висцеральной чувствительности является блуждающий нерв
Соотношение в нем афферентных и эфферентных волокон примерно со
ставляет 9:1, в то время как в чревном и тазовом нервах 3:1 и 1:1 соответ
ственно.
1'
Помимо местных сетей, афферентные сигналы могут запускать центра-
льные нейронные механизмы ряда систем: сегментарную, межсегментар-
ную, проприоспинальную, надссгментарную. Несмотря на такую слож-
ность многоступенчатой организации, основа механизма взаимодействия
на всех ступенях остается одной и той же: это синаптическая конверген-
ция к центральным клеткам сигналов различной природы (висцеральная и
соматическая) и разной модальности, оценка их аппаратом суммации
постсинаптических потенциалов и на основании оценки результатов — ге-
нерация нового сигнала. Различия между механизмами, включающимися
на разных уровнях, непринципиальны и заключаются в количественных
особенностях конвергенции. Эти механизмы вовлекаются в разной степе-
ни в зависимости от интенсивности воздействия и включаются в разных
соотношениях.
Для запуска менее сложных сегментарных механизмов оказывается до-
статочной и менее сложная суммация постсинаптических процессов. Эти
механизмы срабатывают при возбуждении небольшого числа афферентов.
Включение более сложных систем требует значительной суммации про-
цессов, а стало быть, более интенсивного притока афферентации. Следо-
вательно, для запуска различных нейронных систем основой является
мощность поступающего афферентного потока.
Импульсы, интегрированные в общей системе вставочных нейронов,
способны вызвать их активность и как следствие появление вегетативных,
например дыхательных или сердечно-сосудистых, эффектов, Импульсы
могут также активировать клетки высших отделов ЦНС, вызывая поведен-
ческие реакции и субъективные ощущения.
Реакция на афферентный импульс и элементы его переработки на под-
корковом уровне является основой для последующих процессов в коре бо-
льшого мозга, направленных на регуляцию функций определенной висце-
ральной системы — пищеварительной, дыхательной и др. Эти процессы
выражаются в виде вызванных потенциалов — первичного и вторичного
ответов: первичные сравнивают с пусковыми, вторичные — с корригирую-
щими влияниями коры большого мозга.
При анализе локализации представительства висцеральных систем в
коре большого мозга обнаруживается несоответствие числа зон проекций
блуждающего и чревного нервов. Объясняется это тем, что блуждающий
нерв по числу сенсорных волокон и особенно по величине иннервируемых
областей не имеет себе равных, охватывая большое количество внутренних
органов, некоторые из которых подвержены в какой-то мере произвольно-
му контролю.
Представительства функционально близких висцеральных систем нахо-
дятся и в близко расположенных областях коры. Например, зоны брыже-
ечных, селезеночных и чревных нервов перекрываются представительст-
вом блуждающих нервов, что служит основой для тонкой координации
процессов, осуществляемых корой больших полушарий, восстановления
функции, надежности работы висцеральных органов.
Предложенная В.Н. Черниговским схема проведения висцеральных
сигналов в ЦНС дает представление об участии той или иной наиболее
важной структуры в этом процессе, хотя и не указывает на степень участия
каждой и не отражает всей сложности существующих взаимодействий.
Сигналы, вызывающие ответы в клетках коры большого мозга, после соот-
ветствующей обработки передаются в специальные выходы передних отде-
лов поясной извилины, и уже оттуда через гипоталамус нисходящие пути
следуют к вставочным (преганглионарныс), затем к эффекторным нейро-
174
нам и далее к исполнительным органам. Таким образом, информация от
высших центров по нисходящим путям и от периферических висцераль-
ных и соматических клеток по спинальным дугам поступает к преганглио-
нарным нейронам.
Тело преганглионарного автономного нейрона располагается в сером ве-
ществе в одних случаях ствола мозга, в других — спинного мозга. На пери-
ферии за пределами спинного мозга нервное волокно вступает в синапти-
ческий контакт с эффекторным нейроном. Исключение составляет лишь
часть волокон, следующих в составе чревного нерва к надпочечнику. Эти
волокна проникают непосредственно в мозговой слой железы, который и
выполняет своеобразную функцию постганглионарного звена рефлектор-
ной дуги. Истинное же эффекторное звено дуги автономного рефлекса
представляет собой нервную клетку, мигрировавшую из ЦНС.
Преганглионарные волокна различаются по своим функциональным
свойствам. Наибольшее их число составляют тонкие, легко возбудимые, с
медленным проведением возбуждения единицы. Приближаясь к эффек-
торным нейронам, преганглионарные волокна теряют миелин и разветвля-
ются на тонкие терминали, образуя на теле и отростках эффекторного
нейрона синаптические контакты.
Эффекторных нейронов несравненно больше, чем преганглионарных
волокон. Например, в верхнем шейном симпатическом ганглии одно
преганглионарное симпатическое волокно контактирует более чем с сот-
ней эффекторных нейронов. При этом на одном и том же эффекторном
нейроне могут оканчиваться разветвления нескольких преганглионарных
волокон. Наличие таких широких конвергентных и дивергентных отно-
шений обеспечивает надежность проведения возбуждения. Эта законо-
мерность касается только симпатической части автономной нервной сис-
темы; в двух других ее частях подобная конвергенция практически отсут-
ствует.
В интеграции сигналов в низших центрах вегетативной периферии зна-
чительная роль отводится пространственной и временной суммации пост-
синаптических потенциалов. Роль их состоит в том, что поступающие по
пресинаптическим терминалам присущие им относительно слабые сигна-
лы благодаря этим процессам трансформируются, превращаясь в сверхпо-
роговые постсинаптические потенциалы эфферентного нейрона.
Тело эффекторной клетки дуги автономного рефлекса представляет со-
бой мигрировавшую из спинного мозга клетку, располагающуюся в одном
из периферических автономных ганглиев. Нейроны этих ганглиев охваты-
вают своим влиянием, как правило, большие территории висцеральных
органов. Ганглии могут располагаться либо около позвоночника (паравер-
тебральные), либо в сплетениях вблизи внутренних органов (параорган-
ные), наконец, в тканях внутренних органов (интрамуральные, интервис-
церальные).
Эффекторный нейрон дуги автономного рефлекса по электрическим
показателям в покоящемся состоянии мало чем отличается от мотонейро-
на соматической дуги. Однако кратковременная или одиночная стимуля-
ция преганглионарных волокон вызывает появление в нем сложной после-
довательности медленных деполяризующих и гиперполяризующих постси-
наптических процессов. В этом случае вначале возникает локальный отри-
цательный потенциал (О-волна), переходящий в положительную П-волну.
Последняя сменяется поздней отрицательной П-волной. Каждая из этих
фаз отражает межнейронную передачу, при этом О-волна — возникающий
в холинергических синапсах возбуждающий постсинаптический потенци-
175
ал (ВПСП). Появление П-волны обусловлено возбуждением особой груп-
пы преганглионарных волокон, которые оканчиваются на хромаффинных
клетках ганглия. Появление деполяризующихся и гиперполяризующихся
постсинаптических потенциалов опосредуется мускариноподобным дейст-
вием ацетилхолина, в то время как гиперполяризация — специальными
вставочными адренергическими клетками, регулирующими возбудимость
эффекторных нейронов.
Как правило, эффекторный нейрон может иметь, помимо основного
возбуждающего холинергического преганглионарного входа, еще и прямой
вход сугубо периферического происхождения, представляющий одно из
звеньев местной рефлекторной дуги ганглионарного уровня. Электрофи-
зиологические характеристики эффекторного нейрона позволяют интегри-
ровать эти сигналы и формировать новый выходной сигнал. Благодаря
этим местным дугам в эфферентном нейроне поддерживается необходи-
мый уровень спонтанной активности и при децентрализации ганглия со-
храняется его рефлекторная функция. У спонтанно активных эфферент-
ных нейронов фоновые разряды характеризуются низкой частотой. Они
могут возникать синхронно пульсовым толчкам, дыхательным и периста-
льтическим движениям. Паттерн и ритм разрядов совпадают с показателя-
ми преганглионарных волокон или активностью волокон местных рефлек-
торных дуг.
3.3.1.1. Симпатическая часть
Симпатическая часть автономной нервной системы (рис. 3.10) имеет
центральный аппарат, или спинномозговой (тораколюмбальный) центр
Якобсона, который представлен симпатическим ядром бокового рога се-
рого вещества спинного мозга. Это ядро простирается от I—II грудных до
II—IV поясничных сегментов. Отростки составляющих ядро клеток назы-
ваются преганглионарными волокнами. Они выходят из спинного мозга в
составе его передних корешков через межпозвоночные отверстия. Вскоре
после выхода симпатические волокна отделяются от двигательных сомати-
ческих и далее в виде белых соединительных ветвей вступают в узлы пог-
раничного симпатического ствола. Часть волокон образуют здесь синапти-
ческие контакты с клетками узлов, часть проходят узлы транзитом и всту-
пают в синаптический контакт либо с клетками других узлов погранично-
го симпатического ствола, либо превертебральных (чревное сплетение,
нижнее брыжеечное сплетение) узлов.
Периферический отдел симпатической части автономной нервной сис-
темы образован эфферентными и чувствительными нейронами и их отро-
стками, располагающимися в удаленных от спинного мозга узлах. В око-
лопозвоночных, или паравертебральных, узлах часть преганглионарных
симпатических волокон синаптически оканчивается на эфферентных
нейронах. Волокна эфферентных нейронов, именуемые постганглионар-
ными, разделяются на две группы. Волокна одной из них в виде серых
соединительных ветвей вновь вступают в соматический нерв и в его со-
ставе без перерыва достигают эффекторного органа (сосуды кожи, мыш-
цы). Волокна другой группы, собравшись в отдельные веточки, образуют
обособленный стволик, направляющийся либо непосредственно к испол-
нительным органам, либо к предпозвоночным узлам, а через них далее
также к исполнительным органам. Постганглионарные волокна в боль-
шинстве своем лишены миелиновой оболочки, поэтому имеют розово-се-
176
рую окраску. Серые ветви отходят от всех узлов пограничного симпати-
ческого ствола, который делится на шейную, грудную, поясничную, кре-
стцовую части.
Предпозвоночные, или превертебральные, узлы лежат на большом расстоя-
нии от ЦНС. На их эффекторных нейронах заканчиваются прошедшие, не
прерываясь через узлы пограничного симпатического ствола, преганглио-
нарные волокна.
Основную массу узлов составляют нервные клетки. В строме ганглиев
найдены чувствительные окончания. В синапсах отчетливо выделяются
пре- и постсинаптические мембраны, отмечается большое количество пу-
зырьков, митохондрий, трубочек эндоплазматической сети.
3.3.1.2. Парасимпатическая часть
Парасимпатическая часть автономной нервной системы имеет общую
структуру, подобную симпатической части: здесь также выделяют центра-
льные и периферические образования. Как и в симпатической части, пе-
редача возбуждения к исполнительному органу осуществляется по двух-
нейронному пути. Вместе с тем ряд признаков отличает парасимпатиче-
скую часть от симпатической:
• во-первых, центральные структуры парасимпатической части располо-
жены в трех различных, далеко отстоящих друг от друга участках мозга;
• во-вторых, характерно наличие значительно более длинных преганглио-
нарных и чрезвычайно коротких постганглионарных волокон;
• в-третьих, парасимпатические волокна иннервируют, как правило, толь-
ко определенные зоны тела, которые также снабжаются симпатической,
а в значительной части, кроме того, и метасимпатической иннервацией.
Центральные образования парасимпатической части автономной нер-
вной системы включают ядра, лежащие в среднем, продолговатом и спин-
ном мозге. В среднем мозге находится парасимпатическое добавочное
ядро глазодвигательного нерва (ядро Якубовича, Вестфаля—Эдингера),
расположенное вблизи передних бугров четверохолмия; в продолговатом
мозге — три пары ядер, от которых начинаются преганглионарные волок-
на, выходящие из мозга в составе IX и X пар черепных нервов (лицевой,
языкоглоточный, блуждающий). Здесь проходят слюноотделительные, сле-
зоотделительные, а также двигательный и секреторный пути для внутрен-
них органов (блуждающий нерв). Парасимпатические ядра спинного мозга
располагаются в области I—III или II—IV крестцовых сегментов в боковых
рогах серого вещества.
Периферические структуры парасимпатической части автономной
нервной системы включают нервные волокна и соответствующие ганглии.
Преганглионарные волокна из среднего мозга выходят сбоку от ножек бо-
льшого мозга в составе глазодвигательного нерва, проникают через глаз-
ную щель в глазницу и синаптически заканчиваются на эффекторных
клетках расположенного в глубине глазницы ресничного узла. От него отхо-
дят два коротких ресничных нерва. Составляющие их постганглионарные
волокна вступают в глазное яблоко, разветвляясь в аккомодационной
мышце и сфинктере зрачка.
В продолговатом мозге нервные волокна из верхнего слюноотделитель-
ного ядра идут в составе лицевого нерва и, покидая его, образуют барабан-
ную струну, которая позже присоединяется к язычному нерву. Последний
177
достигает челюстного, или подъязычного, узла, постганглионарные волокну
которого иннервируют подчелюстную слюнную железу. Преганглионар-
ные волокна, выходящие из нижнего слюноотделительного ядра, вступают
в языкоглоточный нерв и далее попадают в ушной узел. Его постганглио-
нарные волокна являются секреторными для околоушной слюнной желе-
зы. Преганглионарные волокна из ядер слезоотделительного пути через
лицевой нерв вступают в крылонебный узел, постганглионарные волокна
которого достигают слюнной железы, желез слизистой оболочки носа и
неба.
Блуждающий нерв является смешанным: он включает афферентные и
эфферентные парасимпатические, чувствительные и двигательные сомати-
ческие, а также эфферентные симпатические волокна. По выходе из чере-
па нерв образует два последовательно лежащих узла: верхний (яремный) и
нижний (узловой). Верхний узел содержит в основном чувствительные
клетки, аналогичные клеткам спинномозговых узлов. От нижнего узла бе-
рут начало сердечный депрессорный нерв, возвратный гортанный нерв,
пищеводные ветви. У корня легкого от блуждающего нерва отходят соот-
ветствующие веточки к легкому. В брюшной полости нерв переходит на
желудок, формируя желудочное сплетение, от которого отходят стволики в
чревное (солнечное) сплетение. Грудная и брюшная части блуждающего
нерва могут рассматриваться лишь как проводники, связывающие центра-
льные структуры с эффекторным аппаратом мстасимпатической нервной
системы.
Крестцовый отдел парасимпатической части нервной системы пред-
ставлен тазовым нервом, который направляется к поверхности прямой
кишки, где вместе с подчревным симпатическим нервом участвует в обра-
зовании тазового сплетения.
3.3.1.3. Метасимпатическая часть
Структура метасимпатической части отличается относительной просто-
той. Здесь нет ядерных образований и система представлена лишь комп-
лексом интрамуральных ганглионарных структур, залегающих в стенках
полых висцеральных органов. В соответствии с иннервационными терри-
ториями в ней различают энтеральную, кардиальную, респираторную и
другие области. Метасимпатическая часть обладает многими признаками,
которые отличают ее от других частей автономной нервной системы.
Прежде всего эта часть иннервирует только внутренние органы, наделен-
ные моторным ритмом. В сфере ее управления находятся гладкие мышцы,
всасывающий и секретирующий эпителий, локальный кровоток, местные
эндокринные и иммунные элементы. Метасимпатическая часть получает
внешние синаптические входы от симпатической и парасимпатической
частей автономной нервной системы и не имеет прямых синаптических
контактов с эфферентной частью соматической рефлекторной дуги. Мета-
симпатическая часть характеризуется наличием собственного сенсорного
звена. Представляя базовую иннервацию висцеральных органов, она обла-
дает гораздо большей, чем симпатическая и парасимпатическая части ав-
тономной нервной системы, независимостью от ЦНС.
Органы с разрушенными или выключенными с помощью ганглиобло-
каторов метасимпатическими путями утрачивают присущую им способ-
ность к координированной моторной деятельности и другим функцио-
нальным отправлениям.
178
3.3.2. Особенности конструкции автономной
нервной системы
Первое, и основное, отличие строения автономной нервной системы от
строения соматической состоит в расположении эфферентного (мотор-
ный) нейрона (см. рис. 3.9). В соматической нервной системе вставочный
и моторный нейроны располагаются в сером веществе спинного мозга, в
автономной нервной системе эффекторный нейрон вынесен на перифе-
рию, за пределы спинного мозга, и лежит в одном из ганглиев — пара-,
превертебральном или интраорганном. Более того, в метасимпатической
части автономной нервной системы весь рефлекторный аппарат полно-
стью находится в интрамуральных ганглиях и нервных сплетениях внут-
ренних органов.
Второе отличие касается выхода нервных волокон из ЦНС. Соматиче-
ские нервные волокна покидают спинной мозг сегментарно и перекры-
вают иннервацией не менее трех смежных метамеров. Волокна же авто-
номной нервной системы выходят из трех участков ЦНС — головного
мозга, грудопоясничного и крестцового отделов спинного мозга. Они
иннервируют все органы и ткани без исключения. Большинство висце-
ральных систем имеет тройную — симпатическую, парасимпатическую и
метасимпатическую — иннервацию.
Третье отличие касается иннервации органов соматической и автоном-
ной нервной системой. Перерезка у животных вентральных корешков
спинного мозга сопровождается полным перерождением всех сомати-
ческих эфферентных волокон. Она не затрагивает дуги автономного
рефлекса ввиду того, что ее эффекторный нейрон вынесен в пара- или
превертебральный ганглий. В этих условиях эффекторный орган уп-
равляется импульсами данного нейрона. Именно это обстоятельство
подчеркивает относительную автономию указанного отдела нервной
системы.
Четвертое отличие относится к свойствам нервных волокон. В автоном-
ной нервной системе они в большинстве своем безмиелиновые или тон-
кие миелиновые, как, например, преганглионарные волокна, диаметр
которых не превышает 5 мкм (волокна типа В). Постганглионарные
волокна еще тоньше, большая часть их лишена миелиновой оболочки
(тип С). В отличие от них соматические эфферентные волокна толстые,
миелиновые, диаметр их составляет 12—14 мкм. Кроме того, пре- и
постганглионарные волокна отличаются низкой возбудимостью. Для
вызова в них ответной реакции необходима значительно большая, чем
для моторных соматических волокон, сила раздражения. Волокна авто-
номной нервной системы характеризуются большим рефракторным пе-
риодом и большой хронаксией (1,0—2,0 и 0,1—0,8 сигмы соответствен-
но). Скорость распространения по ним нервных импульсов невелика и
составляет в преганглионарных волокнах до 18 м/с, в постганглионар-
ных — до 3 м/с. Потенциалы действия волокон автономной нервной си-
стемы характеризуются большей, чем в соматических эфферентах, дли-
тельностью. Их возникновение в преганглионарных волокнах сопро-
вождается продолжительным следовым положительным потенциалом,
в постганглионарных волокнах — следовым отрицательным потенциа-
лом с последующей продолжительной следовой гиперполяризацией
(300-400 мс).
179
3.3.3. Автономный (вегетативный) тонус
В естественных условиях симпатические и парасимпатические центры,
а также эффекторные нейроны мстасимпатической части автономной нер-
вной системы находятся в состоянии непрерывного возбуждения, полу-
чившего название «тонус». Характерной особенностью тонического влия-
ния является длительное поддержание внешнего эффекта, который отра-
жается на функциональном состоянии сосудистой стенки, сердечной
мышцы, висцеральных органов в целом.
Тоническое состояние можно непосредственно зарегистрировать в от-
дельных волокнах и клетках всех трех частей автономной нервной систе-
мы и оценить по показателям их активности. Частота тонических разря-
дов в пре- и постганглионарных симпатических волокнах составляет от
0,1 до 5,0 имп/с и находится в зависимости от иннервируемых гладко-
мышечных органов, которые имеют в свою очередь и собственный база-
льный мышечный тонус. Тонус можно оценить еще и косвенно. В этом
случае основным показателем является изменение деятельности органа
после перерезки или электрической стимуляции иннервирующих его во-
локон. Иллюстрацией этого могут служить классические опыты с одно-
временной перерезкой на шее собаки обоих блуждающих нервов и
односторонней перерезкой на шее кролика симпатического нерва. Пере-
резка блуждающих нервов вызывает отчетливое учащение сердечного
ритма. Перерезка шейного симпатического ствола сопровождается не-
медленным расширением сосудов уха на стороне перерезки, что является
результатом исключения возбуждающего сосудосуживающего влияния.
Стимуляция периферических концов перерезанных нервов с частотой
1—2 имп/с приводит к восстановлению исходного сердечного ритма в
опытах с перерезкой блуждающих нервов и полному возвращению к
уровню сужения сосудов уха, который был до перерезки симпатического
ствола.
Преобладание парасимпатического тонуса обычно оценивают на осно-
вании частоты сердечных сокращений (ЧСС). Тоническая импульсация,
следующая из центров продолговатого мозга по волокнам блуждающих
нервов, оказывает на сердце отрицательное хронотропное действие, сни-
жая ЧСС. Напротив, ослабление тонуса ведет к учащению сердечного
ритма.
Исключительна роль симпатической части автономной нервной систе-
мы и в создании общего сосудистого тонуса. Тонические влияния из сосу-
додвигательного центра приспосабливают сосуды мелкого и среднего диа-
метра к местным и общим потребностям организма. В своих тонических
влияниях симпатическая часть автономной нервной системы часто взаи-
модействует с мозговым веществом надпочечников. В этом случае сосудо-
суживающие реакции усиливаются выбросом адреналина, возникающим в
результате активации надпочечников под действием импульсов из сосу-
додвигательного центра.
Преобладание тонических влияний парасимпатической и симпатиче-
ской частей автономной нервной системы послужило основанием для со-
здания конституционной классификации. Согласно этой классификации,
преобладание в организме тонуса парасимпатической части автономной
нервной системы именуется ваготонией, симпатической — симпатикото-
нией.
Ваготония характеризуется замедленным пульсом, склонностью к по-
краснениям, потливостью, желудочными расстройствами. Для симпатико-
J80
Рис. 3.11. Функциональный модуль метасимпатической части автономной нер-
вной системы.
1 — чувствительный нейрон; 2 — интернейрон; 3 — эфферентный нейрон; 4 — постганглио-
нарный симпатический нейрон и его волокна; 5 — преганглионарный симпатический ней-
рон и его волокна; 6 — преганглионарный парасимпатический нейрон и его волокна.
тонии, напротив, типичными являются учащенный пульс, склонность к
артериальной гипертензии и др. Чистые формы ваготонии и симпатикото-
нии встречаются исключительно редко.
Многие стороны природы тонической активности остаются малоизве-
стными. Считают, что тонус ядерных образований формируется преиму-
щественно благодаря притоку сенсорной информации из рефлексоген-
ных зон, отдельных групп интерорецепторов, а также соматических ре-
цепторов. При этом не исключается и существование собственных води-
телей ритма — пейсмекеров, локализованных в основном в продолгова-
том мозге.
В пользу такой точки зрения свидетельствует возникновение тахикар-
дии после денервации каротидного синуса (sinus caroticus) или области
дуги аорты, а также исчезновение разрядов в сердечных веточках блужда-
ющих нервов при снижении артериального давления. Особенностью мета-
симпатической части автономной нервной системы является существова-
ние в ее функциональных модулях специальных клеток-осцилляторов, так
называемых водителей ритма (рис, 3.11). Эти клетки не имеют синаптиче-
ских входов, на их функцию не влияют ганглиоблокаторы и вещества ме-
диаторного типа, однако сами они синаптически связаны со вставочными
и эффекторными нейронами. Спонтанная деполяризация этих водителей
ритма создает и постоянно поддерживает необходимый уровень тониче-
ской активности.
В целом тонус автономной нервной системы рассматривают как одно
из проявлений гомеостатического состояния и одновременно как один из
механизмов его стабилизации.
181
3.3.4. Синаптическая передача возбуждения в автономной
нервной системе
Основным способом передачи возбуждения в автономной нервной сис-
теме является химический. Он осуществляется по определенным законо-
мерностям, среди которых выделяют два принципа. Первый (принцип Дей-
ла) заключается в том, что нейрон со всеми отростками выделяет один ме-
диатор. Как стало теперь известно, наряду с основным в этом нейроне мо-
гут присутствовать также другие передатчики и участвующие в их синтезе
вещества. Согласно второму принципу, действие каждого медиатора на
нейрон или эффектор зависит от природы рецептора постсинаптической
мембраны.
В автономной нервной системе насчитывают более десяти видов нер-
вных клеток, которые продуцируют в качестве основных разные медиато-
ры: ацетилхолин, норадреналин, серотонин и другие биогенные амины,
аминокислоты, АТФ. В зависимости от того, какой основной медиатор
выделяется окончаниями аксонов автономных нейронов, эти клетки при-
нято называть холинергическими, адренергическими, серотонинергиче-
скими, пуринергическими, пептидергическими и др.
Каждый из медиаторов выполняет передаточную функцию, как прави-
ло, в определенных звеньях дуги автономного рефлекса. Так, ацетилхолин
выделяется в окончаниях всех преганглионарных симпатических и пара-
симпатических нейронов, а также большинства постганглионарных пара-
симпатических окончаний. Кроме того, часть постганглионарных симпа-
тических волокон, иннервирующих потовые железы и, по-видимому, вазо-
дилататоры скелетных мышц также осуществляют передачу с помощью
ацетилхолина. В свою очередь норадреналин является медиатором в пост-
ганглионарных симпатических окончаниях (за исключением нервов пото-
вых желез и симпатических вазодилататоров) — сосудов сердца, печени,
селезенки.
Медиатор, освобождающийся в пресинаптических терминалях под вли-
янием приходящих нервных импульсов, взаимодействует со специфиче-
ским белком-рецептором постсинаптической мембраны и образует с ним
комплексное соединение. Белок, с которым взаимодействует ацетилхолин,
носит название холинорецептора', адреналин или норадреналин — адрено-
рецептора и др. Местом локализации рецепторов различных медиаторов
является не только постсинаптическая мембрана. Обнаружено существо-
вание и специальных пресинаптических рецепторов.
Помимо холино-, адрено-, пуринорецепторов, в периферической части
автономной нервной системы имеются рецепторы пептидов, дофамина,
простагландинов.
Характерной реакцией автономной нервной системы является повыше-
ние ее чувствительности к медиаторам после денервации органов. Напри-
мер, после ваготомии орган обладает повышенной чувствительностью к
ацетилхолину, соответственно после симпатэктомии — к норадреналину.
Полагают, что в основе этого явления лежит возрастание числа соответст-
вующих рецепторов постсинаптической мембраны, а также снижение со-
держания или активности ферментов, расщепляющих медиатор (ацетилхо-
линэстераза, моноаминоксидаза и др.).
В автономной нервной системе, помимо обычных эффекторных ней-
ронов, существуют еще специальные клетки, соответствующие постганг-
лионарным структурам и выполняющие их функцию. Передача возбужде-
ния к ним осуществляется обычным химическим путем, а отвечают они
182
эндокринным способом. Эти клетки получили название трансдукторов.
Их аксоны нс формируют синаптических контактов с эффекторными ор-
ганами, а свободно заканчиваются вокруг сосудов, с которыми образуют
так называемые гемальные органы. К трансдукторам относят следующие
клетки:
• хромаффинные клетки мозгового слоя надпочечников, которые на холи-
нергический передатчик преганглионарного симпатического окончания
отвечают выделением адреналина и норадреналина;
• юкстагломерулярные клетки почки, которые отвечают на адренергиче-
ский передатчик постганглионарного симпатического волокна выделе-
нием в кровяное русло ренина;
• нейроны гипоталамических супраоптического и паравентрикулярного
ядер, реагирующие на синаптический приток разной природы выделе-
нием вазопрессина и окситоцина;
• нейроны ядер гипоталамуса.
Действие основных классических медиаторов может быть воспроизве-
дено с помощью фармакологических препаратов. Например, никотин вы-
зывает эффект, подобный эффекту ацетилхолина, при действии на пост-
синаптическую мембрану постганглионарного нейрона, в то время как
сложные эфиры холина и токсин мухомора мускарин — на постсинапти-
ческую мембрану эффекторной клетки висцерального органа. Следовате-
льно, никотин вмешивается в межнейронную передачу в автономном
ганглии, мускарин — в нейроэффекторную передачу в исполнительном
органе. На этом основании считают, что имеется соответственно два
типа холинорецепторов: никотиновые (Н-холинорецепторы) и мускарино-
вые (М-холинорецепторы). В зависимости от чувствительности к различ-
ным катехоламинам адренорецепторы делят на а-адренорецепторы и р-ад-
ренорецепторы. Их существование установлено посредством фармаколо-
гических препаратов, избирательно действующих на определенный вид
адренорецепторов.
В ряде висцеральных органов, реагирующих на катехоламины, нахо-
дятся оба вида адренорецепторов, но результаты их возбуждения бывают,
как правило, противоположными (табл. 3.2). Например, в кровеносных
сосудах скелетных мышц имеются а- и p-адренорецепторы. Возбуждение
а-адренорецепторов приводит к сужению, а p-адренорецепторов — к рас-
ширению артериол. Оба вида адренорецепторов обнаружены и в стенке
Кишки, однако реакция органа при возбуждении каждого из видов будет
однозначно характеризоваться торможением активности гладких мы-
шечных клеток. В сердце и бронхах нет а-адренорецепторов, и медиа-
тор взаимодействует только с p-адренорецепторами, что сопровождается
Усилением сердечных сокращений и расширением бронхов. В связи с тем
Что норадреналин вызывает наибольшее возбуждение р-адренорецепто-
ров сердечной мышцы и слабую реакцию бронхов, трахеи, сосудов, пер-
вые стали называть $ {-адренорецепторами, вторые — р^-одренорецеито-
рами.
При действии на мембрану гладкой мышечной клетки адреналин и
норадреналин активируют находящуюся в клеточной мембране аденилат-
Циклазу. При наличии ионов Mg2+ этот фермент катализирует образова-
ние в клетке цАМФ (циклический 3’,5’-аденозин-монофосфата) из АТФ.
Последний продукт в свою очередь вызывает ряд физиологических эф-
фектов, активируя энергетический обмен, стимулируя сердечную деяте-
льность.
183
Т а б л и ц а 3 2. Показатели изменения функции различных органов при стимуля-
ции симпатических и парасимпатических нервов
Орган или система Симпатические влияния и адренорецепторы Парасимпати- ческие влияния
влияния рецепторы
Пищеварительный тракт: • продольные и циркулярные Ослабление могори- а, Р Усиление
мышцы ки моторики
• сфинктеры Сокращение а Расслабление
Мочевой пузырь: 9 детрузор Расслабление р Сокращение
• внутренний сфинктер Сокращение а I
Бронхиальные мышцы Расслабление р Сокращение
Внутриглазные гладкие мышцы: 9 мышца, расширяющая зрачок Сокращение а
• сфинктер зрачка — Сокращение
• цилиарная мышца Расслабление р »
Пиломоторные мышцы Половые органы: Сокращение а
9 семенные пузырьки Сокращение а
• семявыносящий проток » а
• матка (в зависимости от гормона- Расслабление Р —
льного фона) Сердце: 9 ритм Ускорение Р Замедление
• сила сокращений Увеличение Р Ослабление
Кровеносные сосуды' • артерии кожи • артерии брюшной полости Сужение
• артерии скелетных мышц • артерии коронарные Сужение, расширение а —
• сосуды мозга Сужение а Расширение^)
• артерии половых органов » а Расширение
• вены » а
Экзокринные железы:
• слюнные Секреция а Секреция
• слезные — —
• пищеварительные Снижение секреции — —
• потовые Секреция холинер-
гическая
Метаболизм
• печень Гликогенолиз, глюконеогенез
• жировые клетки Липолиз р
• секреция инсулина Снижение р
184
Особенностью адренергического нейрона является то, что он обладает
чрезвычайно длинными тонкими аксонами, которые разветвляются в ор-
ганах и образуют густые сплетения. Общая длина таких аксонных терми-
налей может достигать 30 см. По ходу терминалей имеются многочислен-
ные расширения — варикозы, в которых синтезируется, запасается и вы-
деляется медиатор. С приходом импульса норадреналин одновременно вы-
деляется из многочисленных расширений, действуя сразу на большую
площадь гладкомышечной ткани. Таким образом, деполяризация мышеч-
ных клеток сопровождается одновременным сокращением всего органа.
Различные лекарственные средства, оказывающие на эффекторный
орган действие, аналогичное действию постганглионарного волокна
(симпатический, парасимпатический и др.), получили название мимети-
ков (адрено-, холиномиметики). Наряду с этим имеются и вещества, из-
бирательно блокирующие функцию рецепторов постсинаптической мем-
браны (ганглиоблокаторы). Например, аммониевые соединения избира-
тельно выключают Н-холинорецепторы, а атропин и скополамин —
М-холинорецепторы.
Классические медиаторы выполняют не только функцию передатчиков
возбуждения, но обладают и общебиологическим действием. К ацетилхо-
лину наиболее чувствительна сердечно-сосудистая система; он вызывает и
усиленную моторику пищеварительного тракта, активируя одновременно
деятельность пищеварительных желез, сокращает мускулатуру бронхов и
понижает бронхиальную секрецию. Под влиянием норадреналина повыша-
ется систолическое и диастолическое давление без изменения сердечного
ритма, усиливаются сердечные сокращения, снижается секреция желудка
и кишки, расслабляется гладкая мускулатура кишки и др.
Более разнообразным диапазоном действий характеризуется адреналин.
Посредством одновременной стимуляции ино-, хроно- и дромотропной
функций адреналин повышает сердечный выброс, оказывает расширяю-
щее и антиспазматическое действие на мускулатуру бронхов, тормозит мо-
торику пищеварительного тракта, расслабляет стенки органов, но тормо-
зит деятельность сфинктеров, секрецию желез пищеварительного тракта.
В тканях всех видов животных обнаружен серотонин (5-окситрипта-
мин). В мозге он содержится преимущественно в структурах, имеющих от-
ношение к регуляции висцеральных функций, на периферии продуцирует-
ся энтерохромаффинными клетками кишки. Серотонин является одним из
основных медиаторов мстасимпатической части автономной нервной сис-
темы, участвующим преимущественно в нейроэффекторной передаче, и
выполняет также медиаторную функцию в центральных образованиях. Из-
вестно три типа серотонинергических рецепторов — Д, М, Т. Рецепторы
Д-типа локализованы в основном в гладких мышцах и блокируются диэ-
тиламидом лизергиновой кислоты. Взаимодействие серотонина с этими
рецепторами сопровождается мышечным сокращением. Рецепторы М-ти-
па характерны для большинства автономных ганглиев; блокируются мор-
фином. Связываясь с этими рецепторами, передатчик вызывает гангли-
остимулирующий эффект. Рецепторы Т-типа, обнаруженные в сердечной
и легочной рефлексогенных зонах, блокируются тиопендолом. Действуя
на эти рецепторы, серотонин участвует в осуществлении коронарных и ле-
гочных хеморефлексов. Серотонин способен оказывать прямое действие
на гладкую мускулатуру. В сосудистой системе оно проявляется в виде
констрикторных или дилататорных реакций. При прямом действии сокра-
щается мускулатура бронхов, при рефлекторном — изменяются дыхатель-
ный ритм и легочная вентиляция. Особенно чувствительна к серотонину
185
пищеварительная система. На введение серотонина она реагирует началь-
ной спастической реакцией, переходящей в ритмические сокращения с
повышенным тонусом и завершающейся торможением активности.
Для многих висцеральных органов характерной является пуринергиче-
ская передача, названная так вследствие того, что при стимуляции преси-
наптических терминалей выделяются аденозин и инозин — пуриновые
продукты распада. Медиатором же в этом случае является АТФ. Местом ее
выделения служат пресинаптические терминалы эффекторных нейронов
метасимпатической части автономной нервной системы.
Выделившийся в синаптическую щель АТФ взаимодействует с пурино-
рецепторами постсинаптической мембраны двух типов. Пуринорецепторы
первого типа более чувствительны к аденозину, второго — к АТФ. Дейст-
вие медиатора направлено преимущественно на гладкую мускулатуру и
проявляется в виде ее релаксации. В механизме кишечной пропульсии пу-
ринергические нейроны являются главной антагонистической тормозной
системой по отношению к возбуждающей холинергической системе. Пу-
ринергические нейроны участвуют в осуществлении нисходящего тормо-
жения, в механизмах рецептивной релаксации желудка, расслабления пи-
щеводного и анального сфинктеров. Сокращения кишечника, возникаю-
щие вслед за пуринергически вызванным расслаблением, обеспечивают
соответствующий механизм прохождения пищевого комка.
В числе медиаторов может быть гистамин. Он широко распространен в
различных органах и тканях, особенно в пищеварительном тракте, легких,
коже. Среди структур автономной нервной системы наибольшее количест-
во гистамина содержится в постганглионарных симпатических волокнах.
На основании ответных реакций в некоторых тканях обнаружены и специ-
фические гистаминовые (Н-): Hi- и Н2-рецепторы. Классическим действи-
ем гистамина является повышение капиллярной проницаемости и сокра-
щение гладкой мускулатуры. В свободном состоянии гистамин снижает
кровяное давление, уменьшает ЧСС, стимулирует симпатические ганглии.
На межнейронную передачу возбуждения в ганглиях автономной нер-
вной системы тормозное влияние оказывает ГАМК. Как медиатор она мо-
жет принимать участие в возникновении пресинаптического торможения.
Большие концентрации различных пептидов, особенно вещества П, в
тканях пищеварительного тракта, гипоталамуса, задних корешков спинно-
го мозга, а также эффекты стимуляции последних и другие показатели по-
служили основанием считать это вещество медиатором чувствительных
нервных клеток.
Помимо классических медиаторов и «кандидатов» в медиаторы, в регу-
ляции деятельности исполнительных органов участвует еще большое чис-
ло биологически активных веществ — местных гормонов. Они регулируют
тонус, оказывают корригирующее влияние на деятельность автономной
нервной системы; им принадлежит существенная роль в координации
нейрогуморальной передачи, в механизмах выделения и действия медиато-
ров.
В комплексе активных факторов видное место занимают простагланди-
ны, которых много содержится в волокнах блуждающего нерва. Отсюда
они выделяются спонтанно либо под влиянием стимуляции. Существует
несколько классов простагландинов: Е, G, А, В. Их основное действие —
возбуждение гладких мышц, угнетение желудочной секреции, релаксация
мускулатуры бронхов. На сердечно-сосудистую систему они оказывают
разнонаправленное действие: простагландины класса А и Е вызывают ва-
зодилатацию и гипотензию, класса G — вазоконстрикцию и гипертензию.
186
3.3.5. Влияние автономной нервной системы на функции
тканей и органов
Главной функцией автономной нервной системы является регулирова-
ние процессов жизнедеятельности органов тела, согласование и приспо-
собление их работы к общим нуждам и потребностям организма в услови-
ях окружающей среды. Выражением этой функции служит регуляция ме-
таболизма, возбудимости и других сторон деятельности органов и самой
ЦНС. В этом случае управление работой тканей, органов и систем осуще-
ствляется посредством двух типов влияний пусковых и корригирующих.
Пусковые влияния используются в случае, если работа исполнительного
органа не является постоянной, а возникает лишь с приходом к нему им-
пульсов по волокнам автономной нервной системы. Если же орган облада-
ет автоматизмом и его функция осуществляется непрерывно, то автоном-
ная нервная система посредством своих влияний может усиливать или
ослаблять его деятельность в зависимости от потребности — это корригиру-
ющие влияния. Пусковые влияния могут дополняться корригирующими.
Влияние автономной нервной системы на висцеральные функции. Все
структуры и системы организма иннервируются волокнами автономной
нервной системы. Многие из них имеют двойную, а полые висцеральные
органы даже тройную (симпатическая, парасимпатическая и метасимпати-
ческая) иннервацию. Изучение роли каждой из них обычно осуществляют
с помощью электрического раздражения, хирургического или фармаколо-
гического выключения, химической стимуляции и др.
Так, сильное раздражение симпатических волокон вызывает учащение
сердечных сокращений, увеличение силы сокращения сердца, расслабле-
ние мускулатуры бронхов, снижение моторной активности желудка и ки-
шечника, расслабление желчного пузыря, сокращение сфинктеров и дру-
гие эффекты. Раздражение блуждающего нерва характеризуется противо-
положным действием: уменьшается ритм и сила сердечных сокращений,
расширяются сосуды языка, слюнных желез, половых органов, суживают-
ся бронхи, активизируется работа желудочных желез, расслабляются
сфинктеры мочевого пузыря и сокращается его мускулатура.
Эти наблюдения послужили основанием для представления о существо-
вании «антагонистических» отношений между симпатической и парасим-
патической частями автономной нервной системы. Их взаимоотношение
уподоблялось коромыслу весов, в которых подъем на определенный уро-
вень одной чаши сопровождается снижением на такой же уровень другой.
Представлению «уравновешивания» симпатических влияний парасим-
патическими противоречит ряд фактов: например, слюноотделение стиму-
лируется раздражением волокон симпатической и парасимпатической
природы, так что здесь проявляется согласованная реакция, необходимая
для пищеварения; ряд органов и тканей снабжается только либо симпати-
ческими, либо парасимпатическими волокнами. К таким органам относят-
ся многие кровеносные сосуды, селезенка, мозговой слой надпочечников,
некоторые экзокринные железы, органы чувств и ЦНС.
Известно, что многие внутренние органы, извлеченные из организма,
продолжают выполнять присущие им функции. Например, сохраняется
перистальтическая и всасывательная функция кишки. Такая относитель-
ная функциональная независимость объясняется наличием в стенках этих
органов метасимпатической части автономной нервной системы, которая
обладает собственным нейрогенным ритмом, имеет полный набор необхо-
димых для самостоятельной рефлекторной деятельности звеньев — сен-
187
сорного, ассоциативного, эффекторного с соответствующим медиаторным
обеспечением. В составе этой системы имеются собственные сенсорные
элементы (механо-, хсмо-, термо-, осморецепторы), которые посылают в
свои внутренние сети информацию о состоянии иннервируемого органа, а
также способны передавать сигналы в ЦНС. Сфера иннервации метасим-
патической части автономной нервной системы ограничена и охватывает
сугубо внутренние органы, и далеко не все. Для этих органов метасимпа-
тическая иннервация является базовой, все звенья ее рефлекторного пути
локализуются только в интрамуральных ганглиях. Метасимпатическая
часть не имеет своего центрального аппарата, и ее эфферентные связи с
центральными структурами опосредованы нейронами симпатической и
парасимпатической частей автономной нервной системы, образующими
синаптические контакты на телах и отростках метасимпатических интер-
нейронов и эффекторных нейронов.
Мнение о том, что метасимпатическая часть автономной нервной сис-
темы является диффузным парасимпатическим ганглием, в котором пря-
мые синаптические контакты между преганглионарными волокнами и
ганглионарными клетками являются основой для управления (например,
сердечной, желудочной или кишечной функции), при экспериментальном
рассмотрении не подтверждается. Несостоятельно также и представление
о метасимпатической части автономной нервной системы как о третьем
нейроне в эфферентном звене симпатического пути. Метасимпатическая
часть автономной нервной системы — это относительно независимая са-
мостоятельная интегративная система. Ее функцию можно уподобить
микропроцессору, расположенному в непосредственной близости от эф-
фекторов (гладкая мышца, всасывающий и экскретирующий эпителий,
экзокринные и эндокринные элементы), которые ею контролируются и
регулируются.
Невыгодность размещения в ЦНС аппарата, необходимого для посто-
янного и непрерывного контроля за каждой из висцеральных функций,
подтверждается тем, что только метасимпатическая часть автономной нер-
вной системы в кишечнике имеет такое же число клеток (МО8), что и весь
спинной мозг, а число метасимпатических нейронов, приходящихся на
1 см2 поверхности кишечника, составляет около 20 000. Существование
специальных местных метасимпатических механизмов регуляции функций
имеет определенный физиологический смысл. Их наличие увеличивает
надежность регуляции функций. Эта регуляция может происходить в слу-
чае выключения связи с центральными структурами. При этом ЦНС осво-
бождается от избыточной информации.
Основная функциональная роль метасимпатической части автономной
нервной системы состоит в осуществлении механизмов, обеспечивающих
гомеостазис — относительное динамическое постоянство внутренней сре-
ды и устойчивость основных физиологических функций. В отличие от нее
симпатическая часть автономной нервной системы рассматривается как
система тревоги, мобилизации защитных сил и ресурсов для активного
взаимодействия с факторами среды. Задачу восстановления и поддержа-
ния этого постоянства, нарушенного в результате возбуждения симпатиче-
ской части автономной нервной системы, берут на себя метасимпатиче-
ская и отчасти парасимпатическая части автономной нервной системы.
Автономные (вегетативные) рефлексы. Переключение висцеральных аф-
ферентных сигналов на эфферентные клетки может происходить в пери-
ферических образованиях автономной нервной системы: пара-, превертеб-
ральных и интрамуральных ганглиях, называемых низшими рефлекторны-
188
ми центрами, а также на спинальном уровне. В спинальных структурах
имеется специальный интернейронный аппарат, осуществляющий первич-
ную обработку сенсорных сигналов. Этот аппарат соединен с клетками бо-
ковых рогов спинного мозга и может согласовывать афферентные сигна-
лы, поступающие одновременно из различных рецептивных зон при раз-
дражении интеро- и экстероцепторов. Интеграция висцеральных и сома-
тических сигналов не ограничивается сегментарным спинномозговым
уровнем и в определенных условиях может осуществляться уровнями бо-
лее высокого порядка (см. рис. 3.9). Их координация осуществляется в
центрах, расположенных в ретикулярной формации ствола мозга, мозжеч-
ке, гипоталамусе, лимбических образованиях и в коре большого мозга.
Процессы в автономной и соматической нервной системе тесно связа-
ны, хотя в ответ на раздражение висцеральных афферентных волокон ав-
тономная и соматическая система вовлекаются в разной степени. Реф-
лексы в этом случае разделяются на висцеро-висцеральные, висцеросо-
матические и висцеросенсорные. Уместно назвать соматовисцеральный
рефлекс, а также отметить, что в клинической практике существенное
значение отводится еще висцеродермальным и дермовисцеральным реф-
лексам.
Висцеро-висцералъный рефлекс включает пути, в которых возбуждение
возникает и заканчивается во внутренних органах. В этом случае рефлек-
торные дуги могут быть разного уровня. Одни замыкаются в интрамураль-
ных ганглиях и обеспечиваются метасимпатической иннервацией, дру-
гие — в пара- и превертебральных симпатических узлах, наконец, третьи
имеют спинальный и более высокий уровень замыкания.
При висцеро-висцеральном рефлексе внутренний орган может отвечать
двояко: либо торможением, либо усилением функций. К числу таких реф-
лексов относится классический рефлекс Гольца: механическое раздраже-
ние брыжейки вызывает замедление ЧСС. Другим примером служит раз-
дражение рецепторов пищеварительного тракта, сопровождающееся
ослаблением тонуса мышц, суживающих зрачок. Раздражение каротидной
или аортальной рефлексогенных зон влечет за собой изменение интенсив-
ности дыхания, уровня кровяного давления, частоты сердечных сокраще-
ний.
Разновидностью висцеро-висцерального является аксон-рефлекс. Это
понятие охватывает рефлекторные процессы, осуществляющиеся по раз-
ветвлениям аксона без участия тела нервной клетки. Возбуждение возни-
кает в одной ветви аксона, затем переходит на другую и по ней направля-
ется к исполнительному органу, вызывая соответствующую реакцию. Есть
и другое объяснение аксон-рефлекса. Экспериментально доказано, что
при возбуждении непосредственно рецепторов из рецепторных мембран
выделяются биологически активные вещества типа АТФ и разнообразных
пептидов, обладающих вазодилататорным действием, которые вызывают
соответствующий эффект.
Понятие аксон-рефлекса используется довольно широко. Им, напри-
мер, объясняют механизм возникновения сосудистой реакции при раздра-
жении кожных болевых рецепторов. Аксон-рефлекс удается воспроизвести
Даже после удаления спинного мозга, а также дегенерации симпатических
волокон, иннервирующих сосудистую стенку исследуемой области.
Висцеросоматический рефлекс также возникает при раздражении внут-
ренних органов и в дополнение к висцеральным вызывает появление со-
матических реакций. Они выражаются, например, в изменении текущей
активности, сокращении или расслаблении скелетных мышц. Примером
189
такой реакции может служить торможение общей двигательной активно-
сти организма при раздражении чувствительных окончаний синокаротид-
ной зоны, а также сокращение мышц брюшной стенки или подергивание
конечностей при раздражении рецепторов пищеварительного тракта.
Висцеросенсорный рефлекс осуществляется по тем же путям, что и вис-
церосоматический, но для его вызова необходимо продолжительное и си-
льное воздействие. Реакция возникает не только во внутренних органах,
соматической мышечной системе, но в дополнение к этому изменяется и
соматическая чувствительность. Зона повышенного восприятия обычно
ограничивается участком кожи, иннервируемым сегментом, к которому
поступают импульсы от раздражаемого висцерального органа. Механизм
этого явления основан на том, что висцеральные и кожные чувствитель-
ные волокна конвергируют на одних и тех же нейронах спиноталамиче-
ского пути, в промежуточных структурах происходит потеря специфично-
сти информации, в результате чего ядерные структуры ЦНС и кора боль-
шого мозга связывают возникающее возбуждение с раздражением опреде-
ленной области кожной поверхности.
Среди рефлексов этого типа особое значение придают висцеродермаль-
ному рефлексу, при котором раздражение внутренних органов сопровожда-
ется изменением потоотделения, электрического сопротивления (электро-
проводимости) кожи, изменением кожной чувствительности. Вследствие
сегментарной организации автономной и соматической иннервации на
ограниченных участках поверхности тела, топография которых различна в
зависимости от того, какой орган раздражается, при заболевании внутрен-
них органов возникает повышение тактильной и болевой чувствительно-
сти определенных областей кожи вплоть до болевых ощущений. Эти боли
названы отраженными, а области их проявления — зонами Захарьи-
на—Геда.
Существует и соматовисцеральный рефлекс, разновидностью которого
является дермовисцеральный. Он выражается в том, что при раздражении
некоторых областей поверхности тела возникают сосудистые реакции и
изменения функций определенных висцеральных органов. Это явление
послужило основанием для возникновения целого направления клиниче-
ской медицины — рефлексотерапии.
Адаптационно-трофическая функция симпатической части автономной
нервной системы. Л.А. Орбели и сотр. провели исследование функциональ-
ного значения симпатической иннервации для скелетных мышц, что по-
зволило им сформулировать учение об адаптационно-трофическом влия-
нии симпатической части автономной нервной системы. В этом влиянии
было выделено два неразрывно связанных компонента: влияния адаптаци-
онные и влияния трофические, лежащие в основе адаптационных.
Под адаптационными понимают влияния симпатической части авто-
номной нервной системы, в результате которых происходит приспособле-
ние органов к выполнению тех или иных функциональных нагрузок.
Сдвиги наступают благодаря тому, что симпатические влияния оказывают
на органы трофическое действие, которое выражается в изменении скоро-
сти протекания метаболических процессов.
А.Г. Гинецинский, изучая влияние симпатических волокон на скелет-
ную мышцу лягушки, обнаружил, что утомленная до полной неспособно-
сти сокращаться мышца начинает отвечать на стимуляцию моторных нер-
вов после раздражения ее симпатических волокон вначале слабыми, а по-
том все более сильными сокращениями (рис. 3.12). Оказалось, что при
стимуляции симпатических волокон мышца приобретала способность к
190
llllfeiilliiMllMlI
Рис. 3.12. Влияние раздражения симпатических волокон на кривую мышечного
утомления изолированном икроножном лягушки (по Орбели—Гинецинскому).
Сокращения утомляемой мышцы вызываются ритмическим (30 имп/мин) раздражением со-
матических двигательных волокон Моменты раздражения симпатического нерва отмечены
поднятием сигнальной линии
развитию более сильного напряжения и более длительного его поддержа-
ния даже в условиях тетанического возбуждения. В мышце в этот момент
происходят укорочение хронаксии, облегчение перехода возбуждения с
нерва на мышцу, повышение чувствительности к ацетилхолину, измене-
ние упруговязких свойств и электрической проводимости, повышение по-
требления кислорода В миокарде под влиянием раздражения симпатиче-
ских волокон изменяются потребление кислорода, содержание гликогена,
креатинфосфата, АТФ, актомиозина, РНК, ДНК, фосфолипидов, гуанин-,
аденин-, урацил нуклеотидов в активности ряда ферментов.
Эти влияния распространяются не только на мышечную деятельность,
но относятся к работе рецепторов, синапсов, различных отделов ЦНС, эн-
докринных желез, к протеканию безусловных спинномозговых, вазомо-
торных и дыхательных рефлексов, а также условнорефлекторной деятель-
ности. Эффекты адаптационно-трофического влияния, полученные снача-
ла при раздражении симпатических волокон, полностью воспроизводятся
раздражением гипоталамической области. Следовательно, в организме
адаптационно-трофические влияния могут осуществляться рефлекторно
(посредством стимуляции рецепторов чувствительных путей), а также и
путем непосредственного раздражения гипоталамических центров, нейро-
ны которых могут возбуждаться образуемыми местно или приносимыми с
кровью биологически активными веществами Таким образом, адаптаци-
онно-трофическое влияние симпатической части автономной нервной си-
стемы, не являясь пусковым, модулирует функциональную активность
того или иного органа — рецепцию, проведение возбуждения, медиацию,
сокращение, секрецию и др и приспосабливает его к потребностям орга-
низма.
Изучение физиологических и биохимических механизмов, лежащих в
основе регуляторных влияний симпатической части автономной нервной
системы на мышечную ткань, показало, что скелетные мышцы позвоноч-
ных животных не имеют специальной симпатической иннервации и ее
влияния осуществляются за счет медиаторов — адреналина и норадрена-
лина. Медиаторы достигают моторных пластинок и мышечных волокон
путем диффузии. Эти вещества восстанавливают и облегчают нервно-мы-
шечную передачу, увеличивают выделение ацетилхолина волокнами двига-
тельных нервов Медиаторы участвуют также в мобилизации энергетиче-
ских ресурсов клетки, оказывая влияние на различные пути метаболизма
через систему цАМФ, способствуют восстановлению функции утомленной
191
мышцы. Катехоламины могут также увеличивать силу мышечного сокра-
щения путем усиления процессов транспорта кальция внутри клетки.
В различных органах симпатические окончания по-разному расположе-
ны по отношению к эффекторным клеткам и другим тканевым элементам.
Например, в миокарде одни адренергические окончания подходят непо-
средственно к эндотелию капилляров или их перицитам, другие — к кар-
диомиоцитам, третьи иннервируют одновременно и капилляры, и парен-
химатозные клетки, четвертые расположены свободно в межклеточном
пространстве. Несмотря на такое разнообразие локализации симпатиче-
ских окончаний, все клетки в любых тканях испытывают их трофическое
влияние. Это связано с тем, что, помимо прямых синаптических контак-
тов, существует еще и несинаптическая доставка медиаторов к клеткам
эфферентных органов. Следовательно, адаптационно-трофическое влия-
ние симпатической части автономной нервной системы может быть не то-
лько прямым, но и косвенным.
Это подтверждается тем, что, во-первых, в период относительного покоя
организма в его жидких средах присутствует значительное количество но-
радреналина, который попадает в межклеточные пространства, лимфу,
ЦСЖ, кровь из адренергических синапсов, и содержание его значительно
возрастает при нагрузках и чрезвычайных воздействиях на организм.
Во-вторых, адаптационно-трофические влияния осуществляются симпати-
ческой частью автономной нервной системы еще и через мозговое вещест-
во надпочечников, которое иннервируется ее преганглионарными волок-
нами. Это вещество выделяет в кровь адреналин и норадреналин, которые
при прямом контакте с органами и тканями вызывают такие же эффекты,
как и симпатические окончания. В-третьих, норадреналин и адреналин
проникают через гематоэнцефалический барьер в гипоталамическую об-
ласть. Здесь благодаря наличию специфических рецепторов они воздейст-
вуют на передний и задний отделы, аденогипофизарную зону гипоталаму-
са и включают в процесс эндокринные железы. Гормоны этих желез спо-
собны влиять на все виды метаболизма. В-четвертых, симпатические сти-
мулы, поступающие к органу по нервных волокнам или с кровью, содер-
жащей норадреналин и адреналин, изменяя его трофическое состояние,
одновременно изменяют уровень чувствительности органа к гормонам.
Следовательно, чувствительность органа к биологически активным веще-
ствам является еще одной мерой трофического обеспечения органов и
тканей.
Учитывая действие циркулирующих в крови медиаторов на клетки, не
соприкасающиеся с нервными окончаниями, и роль клеток, связанных с
симпатическими волокнами классическими синапсами, можно предста-
вить механизм адаптационно-трофических влияний на клеточные популя-
ции следующим образом. Передатчиками влияния симпатического медиа-
тора являются встроенные в мембрану клеток адренорецепторы, аденилат-
циклаза, цАМФ, цГМФ. Медиатор активирует эту систему посредством
первичного контакта со своим рецептором. Например, норадреналин ак-
тивирует аденилатциклазу через p-адренорецепторы.
Особое значение в механизме адаптационно-трофического действия
отводят в настоящее время нейропептидам, к числу которых относятся
фрагменты АКТГ, аналоги вазопрессина и окситоцина, либерины, сомато-
статин, энкефалины, эндорфины, вещество П, брадикинин, нейротензин,
холецистокинин, их производные и другие пептиды. Эти вещества моду-
лируют действие медиаторов на пресинаптическом и постсинаптическом
уровне, влияя на их синтез, выведение, инактивацию. Нейропептиды
192
обладают способностью синтезироваться и проникать в нервную клетку и
по ее аксонам перемещаться в пресинаптические терминали. Внутрикле-
точные эффекты ряда пептидов связаны с аденилатциклазной системой.
Адаптационно-трофическая функция убедительно демонстрируется в
опытах с хирургическим, химическим, иммунным удалением симпатиче-
ской части автономной нервной системы.
Тотальная симпатэктомия в условиях покоя не сопровождается значи-
тельными расстройствами висцеральных функций, однако симпатэктоми-
рованные животные не могут осуществлять физические усилия, с боль-
шим трудом оправляются от кровотечений, шока, гипогликемии, плохо
переносят перегревание и охлаждение. У этих животных отсутствует про-
явление характерных защитных реакций и показателей агрессивности:
расширение зрачков, тахикардия, повышение притока крови к скелетным
мышцам.
В отличие от симпатической влияния парасимпатической части авто-
номной нервной системы на процессы в организме сравнительно ограни-
чены (см. рис. 3.10). Они могут сказываться либо непосредственно на ис-
полнительных органах, либо через метасимпатическую часть автономной
нервной системы. В первом случае постганглионарный нейрон непосред-
ственно контактирует с эффектором и вызываемое им действие зависит
главным образом от прямых влияний ЦНС. Во втором случае преганглио-
нарные парасимпатические волокна оканчиваются на интернейроне или
мотонейроне функционального модуля метасимпатической части авто-
номной нервной системы, представляющего общий конечный путь для
импульсов, поступающих по блуждающему и тазовому нервам. Здесь они
взаимодействуют с импульсами местных метасимпатических сетей.
Центры регуляции висцеральных функций. Координация деятельности
всех трех частей автономной нервной системы осуществляется сегментар-
ными и надсегментарными центрами (аппараты) при участии коры боль-
шого мозга. В сложноорганизованном отделе промежуточного мозга — ги-
поталамической области — находятся ядра, имеющие непосредственное
отношение к регуляции висцеральных функций.
Сегментарные центры вследствие особенностей их организации, зако-
номерностей функционирования и медиации являются истинно автоном-
ными. В ЦНС они находятся в спинном мозге и в стволе мозга (отдельные
ядра черепных нервов), а на периферии составляют сложную систему из
сплетений, ганглиев, волокон.
Надсегментарные центры расположены в головном мозге главным об-
разом на лимбико-ретикулярном уровне. Эти интегративные аппараты
мозга обеспечивают целостные формы поведения, адаптацию к меняю-
щимся условиям внешней и внутренней среды. Задачей этих аппаратов яв-
ляется организация деятельности функциональных систем, ответственных
за регуляцию психических, соматических и висцеральных функций.
Все эти механизмы регуляции деятельности висцеральных органов и
систем условно объединены многоэтажной иерархической структурой. Ее
базовым, или первым, структурным уровнем являются внутриорганные
рефлексы, замыкающиеся в интрамуральных ганглиях и имеющие метасим-
патическую природу. Строго говоря, эти ганглии являются низшими реф-
лекторными центрами. Второй структурный уровень представлен экстра-
муральными паравертебральными ганглиями брыжеечных и чревного сплете-
ний. Оба этих низших этажа обладают отчетливо выраженной автономно-
стью и могут осуществлять регуляцию деятельности висцеральных органов
и тканей относительно независимо от ЦНС. Центры спинного мозга и
193
ствола представляют третий структурный уровень. Наконец, гипотала-
мус, ретикулярная формация, лимбическая система, мозжечок, новая кора
венчают пирамиду иерархии (четвертый структурный уровень).
Каждый следующий более высокий уровень регуляции определяет и бо-
лее высокую степень интеграции висцеральных функций. Например, то-
нус сосудов отдельных органов или областей тела находится под контро-
лем спинальных симпатических центров, в то время как общий уровень
артериального давления находится в компетенции сосудодвигательного
центра продолговатого мозга. Что же касается участия в целом сердеч-
но-сосудистой системы в общих реакциях организма, координации взаи-
модействия висцеральных и соматических систем в сложных поведенче-
ских актах, то они координируются и регулируются высшими этажами
нервной системы, т.е. верхушкой условной иерархической пирамиды.
Спинальные центры. В шейной и в начале грудной части (последний
шейный, I и II грудные сегменты) располагаются тела преганглионарных
симпатических нейронов, иннервирующие гладкие мышцы глазного ябло-
ка: мышцу, расширяющую зрачок, глазничную часть круговой мышцы
глаза, одну из мышц верхнего века. Это образование спинного мозга но-
сит название спиноцилиарного центра. Вторые нейроны рассматриваемого
эфферентного пути лежат в верхнем шейном симпатическом узле, а их
постганглионарные волокна заканчиваются в мышцах глаза. Раздражение
центра вызывает расширение зрачка (мидриаз), выпячивание глазного
яблока (экзофтальм), раскрытие глазной щели. Разрушение центра или
перерезка постганглионарных симпатических волокон вызывает возник-
новение синдрома Бернара—Горнера — сужение зрачка (миоз), западение
глазного яблока (энофтальм), сужение глазной щели (птоз).
Пять верхних грудных сегментов служат местом локализации симпати-
ческих нейронов, иннервирующих сердце и бронхи. Эффекторные нейро-
ны этого пути располагаются в звездчатом ганглии или в узлах погранич-
ного симпатического ствола. Стимуляция этих волокон и клеток вызывает
учащение и усиление сердечных сокращений и расширение бронхов.
На уровне всех грудных, а также верхних поясничных сегментов спин-
ного мозга, т.е. на всем протяжении симпатического ядра, расположены
нейроны, иннервирующие сосуды и потовые железы. Характерной чертой
этих скоплений нейронов является топография клеточных тел и определя-
емая ею зона иннервации. Поражение клеточных скоплений отдельных
сегментов, как и их разрушение, сопровождается исчезновением потоотде-
ления.
Крестцовые отделы спинного мозга занимают парасимпатические ней-
роны. Их совокупности образуют ряд центров рефлексов мочеиспускания,
дефекации, эрекции и др. Поражение этих центров ведет к выпадению на-
званных функций.
Стволовые центры. Располагающиеся в продолговатом мозге, мосте и
среднем мозге скопления парасимпатических нейронов образуют центры,
в которых осуществляется замыкание рефлексов сосания, жевания, глота-
ния, чиханья, кашля, рвоты, слюноотделения, слезотечения, торможения
сердечной деятельности, секреции желудочных желез и др. Эти влияния
передаются исполнительным структурам по волокнам блуждающих, язы-
коглоточных, лицевых и глазодвигательных нервов.
Расположение этих центров непостоянно, составляющие их группы
нейронов небольшие и не различаются морфологически. Кроме того,
клетки, управляющие какой-либо определенной функцией, располагаются
не всегда вместе и рядом. Следовательно, понятие «центр», означающее
194
функционально связанные совокупности нейронов, расположенные в од-
ном или нескольких структурах ЦНС и обеспечивающие существование
целостной реакции организма или регуляцию определенной функции, мо-
жет использоваться в этом случае с определенными допущениями. В про-
долговатом мозге в ядрах блуждающего нерва замыкаются рефлексы с аор-
тальной и синокаротидной рефлексогенных зон, рефлекс снижения часто-
ты сердечных сокращений при раздражении интероцепторов брюшной по-
лости (рефлекс Гольца), глазосердечный рефлекс (рефлекс Ашнера).
Часто рефлекторные реакции сердца проявляются сопряженно с изме-
нением сосудистого тонуса, что определяется наличием связей между ней-
ронами, которые регулируют сердечную деятельность и сосудистый тонус.
Волокна блуждающих нервов несут импульсы, управляющие деятельно-
стью системы дыхания, пищеварения. Центры, регулирующие работу
слюнных желез, осуществляют свое влияние по нервным волокнам, следу-
ющим в составе языкоглоточных и лицевых нервов, а центры зрачкового
рефлекса и рефлекса аккомодации глаза располагаются в среднем мозге,
передних буграх четверохолмия. Импульсы к слезной железе следуют по
веточкам лицевых нервов.
Сосудодвигательный центр — морфофункциональное образование про-
долговатого мозга, играющее ведущую роль в поддержании тонуса сосудов
и регуляции кровяного давления. Он координирует и деятельность спин-
номозгового симпатического центра, посылающего сосудосуживающие
импульсы к сосудистой стенке. Тонус сосудодвигательного центра и, сле-
довательно, уровень общего артериального давления регулируется импуль-
сами, возникающими в сосудистых рефлексогенных зонах. Сосудодвигате-
льный центр входит в состав ретикулярной формации продолговатого моз-
га и поэтому получает многочисленные коллатеральные возбуждения от
всех специфических проводящих путей, что постоянно поддерживает его в
состоянии тонического возбуждения.
В ответах всего организма сосудодвигательный центр выступает в каче-
стве исполнительного органа, через который в значительной мере реализу-
ются супрабульбарные влияния на гемодинамику. Влияние самого центра
осуществляется через спинной мозг, периферические симпатические обра-
зования, блуждающие нервы и обусловливает преимущественно систем-
ные изменения гемодинамики. Считают, что в любых случаях нейрогенная
гипертензия обусловлена стойким повышением возбудимости бульбарных
сосудосуживающих структур.
Рефлекторные процессы в ядерных образованиях спинного, продолго-
ватого, среднего мозга и моста находятся под постоянным влиянием гипо-
таламуса.
Гипоталамические центры. Гипоталамусу принадлежит ведущая роль в
осуществлении многих функций целого организма, прежде всего посто-
янства внутренней среды. В нем осуществляется интеграция и приспо-
собление различных висцеральных систем к целостной деятельности ор-
ганизма.
В гипоталамусе принято различать три нерезко ограниченные области
скопления ядер: переднюю, среднюю и заднюю. Гипоталамус обладает
хорошо развитой сложной системой афферентных и эфферентных путей,
а также тесно связан со структурами головного мозга — таламусом, лим-
бической системой, ретикулярной формацией ствола мозга. Особое зна-
чение имеют обширные сосудистые и нервные связи с гипофизом, в ре-
зультате чего осуществляется интегрирование нервной и гуморальной ре-
гуляции висцеральных функций. Гипоталамус осуществляет ее двумя пу-
195
тями: парааденогипофизарным (минуя аденогипофиз) и трансаденогипо-
физарным (через аденогипофиз). Такие многочисленные связи гипотала-
муса с другими образованиями мозга способствуют генерализации воз-
буждения, возникающего в его нейронах. Возбуждение в первую очередь
распространяется на лимбические структуры мозга и через ядра таламуса
на передние отделы коры большого мозга. Результаты раздражения
структур гипоталамуса определяются его контактами с ретикулярной
формацией, симпатическими и парасимпатическими центрами, а также
усилением секреции гормонов гипофиза, действующих непосредственно
или опосредованно через другие эндокринные железы. Следовательно,
при стимуляции гипоталамуса возникают сложные реакции, в которых
нервный компонент дополняется гормональным. Регуляция гипотала-
мо-гипофизарной системой висцеральных функций осуществляется по
принципу обратной связи.
Активация гипоталамических ядер зависит не только от поступления к
ним возбуждающих влияний из других структур нервной системы, но и
избирательной чувствительности их клеток к содержанию тех или иных
веществ в крови, изменению температуры крови. Например, гипоталами-
ческие нейроны чувствительны к малейшим отклонениям pH крови, POj,
РСО?, содержанию ионов, особенно калия и натрия. В супраоптическом
ядре имеются клетки, избирательно чувствительные к изменению осмоти-
ческого давления крови, в вентромедиальном ядре — к содержанию глюко-
зы, в переднем гипоталамусе — половых органов. Таким образом, клетки
гипоталамуса наряду с другими свойствами выполняют рецепторные фун-
кции, воспринимая нарушения гомеостаза. Они обладают способностью
трансформировать гуморальные изменения внутренней среды в нервный
процесс. Кроме того, они могут избирательно активироваться нервными
импульсами из соответствующих органов.
При стимуляции гипоталамуса возникает комплекс сложных реакций, в
которых нервный компонент дополняется гормональным. Так, раздраже-
ние ядер задней группы характеризуется эффектами, аналогичными раздра-
жению симпатической части автономной нервной системы — расширяют-
ся зрачки и глазная щель, возрастает ЧСС, повышается кровяное давле-
ние, тормозится двигательная активность пищеварительного тракта, в кро-
ви возрастает концентрация адреналина и норадреналина. Разрушение
этой области приводит к гипергликемии, ожирению, нарушению терморе-
гуляции.
Раздражение ядер передней группы сопровождается реакциями, подоб-
ными в определенной мере раздражению парасимпатической части авто-
номной нервной системы, — сужением зрачков и глазных щелей, уреже-
нием ЧСС, снижением артериального давления, усилением двигательной
активности желудочно-кишечного тракта. Ядра этой группы участвуют в
механизме терморегуляции.
Функция ядер средних групп состоит преимущественно в регуляции
метаболизма. Разрушение, например, вентромедиальных ядер сопровожда-
ется повышением потребления пищи (гиперфагия) и ожирением, двусто-
роннее разрушение латеральных ядер, напротив, приводит к полному от-
казу от пищи. Эти показатели явились основанием расценивать вентроме-
диальные ядра как структуры, связанные с насыщением, а латеральные
ядра — с голодом. Наибольшую потребность в воде (полидипсия) регист-
рировали при раздражении паравентрикулярного ядра гипоталамуса. При
хронической стимуляции ядер этой группы у животных возникают атеро-
склеротические изменения сосудов.
196
Стимуляция ядер гипоталамуса независимо от того, к какой топографи-
ческой группе они относятся, непременно сопровождается сложными гор-
мональными реакциями: увеличиваются выделение тропных гормонов
аденогипофиза, секреция нейрогипофиза. В ответных реакциях организма
при раздражении разных областей гипоталамуса участвуют практически
все висцеральные органы, изменяются поведенческие реакции, эмоциона-
льная деятельность целого организма. Используя нейротропные препара-
ты, можно избирательно блокировать гипоталамические механизмы фор-
мирования состояния голода, жажды, аппетита, страха, половых и агрес-
сивно-оборонительных реакций.
Гипоталамус связан прямыми нервными путями и через ретикулярную
формацию ствола мозга с подкорковыми ядрами, мозжечком, корой боль-
шого мозга. Его деятельность постоянно контролируется высшими цент-
рами ЦНС. Гипоталамус занимает ведущее место в регуляции функций
организма, прежде всего постоянства внутренней среды. Под его контро-
лем находятся функции автономной нервной системы и эндокринных же-
лез.
Лимбическая система. Связь функций лимбической системы с работой
внутренних органов послужила основанием для обозначения совокупно-
сти ее структур термином «висцеральный мозг». Лимбическая система обес-
печивает взаимодействие экстероцептивных (обонятельные, слуховые и
др.) и интероцептивных воздействий. Она регулирует висцерально-гормо-
нальные функции, направленные на обеспечение различных форм деяте-
льности, таких как пищевое, сексуальное, оборонительное поведение;
влияет на системы, обеспечивающие сон и бодрствование, внимание, эмо-
циональную сферу, процессы памяти, осуществляя, таким образом, сома-
товисцеральную интеграцию (подробнее см. раздел 3.2.3).
Мозжечок. Наряду с регуляцией двигательной соматической сферы
мозжечок контролирует течение висцеральных процессов. При его раз-
дражении могут быть воспроизведены практически все реакции, возника-
ющие при возбуждении симпатической нервной системы — расширение
зрачка, сужение сосудов, сокращение волосяных мышц, учащение сер-
дечного ритма. После удаления мозжечка возникает угнетение периоди-
ческой моторной деятельности пищеварительного тракта, секреторной
функции кишечных желез и др. Это указывает на то, что мозжечок бла-
годаря наличию активирующего и тормозного механизмов может оказы-
вать в целом организме стабилизирующее влияние на деятельность вис-
церальных органов посредством корригирования висцеральных рефлек-
сов.
Ретикулярная формация. Основной ролью ее нисходящей части по от-
ношению к деятельности автономной нервной системы является повыше-
ние активности нервных центров, связанных с висцеральными функция-
ми. Ретикулярная формация оказывает на них тонизирующее влияние,
обеспечивая высокий уровень их активности Проводником этих влияний
на периферию является симпатическая часть автономной нервной систе-
мы. В поддержании активности ретикулярных механизмов значительную
роль играют гуморальные раздражения, по отношению к которым она об-
ладает высокой чувствительностью. Сами же функциональные влияния
ретикулярной формации сказываются и на эндокринном компоненте регу-
ляции поведения висцеральных систем. Действительно, при стимуляции
ретикулярной формации среднего и промежуточного мозга усиливается
выброс гипофизарных гормонов, а при нарушении этих ретикулярных об-
разований возникают эндокринные расстройства.
197
Кора большого мозга. Благодаря исследованиям В.Я. Данилевского,
В.М. Бехтерева, Н.А. Миславского стало известно, что раздражение или
выключение отдельных участков коры большого мозга влечет за собой из-
менение состояний внутренних органов. При этом были зарегистрированы
противоположные по направленности изменения висцеральных функций
типа повышения или снижения кровяного давления, усиления или ослаб-
ления моторной активности органов пищеварения.
У человека раздражение коры кзади от центральной (роландова) бороз-
ды и вблизи латеральной (сильвиева) борозды вызывает ощущение тошно-
ты, рвоты, возникают позывы на дефекацию. Раздражение точек в темен-
ных и других долях сопровождается изменением сердечной деятельности,
артериального давления, дыхательного ритма, слюноотделения, желудоч-
ной и кишечной моторики.
Особое значение в регуляции функций в настоящее время придается
лобным долям коры большого мозга, поскольку при их стимуляции изме-
няются практически все висцеральные процессы. Именно из-за этого пе-
редние отделы больших полушарий считаются высшими центрами авто-
номной иннервации. Однако наряду с этим существует определенная спе-
циализация некоторых полей коры. Так, в ее двигательных областях нахо-
дится представительство тех висцеральных органов, деятельность которых
связана со скелетно-мышечной активностью. Посредством такой органи-
зации достигается необходимая для нормальной жизнедеятельности интег-
рация соматических и висцеральных процессов.
Исследования В.Н. Черниговским интероцепции и представительства в
коре большого мозга висцеральных систем показали, что в определенных
условиях информация о работе внутренних органов может достигать вы-
сших отделов ЦНС. Тем самым было экспериментально подтверждено вы-
двинутое И.П. Павловым понятие о корковом представительстве интеро-
цептивного анализатора.
Известно, что в определенных условиях у человека гипнотическим вну-
шением можно вызвать изменение сердечного ритма, вазоконстрикцию и
вазодилатацию, усиление пото- и мочеотделения, изменение метаболизма.
К.М. Быков обосновал возможность образования висцеральных услов-
ных рефлексов. Это легло в основу концепции существования корти-
ко-висцеральных отношений. Сейчас они рассматриваются как способы
модуляции корой деятельности подкорковых структур, имеющих непо-
средственное отношение к регуляции внутренней среды организма.
Глава 4
ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ
Все процессы жизнедеятельности организма строго согласованы между
собой по скорости, времени и месту протекания. В организме человека эту
согласованность на периферии осуществляют внутриклеточные и межкле-
точные механизмы регуляции, важнейшую роль в которых играют гормо-
ны. Специфические регуляторы, которые секретируются эндокринными
железами в кровь или лимфу, а затем попадают на клетки-мишени, назы-
вают гормонами. Термин «гормон» происходит от греческого слова «Ьог-
тао», что означает «возбуждаю, побуждаю». Первыми веществами, кото-
рые получили название гормонов, были секретин и гастрин; их открытие
произошло соответственно в 1902 и 1905 гг. К. настоящему времени откры-
то несколько десятков гормонов.
4.1. ПРИНЦИПЫ ГОРМОНАЛЬНОЙ РЕГУЛЯЦИИ
Функциональная активность эндокринной железы может регулировать-
ся «субстратом», на который направлено действие гормона. Так, глюкоза
стимулирует секрецию инсулина из В(р)-клеток панкреатических остров-
ков (островки Лангерганса), а инсулин понижает концентрацию глюкозы
в крови, активируя ее транспорт в мышцы и печень. Это происходит сле-
дующим образом. Глюкоза входит в В-клетки поджелудочной железы че-
рез переносчик глюкозы и сразу же фосфорилируется глюкокиназой, по-
сле чего вовлекается в гликолиз. Образующийся при этом АТФ ингибиру-
ет калиевые каналы, вследствие чего снижается мембранный потенциал
В-клеток и активируются потенциалзависимые кальциевые каналы. Вхо-
дящий в В-клетку кальций стимулирует слияние везикул, содержащих ин-
сулин, с плазматической мембраной и выведение инсулина из В-клеток.
Инсулин активирует перенос глюкозы в печень, сердце и скелетные мыш-
цы, вследствие чего уровень глюкозы в крови снижается, замедляется ее
вход в В-клетки и уменьшается секреция инсулина.
Такой же механизм лежит в основе секреции паратгормона (паратирео-
идный гормон, паратирин) и кальцитонина. Оба гормона влияют на кон-
центрацию кальция и фосфатов в крови. Паратгормон вызывает выход ми-
неральных веществ из кости и стимулирует реабсорбцию кальция в почках
и кишечнике, в результате чего возрастает концентрация кальция в плазме
крови. Кальцитонин, напротив, стимулирует поступление кальция и фос-
фатов в костную ткань, в результате чего концентрация минеральных ве-
ществ в крови снижается. При высокой концентрации кальция в крови
подавляется секреция паратгормона и стимулируется секреция кальцито-
нина. При снижении концентрации кальция в крови секреция паратгор-
мона усиливается, а кальцитонина — ослабляется.
Такая регуляция постоянства внутренней среды организма, происходя-
щая по принципу отрицательной обратной связи, очень эффективна для
поддержания гомеостазиса, однако не может выполнять все задачи адапта-
ции организма. Например, кора надпочечников продуцирует стероидные
гормоны в ответ на голод, эмоциональное возбуждение и др. Чтобы эндок-
ринная система могла «отвечать» на свет, звуки, запахи, эмоции, должна
существовать связь между эндокринными железами и нервной системой.
199
Внешние сигналы-
Внутренние сигналы
Тироксин
Трийодтиронин
Г люкокортикоиды
Андрогены
Эстрогены
Рис. 4.1. Регуляция эндокринных желез центральной нервной системой.
ТЛ, СЛ, ПЛ, ГЛ и КЛ — соответственно тиролиберин, соматолиберин, пролактолиберин,
гонадолиберин и кортнколиберин. СС и ПС — соматостатин и пролактостатин ТТГ — ти-
реотоопный гормон, СТГ — соматотропный гормон (гормон роста). Пр — пролактин,
ФСГ — фолликулостимулирующий гормон, ЛГ — лютеинизирующий гормон, АКТГ — адре-
нокортикотропный гормон.
Основные связи между нервной и эндокринной системами регуляции
осуществляются посредством взаимодействия гипоталамуса и гипофиза.
Нервные импульсы, приходящие в гипоталамус, активируют секрецию так
называемых рилизинг-факторов (либерины и статины): тиреолиберина, со-
матолиберина, пролактолиберина, гонадолиберина и кортиколиберина, а
также соматостатина и пролактостатина. Мишенью для либеринов и ста-
тинов, секретируемых гипоталамусом, является гипофиз (рис.4.1). Каждый
из либеринов взаимодействует с определенной популяцией клеток гипо-
физа и вызывает в них синтез соответствующих тропинов: тиреотропина,
соматотропного гормона (соматотропин — гормон роста), пролактина, го-
надотропного гормона (гонадотропины — лютеинизирующий и фоллику-
лостимулирующий), а также адренокортикотропного гормона (АКТГ, кор-
тикотропин). Статины оказывают на гипофиз влияние, противоположное
200
Рис. 4.2. Прямые и обрат-
ные связи в нейроэндок-
ринной системе.
1 — медленно развивающееся
и продолжительное ингибиро-
вание секреции гормонов и
нейромедиаторов, а также из-
менение поведения и форми-
рование памяти; 2 — быстро
развивающееся, но продолжи-
тельное ингибирование; 3 —
кратковременное ингибирова-
ние
Внешние и внутренние сигналы
Гормональный эффект
действию либеринов, — подавляют секрецию тропинов. Тропины, секре-
тируемые гипофизом, поступают в общий кровоток, транспортируются им
к соответствующим железам, активируют в них секреторные процессы.
Гормон роста стимулирует рост костей, скелетных мышц, внутренних
органов, клетки иммунной системы. Пролактин способствует формирова-
нию молочных желез и образованию в них молока, стимулирует родитель-
ский инстинкт. Оба этих гормона относятся к цитокинам, так как действу-
ют на клетку через цитокиновые рецепторы, стимулирующие тирозиновое
фосфорилирование белков.
Тиреотропный, лютеинизирующий и фолликулостимулирующий гормо-
ны влияют на свои ткани-мишени путем активации в них синтеза цАМФ.
Тиреотропный гормон действует на щитовидную железу и стимулирует в
ней секрецию тироксина и трийодтиронина. У женщин фолликулостиму-
лирующий гормон стимулирует созревание фолликул яичника и синтез в
них эстрогенов, а у мужчин усиливает сперматогенез. Другой гонадотро-
пин, лютеинизирующий гормон, стимулирует образование андрогенов в
семенниках и яичниках, эстрогенов — в яичниках.
Регуляция деятельности гипофиза и гипоталамуса, кроме сигналов,
идущих «сверху вниз», осуществляется гормонами исполнительных желез
(рис. 4.2). Эти обратные сигналы поступают в гипоталамус и затем переда-
ются в гипофиз, что приводит к изменению секреции соответствующих
тропинов. После удаления или атрофии эндокринной железы стимулиру-
201
ется секреция соответствующего тропного гормона; при гиперфункции
железы секреция соответствующего тропина подавляется. Обратные связи
не только позволяют регулировать концентрацию гормонов в крови, но и
участвуют в дифференцировке гипоталамуса в онтогенезе. Образование
половых гормонов в женском организме происходит циклически, что объ-
ясняется циклической секрецией гонадотропных гормонов. Синтез этих
гормонов контролируется гипоталамусом, образующим рилизинг-фактор
этих тропинов (гонадолиберин). Если самке пересадить гипофиз самца, то
пересаженный гипофиз начинает функционировать циклично. Половая
дифференцировка гипоталамуса происходит под действием андрогенов.
Если самца лишить половых желез, продуцирующих андрогены, то гипо-
таламус будет дифференцироваться по женскому типу.
В железах внутренней секреции иннервированы, как правило, только
сосуды, а эндокринные клетки изменяют свою активность лишь под дей-
ствием метаболитов, кофакторов и гормонов, причем не только гипофи-
зарных. Так, ангиотензин II стимулирует синтез и секрецию альдостерона.
Некоторые гормоны гипоталамуса и гипофиза могут образовываться не
только в этих тканях. Например, соматостатин обнаружен также в подже-
лудочной железе, где он подавляет секрецию инсулина и глюкагона.
Большинство нервных и гуморальных путей регуляции сходятся на
уровне гипоталамуса, и благодаря этому в организме образуется единая
нейроэндокринная регуляторная система. К клеткам гипоталамуса подхо-
дят аксоны нейронов, расположенных в коре большого мозга и подкорко-
вых образованиях. Эти аксоны секретируют различные нейромедиаторы,
оказывающие на секреторную активность гипоталамуса как активирую-
щее, так и тормозное влияние. Поступающие из мозга нервные импульсы
гипоталамус превращает в эндокринные стимулы, которые могут быть
усилены или ослаблены в зависимости от гуморальных сигналов, поступа-
ющих в гипоталамус от желез и тканей, подчиненных ему.
Тропины, образующиеся в гипофизе, не только регулируют деятель-
ность подчиненных желез, но и выполняют самостоятельные эндокрин-
ные функции. Например, пролактин оказывает лактогенное действие, а
также тормозит процессы дифференцировки клеток, повышает чувствите-
льность половых желез к гонадотропинам, стимулирует родительский ин-
стинкт. Кортикотропин является не только стимулятором стероидогенеза,
но и активатором липолиза в жировой ткани, а также важнейшим участ-
ником процесса превращения в мозге кратковременной памяти в долго-
временную. Гормон роста может стимулировать активность иммунной си-
стемы, обмен липидов, сахаров и др.
В задней доле гипофиза (нейрогипофиз) депонируются антидиуретиче-
ский гормон (вазопрессин) и окситоцин. Первый вызывает задержку воды
в организме и повышает тонус сосудов, второй стимулирует сокращение
матки при родах и секрецию молока. Оба гормона синтезируются в гипо-
таламусе, затем транспортируются по аксонам в заднюю долю гипофиза,
где депонируются и потом секретируются в кровь.
Характер процессов, протекающих в ЦНС, во многом определяется со-
стоянием эндокринной регуляции. Так, андрогены и эстрогены формиру-
ют половой инстинкт, многие поведенческие реакции. Очевидно, что ней-
роны, точно так же как и другие клетки нашего организма, находятся под
контролем гуморальной системы регуляции. Нервная система, эволюци-
онно более поздняя, имеет как управляющие, так и подчиненные связи с
эндокринной системой. Эти две регуляторные системы дополняют друг
друга, образуют функционально единый механизм.
202
4.2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Для изучения функций желез внутренней секреции используются экс-
периментальные и клинические методы исследования. К наиболее важ-
ным из них следует отнести следующие.
▲ Изучение последствий удаления (экстирпация) эндокринных желез. После
удаления какой-либо эндокринной железы возникает комплекс рас-
стройств, обусловленных выпадением регуляторных эффектов тех гор-
монов, которые вырабатываются в этой железе. Например, предположе-
ние о наличии эндокринных функций у поджелудочной железы нашло
подтверждение в опытах И. Меринга и О. Минковского (1889), показав-
ших, что ее удаление у собак приводит к выраженной гипергликемии
и глюкозурии; животные погибали в течение 2—3 нед после операции
на фоне явлений тяжелого сахарного диабета. В последующем было
установлено, что эти изменения возникают из-за недостатка инсули-
на — гормона, образующегося в островковом аппарате поджелудочной
железы.
Вследствие травматичности оперативного вмешательства вместо хирур-
гического удаления эндокринной железы может быть использовано введе-
ние химических веществ, нарушающих их гормональную функцию. На-
пример, введение животным аллоксана нарушает функцию В-клеток под-
желудочной железы, что приводит к развитию сахарного диабета, проявле-
ния которого практически идентичны расстройствам, наблюдаемым после
экстирпации поджелудочной железы.
▲ Наблюдение эффектов, возникших при имплантации желез. Животному с
удаленной эндокринной железой можно ее имплантировать заново в хо-
рошо васкуляризированную область тела, например под капсулу почки
или в переднюю камеру глаза. Такая операция называется реимпланта-
цией. Для ее проведения обычно используют эндокринную железу, полу-
ченную от животного-донора. После реимплантации постепенно восста-
навливается уровень гормонов в крови, что приводит к исчезновению
нарушений, возникших ранее в результате дефицита этих гормонов в ор-
ганизме. Например, Бертольдом (1849) было показано, что у петухов пе-
ресадка половых желез в брюшную полость после кастрации предотвра-
щает развитие посткастрационного синдрома. Возможна также пересад-
ка эндокринной железы животному, у которого операция экстирпации
ранее не производилась. Последнее может быть использовано для изуче-
ния эффектов, возникающих при избытке гормона в крови, так как его
секреция в данном случае осуществляется не только собственной эндок-
ринной железой животного, но и имплантированной.
▲ Изучение эффектов, возникших при введении экстрактов эндокринных
желез. Нарушения, возникшие после хирургического удаления эндок-
ринной железы, могут быть корректированы посредством введения в ор-
ганизм достаточного количества экстракта данной железы или соответ-
ствующего гормона.
д Использование радиоактивных изотопов. Иногда для исследования функ-
циональной активности эндокринной железы может быть использована
ее способность извлекать из крови и накапливать определенное соедине-
ние. Например, щитовидная железа активно поглощает йод, который за-
тем используется для синтеза тироксина и трийодтиронина. При гипер-
функции щитовидной железы накопление йода усиливается, при гипо-
203
функции наблюдается обратное явление. Интенсивность накопления
йода может быть определена путем введения в организм радиоактивного
изотопа 13Ч с последующей оценкой радиоактивности щитовидной же-
лезы. В качестве радиоактивной метки вводят также соединения, кото-
рые используются для синтеза эндогенных гормонов и включаются в их
структуру. В последующем можно определить радиоактивность различ-
ных органов и тканей и оценить, таким образом, распределение гормона
в организме, а также найти его органы-мишени.
▲ Определение количественного содержания гормона. В ряде случаев для
выяснения механизма какого-либо физиологического эффекта целесо-
образно сопоставить его динамику с изменением количественного со-
держания гормона в крови или в другом исследуемом материале.
К наиболее современным относятся методы радиоиммунологического
определения концентрации гормонов в крови. Эти методы основаны на
том, что меченный радиоактивной меткой гормон и гормон, содержащий-
ся в исследуемом материале, конкурируют между собой за связывание со
специфическими антителами: чем больше в биологическом материале со-
держится данного гормона, тем меньше свяжется меченых молекул гормо-
на, так как количество гормонсвязывающих участков в образце постоянно.
▲ Важное значение для понимания регуляторных функций желез внутрен-
ней секреции и диагностики эндокринной патологии имеют клинические
методы исследования. К ним относятся диагностика типичных симпто-
мов избытка или недостатка того или иного гормона, использование раз-
личных функциональных проб, рентгенологические, лабораторные и
другие методы исследования.
4.3. ОБРАЗОВАНИЕ, ВЫВЕДЕНИЕ ИЗ ЭНДОКРИННЫХ
КЛЕТОК, ТРАНСПОРТ КРОВЬЮ И МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ
ГОРМОНОВ
4.3.1. Синтез гормонов
В поддержании упорядоченности, согласованности всех физиологиче-
ских и метаболических процессов в организме участвует более 100 гормо-
нов и нейромедиаторов. Их химическая природа различна (белки, поли-
пептиды, пептиды, аминокислоты и их производные, стероиды, производ-
ные жирных кислот, некоторые нуклеотиды, эфиры и др.). У каждого
класса этих веществ пути образования и распада разные.
Белково-пептидные гормоны включают все тропные гормоны, либерины
и статины, инсулин, глюкагон, кальцитонин, гастрин, секретин, холеци-
стокинин, ангиотензин II, антидиуретический гормон (вазопрессин), па-
ратгормон и др.
Эти гормоны образуются из белковых предшественников, называемых
прогормонами. Как правило, сначала синтезируется препрогормон, из ко-
торого образуется прогормон, а затем гормон.
Синтез прогормонов осуществляется на мембранах гранулярной эндоп-
лазматической сети (шероховатый ретикулум) эндокринной клетки.
Везикулы с образующимся прогормоном переносятся затем в пластин-
чатый комплекс Гольджи, где под действием мембранной протеиназы от
молекулы прогормона отщепляется определенная часть аминокислотной
цепи. В результате образуется гормон, который поступает в везикулы, со-
204
держащиеся в комплексе Гольджи. В дальнейшем эти везикулы сливаются
с плазматической мембраной и высвобождаются во внеклеточное про-
странство.
Поскольку многие полипептидные гормоны образуются из общего бел-
кового предшественника, изменение синтеза одного из этих гормонов мо-
жет приводить к параллельному изменению (ускорение или замедление)
синтеза ряда других гормонов. Так, из белка проопиокортина образуются
кортикотропин и 0-липотропин (схема 4.1), из p-липотропина может обра-
зоваться еще несколько гормонов: у-липотропин, р-меланоцитостимулиру-
ющий гормон, p-эндорфин, у-эндорфин, а-эндорфин, метионин-энкефа-
лин.
При действии специфических протеиназ из кортикотропина могут об-
разовываться а-меланоцитостимулирующий гормон и АКТГ-подобный
пептид аденогипофиза. Благодаря сходству структур кортикотропина и
а-меланоцитостимулирующего гормона, последний имеет слабую корти-
котропную активность. Кортикотропин обладает незначительной способ-
ностью усиливать пигментацию кожи.
Концентрация белково-пептидных гормонов в крови варьирует в преде-
лах от 10-6 до 10-12 М. При стимуляции эндокринной железы концентра-
ция соответствующего гормона возрастает в 2—5 раз. Так, например, в со-
стоянии покоя в крови человека содержится около 0,2 мкг АКТГ (в расче-
те на 5 л крови), а при стрессе это количество возрастает до 0,8—1,0 мкг. В
нормальных условиях в крови содержится 0,15 мкг глюкагона и 5 мкг ин-
сулина. Когда человек голоден, содержание глюкагона может повышаться
до 1 мкг, а содержание инсулина снижаться на 40—60 %. После сытного
обеда концентрация глюкагона в крови в 1,5—2,8 раза снижается, а содер-
жание инсулина повышается до 10—25 мкг.
С х е м а 4.1. Образование нескольких белково-пептидных гормонов из одного
белкового предшественника под действием стресса
Стресс
205
Полупериод жизни белково-пептидных гормонов в крови составляет
Ю—20 мин. Они разрушаются протеиназами клеток-мишеней крови, пече-
ни, почек.
Стероидные гормоны включают тестостерон, эстрадиол, эстрон, прогес-
терон, кортизол, альдостерон и др. Эти гормоны образуются из холесте-
рина в корковом веществе надпочечников (кортикостероиды), а также в
семенниках и яичниках (половые стероиды).
В малом количестве половые стероиды могут образовываться в корко-
вом веществе надпочечников, а кортикостероиды — в половых железах.
Свободный холестерин поступает в митохондрии, где превращается в пре-
гненолон, который затем попадает в эндоплазматическую сеть и после
этого — в цитоплазму.
В корковом веществе надпочечников синтез стероидных гормонов сти-
мулируется кортикотропином, а в половых железах ~ лютеинизирующим
гормоном (ЛГ). Эти гормоны ускоряют транспорт эфиров холестерина в
эндокринные клетки и активируют митохондриальные ферменты, участву-
ющие в образовании прегненолона. Кроме того, тропные гормоны активи-
руют процессы окисления сахаров и жирных кислот в эндокринных клет-
ках, что обеспечивает стероидогенез энергией и пластическим материа-
лом.
Кортикостероиды подразделяют на две группы. Глюкокортикоиды (ти-
пичный представитель — кортизол) индуцируют синтез ферментов глю-
конеогенеза в печени, препятствуют поглощению глюкозы мышцами и
жировыми клетками, а также способствуют высвобождению из мышц мо-
лочной кислоты и аминокислот, тем самым ускоряя глюконеогенез в пе-
чени.
Стимуляция синтеза глюкокортикоидов осуществляется через систему
гипоталамус—гипофиз—надпочечники. Стресс (эмоциональное возбужде-
ние, боль, холод и др.), тироксин, адреналин и инсулин стимулируют вы-
свобождение кортиколиберина из аксонов гипоталамуса. Этот гормон свя-
зывается с мембранными рецепторами аденогипофиза и вызывает высво-
бождение кортикотропина, который с током крови попадает в надпочеч-
ники и стимулирует там образование глюкокортикоидов — гормонов, по-
вышающих устойчивость организма к неблагоприятным воздействиям.
Минералокортикоиды (типичный представитель — альдостерон) задер-
живают натрий в крови. Снижение концентрации натрия в выделяемой
моче, а также в секретах слюнных и потовых желез приводит к меньшим
потерям воды, так как вода движется через биологические мембраны в на-
правлении высокой концентрации солей.
Кортикотропин влияет слабо на синтез минералокортикоидов. Имеется
дополнительный механизм регуляции синтеза минералокортикоидов, осу-
ществляющийся через так называемую ренин-ангиотензиновую систему.
Рецепторы, реагирующие на давление крови, локализованы в артериолах
почек. При снижении давления крови эти рецепторы стимулируют секре-
цию ренина почками. Ренин является специфической эндопептидазой, от-
щепляющей от а2-глобулина крови С-концевой декапептид, который на-
зывают «ангиотензин /». От ангиотензина I карбоксипептидаза (ангиотен-
зинпревращающий фермент, АПФ, расположенный на наружной поверх-
ности эндотелия кровеносных сосудов) отщепляет два аминокислотных
остатка и образует октапептид ангиотензин II — гормон, к которому на
мембране клеток коркового вещества надпочечников имеются специаль-
206
ные рецепторы. Связываясь с этими рецепторами, ангиотензин II стиму-
лирует образование альдостерона, который действует на дистальные кана-
льцы почек, потовые железы, слизистую оболочку кишечника и увеличи-
вает в них реабсорбцию ионов Na+, СГ и HCOj. В результате в крови по-
вышается концентрация ионов Na+ и снижается концентрация ионов К+
Эти эффекты альдостерона полностью блокируются ингибиторами синтеза
белка.
В крови человека около 500 мкг кортизола. При стрессе его содержание
повышается до 2000 мкг. Альдостерона в 1000 раз меньше — около 0,5 мкг.
Если человек находится на бессолевой диете, содержание альдостерона
повышается до 2 мкг.
Половые стероиды. Андрогены (мужские половые гормоны) продуциру-
ются интерстициальными клетками яичек и в меньшем количестве яични-
ками и корковым веществом надпочечников. Основным андрогеном явля-
ется тестостерон. Этот гормон может претерпевать изменения в клет-
ке-мишени — превращаться в дигидротестостерон, который обладает бо-
льшей активностью, чем тестостерон. ЛГ, который стимулирует начальные
этапы биосинтеза стероидов в эндокринной железе, активирует также пре-
вращение тестостерона в дигидротестостерон в клетке-мишени, тем самым
усиливая андрогенные эффекты.
Яичники секретируют эстрадиол, андростендион и прогестерон. Фол-
ликул яичника представляет собой яйцеклетку, окруженную плоскими
эпителиальными клетками и соединительнотканной оболочкой. Изнутри
эта капсула заполнена фолликулярной жидкостью и зернистыми клетка-
ми.
При половом созревании синтез этих гормонов начинает контролиро-
ваться гонадотропинами. При этом фолликулостимулирующий гормон
(ФСГ) стимулирует стероидогенез в зернистых клетках, погруженных во
внутреннее пространство фолликула, а лютеинизирующий гормон (ЛГ)
действует на клетки, формирующие оболочку капсулы. Так как в оболочке
образуются мужские половые гормоны (андростерон и тестостерон), а в
зернистых клетках они превращаются в женские половые гормоны (эстрон
и эстрадиол), очевидно, что для продукции женских половых стероидов
должна осуществляться строгая согласованность синтеза и секреции гона-
дотропинов в гипофизе.
Образование в гипоталамусе гонадолиберина и стимуляция им секре-
ции ФСГ и ЛГ инициирует механизмы полового созревания. Время начала
секреции и количество секретируемого гонадолиберина детерминировано
генетически, однако на его секрецию влияют также нейромедиаторы
ЦНС: норадреналин, дофамин, серотонин и эндорфины.
Высвобождение гонадолиберина из гипоталамуса обычно происходит
во время коротких по своей продолжительности периодов секреции,
между которыми наблюдается 2—3-часовая «пауза». Спустя несколько
минут после выведения гонадолиберина в крови появляются гонадотро-
пины. Секреция гонадотропинов зависит также от уровня половых стеро-
идов в крови: эстрогены подавляют выведение ФСГ и стимулируют сек-
рецию ЛГ гипофизом, а прогестерон тормозит секрецию гонадолиберина
в гипоталамусе. Таким образом замыкаются регуляторные связи между
сигналами из ЦНС и активностью яичников, осуществляющих стероидо-
генез.
Ключевую роль в циклическом функционировании женских половых
желез играет ФСГ, секреция которого стимулируется гонадолиберином и
низким уровнем эстрогенов. ФСГ проводит селекцию только одной из
207
фолликул (доминантная), которая вступает в менструальный цикл. После
этого резко усиливается синтез эстрогенов, что вызывает (по механизму
отрицательной обратной связи) снижение уровня ФСГ Почти одновре-
менно с этим наблюдается резкий подъем уровня ЛГ, который стимулиру-
ет созревание доминантной фолликулы, ее разрыв и выход яйцеклетки.
Сразу же после этого снижается продукция эстрогенов, что приводит (по
механизму отрицательной обратной связи) к подавлению секреции ЛГ
Наступает фаза созревания желтого тела, которая сопровождается переме-
щением яйцеклетки в матку. Это «путешествие» длится 8—9 дней, и, если
не происходит оплодотворения яйцеклетки, желтое тело постепенно сни-
жает продукцию эстрогенов и прогестерона, в результате чего наступает
менструация.
Эстрогены (женские половые гормоны) в организме человека в основ-
ном представлены эстрадиолом. В клетках-мишенях они не метаболизиру-
ются.
Действие андрогенов и эстрогенов направлено в основном на органы
воспроизведения, проявление вторичных половых признаков, поведенче-
ские реакции. Андрогенам свойственны также анаболические эффекты —
усиление синтеза белка в мышцах, печени, почках. Эстрогены оказывают
катаболическое влияние на скелетные мышцы, но стимулируют синтез
белка в сердце и печени. Таким образом, основные эффекты половых гор-
монов опосредуются процессами индукции и репрессии синтеза белка.
Стероидные гормоны легко проникают через клеточную мембрану, по-
этому их выведение из клетки происходит параллельно с синтезом гормо-
нов. Содержание стероидов в крови определяется соотношением скоро-
стей их синтеза и распада. Регуляция этого содержания осуществляется
главным образом путем изменения скорости синтеза. Тропные гормоны
(кортикотропин, ЛГ и ангиотензин) стимулируют этот синтез. Устранение
тропного влияния приводит к торможению синтеза стероидных гормонов.
У мужчин содержание в крови тестостерона (20—40 мкг) больше, чем у
женщин (2—4 мкг). Содержание эстрадиола у женщин (0,25—2,5 мкг, а
при беременности 50—100 мкг) большее, чем у мужчин (0,1—0,2 мкг),
90—95 % стероидных гормонов в крови обычно находится в связанном со-
стоянии с белками плазмы.
Действующие концентрации стероидных гормонов составляют
10Н|—10“9 М. Период их полураспада равен 1^ ч.
Тиреоидные гормоны включают тироксин и трийодтиронин. Синтез
этих гормонов осуществляется в щитовидной железе, в которой ионы
йода окисляются при участии пероксидазы до йодиниум-иона, способно-
го йодировать тиреоглобулин — тетрамерный белок, содержащий около
120 тирозинов. Йодирование тирозиновых остатков происходит при учас-
тии пероксида водорода и завершается образованием монойодтирозинов
и дийодтирозинов. После этого происходит «сшивка» двух йодированных
тирозинов. Эта окислительная реакция протекает с участием пероксида-
зы и завершается образованием в составе тиреоглобулина трийодтирони-
на и тироксина. Для того чтобы эти гормоны освободились из связи с
белком, должен произойти протеолиз тиреоглобулина. При расщеплении
одной молекулы этого белка образуется 2—5 молекул тироксина (Т4) и
трийодтиронина (Т3), которые секретируются в молярных соотношениях,
равных 4:1.
Синтез и выведение тиреоидных гормонов из продуцирующих их кле-
ток находятся под контролем гипоталамо-гипофизарной системы. Тиреот-
ропин активирует аденилатциклазу щитовидной железы, ускоряет актив-
208
ный транспорт йода, а также стимулирует рост эпителиальных клеток щи-
товидной железы. Эти клетки формируют фолликул, в полости которого
происходит йодирование тирозина. Адреналин и простагландин Е2 также
могут повышать концентрацию цАМФ в щитовидной железе, при этом
они вызывают такое же стимулирующее влияние на синтез тироксина, как
и тиреотропин.
Активный транспорт ионов йода в железу при действии тиреотропина
происходит против 500-кратного градиента. Тиреотропин стимулирует
также синтез рибосомальной РНК и мРНК тиреоглобулина, т.е. происхо-
дит усиление как транскрипции, так и трансляции белка, служащего ис-
точником тирозинов для синтеза Т3 и Т4. Выведение Т3 и Т4 из клеток —
их продуцентов — осуществляется посредством пиноцитоза. Частички
коллоида окружаются мембраной эпителиальной клетки и поступают в
цитоплазму в виде пиноцитозных пузырьков. При слиянии этих пузырь-
ков с лизосомами эпителиальной клетки происходит расщепление тиреог-
лобулина, который составляет основную массу коллоида, что приводит к
выделению Т3 и Т4. Тиреотропин и другие факторы, повышающие концен-
трацию цАМФ в щитовидной железе, стимулируют пиноцитоз коллоида,
процесс образования и движения секреторных пузырьков. Таким образом,
тиреотропин ускоряет не только синтез, но и выведение Т3 и Т4 из клеток-
продуцентов. При повышении уровня Т3 и Т4 в крови подавляется секре-
ция тиреолиберина и тиреотропина.
Тиреоидные гормоны могут циркулировать в крови в неизменном виде
в течение нескольких дней. Такая устойчивость гормонов объясняется,
по-видимому, образованием прочной связи с Т4-связывающими глобули-
нами и преальбуминами в плазме крови. Эти белки имеют в 10—100 раз
большее сродство к Т4, чем к Т3, поэтому в крови человека содержится
300—500 мкг Т4 и лишь 6—12 мкг Т3.
Катехоламины включают адреналин, норадреналин и дофамин. Источ-
ником катехоламинов, как и тиреоидных гормонов, служит тирозин. Кате-
холамины, образующиеся в мозговом веществе надпочечников, выделяют-
ся в кровь, а не в синаптическую щель, т.е. являются типичными гормона-
ми.
В некоторых клетках синтез катехоламинов заканчивается образовани-
ем дофамина, а адреналин и норадреналин образуются в меньшем количе-
стве. Такие клетки есть в составе гипоталамуса.
Синтез катехоламинов в мозговом веществе надпочечников стимулиру-
ется нервными импульсами, поступающими по чревному симпатическому
нерву. Выделяющийся в синапсах ацетилхолин взаимодействует с холи-
нергическими рецепторами никотинового типа и возбуждает нейросекре-
торную клетку надпочечника. Благодаря существованию нервно-рефлек-
торных связей надпочечники отвечают усилением синтеза и выделения ка-
техоламинов в ответ на болевые и эмоциональные раздражители, гипок-
сию, мышечную нагрузку, охлаждение и др. Подобный тип регуляции эн-
докринной железы, являющийся исключением из обычного правила, мож-
но объяснить тем, что мозговой слой надпочечника в эмбриогенезе обра-
зуется из нервной ткани, поэтому у него сохраняется типичный нейрона-
льный тип регуляции. Существуют и гуморальные пути регуляции актив-
ности клеток мозгового вещества надпочечников: синтез и выделение ка-
техоламинов могут возрастать под действием инсулина, глюкокортикоидов
при гипогликемии.
Катехоламины подавляют как собственный синтез, так и выделение.
В адренергических синапсах на пресинаптической мембране есть а-адре-
209
нергические рецепторы. При выбросе катехоламинов в синапс эти рецеп-
торы активируются и оказывают ингибирующее влияние на секрецию ка-
техоламинов.
Гематоэнцефалический барьер не пропускает катехоламины из крови в
мозг. В то же время диоксифенилаланин, их предшественник, легко про-
никает через этот барьер и может усилить образование катехоламинов в
мозге.
Катехоламины инактивируются в тканях-мишенях, печени и почках.
Решающее значение в этом процессе играют два фермента — моноами-
ноксидаза, расположенная на внутренней мембране митохондрий, и кате-
хол-О-метилтрансфераза, цитозольный фермент.
Эйкозаноиды включают простагландины, тромбоксаны и лейкотриены.
Эйкозаноиды называют гормоноподобными веществами, так как они мо-
гут оказывать только местное действие, сохраняясь в крови в течение не-
скольких секунд. Образуются во всех органах и тканях практически всеми
типами клеток.
Биосинтез большинства эйкозаноидов начинается с отщепления ара-
хидоновой кислоты от мембранного фосфолипида или диацилглицерина
в плазматической мембране. Синтетазный комплекс представляет собой
полиферментную систему, функционирующую преимущественно на мем-
бранах эндоплазматической сети. Образующиеся эйкозаноиды легко про-
никают через плазматическую мембрану клетки, а затем через межкле-
точное пространство переносятся на соседние клетки и выходят в кровь
и лимфу. Наиболее интенсивно простагландины образуются в яичках и
яичниках.
Простагландины могут активировать аденилатциклазу, тромбоксаны
увеличивают активность фосфоинозитидного обмена, а лейкотриены по-
вышают проницаемость мембран для Са2+ Поскольку цАМФ и Са2+ сти-
мулируют синтез эйкозаноидов, замыкается положительная обратная связь
в синтезе этих специфических регуляторов.
Период полураспада эйкозаноидов составляет 1—20 с. Ферменты, инак-
тивирующие их, имеются практически во всех тканях, но наибольшее их
количество содержится в легких.
4.3.2. Выведение гормонов из клеток-продуцентов
и транспорт гормонов кровью
Стероидные гормоны благодаря своей липофильности не накапливаются
в эндокринных клетках, а легко проходят через мембрану и поступают в
кровь и лимфу. В связи с этим регуляция содержания этих гормонов в
крови осуществляется путем изменения скорости их синтеза.
Тиреоидные гормоны также липофильны и также легко проходят через
мембрану, однако они ковалентно связаны в эндокринной железе с тире-
оглобулином, поэтому могут выводиться из клетки только после наруше-
ния этой связи. Чем больше йодированных тирозилов в составе тиреогло-
булина и чем выше скорость протеолиза йодированного белка, тем больше
тиреоидных гормонов в крови. Регуляция содержания тиреоидных гормо-
нов осуществляется двумя путями — ускорением как процессов йодирова-
ния, так и разрушения тиреоглобулина.
Гормоны, имеющие белковую и пептидную природу, а также катехолами-
ны, гистамин, серотонин и др. — это гидрофильные вещества, которые не
могут диффундировать через клеточную мембрану. Для выведения этих
210
молекул созданы специальные механизмы, чаще всего пространственно и
функционально разобщенные с процессами биосинтеза.
Многие белково-пептидные гормоны образуются из предшественников
большой молекулярной массы, и выведение этих гормонов становится
возможным только после того, как произойдет отщепление «лишнего»
фрагмента. Так, выведению инсулина из клетки предшествует превраще-
ние в В-клетках поджелудочной железы препроинсулина в проинсулин, а
затем в инсулин. Биосинтез инсулина и других белково-пептидных гормо-
нов, а также их транспорт к периферии секреторной клетки занимает
обычно 1—3 ч. Очевидно, что воздействие на биосинтез приведет к изме-
нению уровня белкового гормона в крови лишь через несколько часов.
Влияние же на выведение этих гормонов, синтезированных «впрок» и за-
пасенных в специальных везикулах, позволяет повышать их концентрацию
в несколько раз за секунды или минуты.
Для секреции белково-пептидных гормонов и катехоламинов необходи-
мы ионы Са2+ Принято считать, что для выведения гормонов важна не
собственно деполяризация мембраны, а происходящий при ней вход Са2+
в цитоплазму клетки.
Поступив в кровь, гормоны связываются с транспортными белками,
что защищает их от разрушения и экскреции. В связанной форме гормон с
током крови переносится от места секреции к клеткам-мишеням. В этих
клетках есть рецепторы, которые имеют большее сродство к гормону, чем
белки крови.
Обычно лишь 5—10 % молекул гормона находится в крови в свободном
состоянии, и только свободные молекулы могут взаимодействовать с ре-
цептором. Однако, как только они свяжутся с рецептором, равновесие в
реакции взаимодействия гормона с транспортными белками сдвигается в
сторону распада комплекса и концентрация свободных молекул гормона
останется практически неизменной. При избытке гормонсвязывающих
белков в крови концентрация свободных молекул гормона может снизить-
ся до критической величины.
Связывание гормонов в крови зависит от их сродства к связывающим
белкам и концентрации этих белков. К их числу относятся транскортин,
связывающий кортикостероиды, тестостерон-эстрогенсвязывающий гло-
булин, тироксинсвязывающий глобулин, тироксинсвязывающий преальбу-
мин и др. Едва ли не все гормоны могут связываться с альбумином, кон-
центрация которого в крови в 1000 раз больше, чем концентрация других
гормонсвязывающих белков. Однако сродство к альбумину у гормонов в
десятки тысяч раз меньше, поэтому с альбуминами обычно связано 5—
10 % гормонов, а со специфическими белками 85—90 %. Альдостерон,
по-видимому, не имеет специфических «транспортных» белков, поэтому
находится преимущественно в связи с альбумином.
4.3.3. Молекулярные механизмы действия
гормонов
Гормоны, действующие через мембранные рецепторы и системы вто-
ричных посредников, стимулируют химическую модификацию белков.
Наиболее хорошо изучено фосфорилирование. Регуляция, происходящая
за счет химических процессов (синтез и расщепление вторичного посред-
ника, фосфорилирование и дефосфорилирование белка), развивается и га-
сится за минуты или десятки минут.
211
Рис. 4.3. Механизм мембранной рецепции проведения гормонального сигнала в
клетке при участии вторичных посредников.
Стероидные и тиреоидные гормоны имеют цитозольные или ядерные
рецепторы, что позволяет им взаимодействовать с хроматином и влиять на
экспрессию генов. Эта регуляция, развивающаяся путем индукции или ре-
прессии синтеза мРНК и белков, реализуется спустя 3—6 ч после появле-
ния гормона в крови, а гасится спустя 6—12 ч.
Промежуточное положение в этой иерархии занимают факторы роста.
Их взаимодействие с рецептором приводит сначала к фосфорилированию
определенных белков, а затем к делению клеток.
Адренергические рецепторы вне зависимости от локализации (в си-
напсе или вне его) относятся к семейству рецепторов, 7 раз пронизываю-
щих плазматическую мембрану и сопряженных с G-белками. Известны
а-1А-, а-1В- и а-1С-адренорецепторы, а-2А-, а-2В- и а-2С-адренорецеп-
торы, а также 0-1-, р-2- и 0-3-адренорецепторы. Все а-1-рецепторы сти-
мулируют фосфолипазу С, гидролизующую фосфоинозитиды. Все а-2-ре-
цепторы ингибируют аденилатциклазу, а все 0-рецепторы ее активируют.
Кроме того, а-2А-рецепторы могут активировать К+-каналы, а-2А- и
а-2В-рецепторы ингибируют Са2+-каналы, а 0-1-рецепторы активируют
Са2+-каналы (рис. 4.3).
В каждой клетке функционирует обычно несколько типов рецепторов к
одному и тому же гормону (например, как а-, так и 0-адренорецепторы).
Кроме того, клетка чувствительна обычно к нескольким эндокринным
регуляторам — нейромедиаторам, гормонам, простагландинам, факторам
роста и др. Каждый из этих регуляторов имеет характерную только для
212
Рис. 4.4. Механизм
цитоплазматического
(ядерного) действия
стероидных гормонов.
Ra и Rb — две субъеди-
ницы рецепторов; Н —
гормон.
него продолжительность и амплитуду регуляторного сигнала, для каждого
характерно определенное соотношение активностей систем генерации вто-
ричных посредников в клетке или изменения мембранного потенциала.
На уровне исполнительных систем клетки может происходить как усиле-
ние, так и взаимное гашение разных регуляторных сигналов.
На определенных стадиях онтогенеза или при достижении критическо-
го для организма отклонения от нормы того или иного фактора гомеостаза
(гипотермия, гипогликемия, гипоксемия, потеря крови и др.) включается
медленная, но наиболее мощная система эндокринной регуляции, дейст-
вующая через стероидные (андрогены, эстрогены, прогестины, глюкокор-
тикоиды и минералокортикоиды) и тиреоидные (тироксин и трийодтиро-
нин) гормоны. Молекулы этих регуляторов, имея липофильную природу,
легко проникают через липидный бислой и связываются со своими рецеп-
торами в цитоплазме или ядре (рис. 4.4.). Затем гормонрецепторный ком-
плекс связывается с ДНК и белками хроматина, что стимулирует синтез
матричной РНК на определенных генах. Трансляция мРНК приводит к
появлению в клетке новых белков, которые вызывают физиологический
эффект этих гормонов.
Стероидные и тиреоидные гормоны могут также репрессировать неко-
торые гены, что реализуется в биологический эффект путем уменьшения
количества определенных белков в клетке. Обычно эти гормоны изменяют
содержание того или иного белка не путем ускорения-замедления транс-
крипции функционирующих генов, а за счет включения-выключения но-
вых генов. Так, например, стимулирование глюкокортикоидами амино-
трансферазной активности печени происходит благодаря появлению в
клетках новых изоформ аминотрансфераз.
К числу белков, экспрессия которых в клетке контролируется гормона-
ми, относятся не только ферменты, участвующие в метаболизме, но и
многие рецепторы, а также регуляторные белки и ферменты, участвующие
в обмене вторичных посредников. Благодаря этому стероидные и тиреоид-
ные гормоны могут участвовать в формировании не только возрастных и
половых признаков, но и определять психоэмоциональный статус орга-
низма, а также баланс катаболических и анаболических реакций в органах
и тканях, их чувствительность к нейромедиаторам и гормонам.
213
4.4. ЭНДОКРИННЫЕ ЖЕЛЕЗЫ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ
ИХ ГОРМОНОВ
К эндокринным железам относят гипофиз, щитовидную железу, около-
щитовидные железы, корковое и мозговое вещество надпочечников, ост-
ровковый аппарат поджелудочной железы, половые железы, тимус и эпи-
физ. Эндокринной активностью обладает также плацента. Кроме того, эн-
докринные клетки могут присутствовать в некоторых других органах и
тканях, в частности в пищеварительном тракте, почках, сердечной мышце,
вегетативных ганглиях. Эти клетки образуют так называемую диффузную
эндокринную систему. Общей функцией для всех желез внутренней секре-
ции является выработка гормонов.
4.4.1. Гипофиз
В гипофизе выделяют переднюю (аденогипофиз) и заднюю (нейрогипо-
физ) доли. У многих животных представлена также промежуточная доля,
однако у человека она практически отсутствует. В аденогипофизе выраба-
тывается 6 гормонов, из них 4 являются тропными (адренокортикотроп-
ный гормон, или кортикотропин, тиреотропный гормон, или тиреотро-
пин, и 2 гонадотропина — фолликулостимулирующий и лютеинизирую-
щий гормоны), а 2 — эффекторными (соматотропный гормон, или сома-
тотропин, и пролактин). Молекулы тропинов, образующихся в гипофизе,
содержат от 13 до 198 аминокислотных остатков В нейрогипофизе проис-
ходит депонирование окситоцина и антидиуретического гормона (вазоп-
рессин). Синтез этих гормонов осуществляется в супраоптическом и пара-
вентрикулярном ядрах гипоталамуса. Нейроны, составляющие эти ядра,
имеют длинные аксоны, которые в составе ножки гипофиза образуют ги-
поталамо-гипофизарный тракт и достигают задней доли гипофиза. Синте-
зированные в гипоталамусе окситоцин и вазопрессин доставляются в ней-
рогипофиз путем аксонального транспорта с помощью специального бел-
ка-переносчика, получившего название «нейрофизин».
Гормоны аденогипофиза. Адренокортикотропный гормон (кортикотро-
пин). Основной эффект этого гормона выражается в стимулирующем дей-
ствии на образование глюкокортикоидов в пучковой зоне коркового веще-
ства надпочечников. В меньшей степени выражено влияние гормона на
клубочковую и сетчатую зоны. Кортикотропин ускоряет стероидогенез и
усиливает пластические процессы (биосинтез белка, нуклеиновых кислот),
что приводит к гиперплазии коркового вещества надпочечников. Оказыва-
ет также вненадпочечниковое действие, проявляющееся в стимуляции
процессов липолиза, анаболическом влиянии, усилении пигментации.
Влияние на пигментацию обусловлено частичным совпадением аминокис-
лотных цепей кортикотропина и меланоцитостимулирующего гормона.
Выработка кортикотропина регулируется кортиколиберином гипотала-
муса.
Тиреотропный гормон (тиреотропин). Под влиянием тиреотропина сти-
мулируется образование в щитовидной железе тироксина и трийодтирони-
на. Тиреотропин увеличивает секреторную активность тиреоцитов за счет
усиления в них пластических процессов (синтез белка, нуклеиновых кис-
лот) и увеличенного поглощения кислорода. В результате ускоряются
практически все стадии синтеза гормонов щитовидной железы. Под влия-
нием тиреотропина активируется работа «йодного насоса», усиливаются
214
процессы йодирования тирозина. Кроме того, увеличивается активность
протеаз, расщепляющих тиреоглобулин, что способствует высвобождению
активного тироксина и трийодтиронина в кровь. Выработка тиреотропина
регулируется тиреолиберином гипоталамуса.
Гонадотропные гормоны (гонадотропины). В аденогипофизе вырабаты-
вается 2 гонадотропина — фолликулостимулирующий (ФСГ) и лютеини-
зирующий (ЛГ). ФСГ действует на фолликулы яичников, ускоряя их со-
зревание и подготовку к овуляции. Под влиянием ЛГ происходит разрыв
стенки фолликула (овуляция) и образуется желтое тело. ЛГ стимулирует
выработку прогестерона в желтом теле. Оба гормона влияют также на
мужские половые железы. ЛГ действует на яички, ускоряя выработку тес-
тостерона в интерстициальных клетках — Лейдига. ФСГ действует на
клетки семенных канальцев, усиливая в них процессы сперматогенеза.
Регуляция секреции гонадотропинов осуществляется гипоталамическим
гонадолиберином. Существенное значение имеет также механизм отрица-
тельной обратной связи — секреция обоих гормонов тормозится при по-
вышенном содержании эстрогенов и прогестерона в крови; выработка Л Г
уменьшается при увеличении продукции тестостерона.
Соматотропный гормон (соматотропин). Является гормоном, специ-
фическое действие которого проявляется в усилении процессов роста и
физического развития. Органами-мишенями для него являются кости, а
также образования, богатые соединительной тканью, — мышцы, связки,
сухожилия, внутренние органы, а также клетки иммунной системы. Сти-
муляция процессов роста осуществляется до 20—25 лет за счет анаболиче-
ского действия соматотропина. Последнее проявляется в усилении транс-
порта аминокислот в клетку, ускорении процессов биосинтеза белка и
нуклеиновых кислот. Одновременно происходит торможение реакций,
связанных с распадом белка. Вероятной причиной этого эффекта является
наблюдающаяся под действием соматотропина усиленная мобилизация
жира из жировых депо с последующим использованием жирных кислот в
качестве основного источника энергии. В связи с этим определенное ко-
личество белка сберегается от энергетических трат, поэтому скорость ката-
болизма белков снижается. Поскольку в этой ситуации процессы синтеза
белка преобладают над процессами его распада, в организме происходит
задержка азота (положительный азотистый баланс). Благодаря анаболиче-
скому действию соматотропин стимулирует активность остеобластов и
способствует интенсивному образованию белковой матрицы кости. Кроме
того, усиливаются также процессы минерализации костной ткани, в резу-
льтате чего в организме задерживаются кальций и фосфор.
Несмотря на то что в организме соматотропин активно стимулирует об-
разование костной и хрящевой ткани, при введении данного гормона в
изолированную культуру клеток заметного усиления роста последних
обычно не наблюдается. В связи с этим возникло предположение, что сти-
муляция процессов роста, наблюдаемая в условиях целостного организма,
не является результатом прямого действия этого гормона. Скорее всего
под действием соматотропина происходит образование определенных по-
средников, влияние которых и приводит к анаболическому эффекту. Дан-
ные посредники получили название «соматомедины». К настоящему вре-
мени идентифицировано по крайней мере 4 различных соматомедина. Все
они являются белками, образование которых происходит в печени под
влиянием соматотропина. Нарушение синтеза соматомединов может при-
водить к задержке роста и физического развития, хотя концентрация со-
матотропина в плазме крови остается нормальной или даже повышенной.
215
Влияние соматомединов на углеводный обмен соответствует эффектам,
наблюдаемым при введении инсулина, поэтому их называют также «инсу-
линоподобные факторы роста».
Соматотропин обладает выраженным действием на углеводный обмен.
Под влиянием данного гормона увеличивается содержание глюкозы в
плазме крови. Механизм данного эффекта имеет несколько объяснений.
Прежде всего тормозится использование глюкозы на энергетические тра-
ты, поскольку, как указывалось выше, основным источником энергии в
данных условиях являются жирные кислоты. Кроме того, гормон роста
тормозит утилизацию глюкозы в тканях и снижает их чувствительность
к действию инсулина. Под влиянием соматотропина увеличивается также
активность фермента инсулиназы. Этот гормон обладает «диабетоген-
ным» эффектом. Наблюдаемая при его введении гипергликемия является
стимулом для выработки инсулина В-клетками поджелудочной железы.
Выработка инсулина увеличивается также и за счет прямого стимулиру-
ющего влияния соматотропина на В-клетки. В результате может истощи-
ться их секреторная функция, что в сочетании с повышенной активно-
стью инсулиназы приводит к развитию так называемого гипофизарного
диабета.
Секреция гормона роста регулируется соматолиберином и соматостати-
ном, которые вырабатываются в гипоталамусе. Отмечено усиление выра-
ботки соматотропина при стрессорных воздействиях, истощении запасов
белка в организме. Увеличивается секреция также при сниженном содер-
жании глюкозы и жирных кислот в плазме крови.
Пролактин. Эффекты этого гормона заключаются в следующем:
• усиливаются пролиферативные процессы в молочных железах и ускоря-
ется их рост;
• усиливаются процессы образования и выделения молока. Секреция про-
лактина возрастает во время беременности и стимулируется рефлектор-
но при кормлении грудью. Благодаря специфическому действию на мо-
лочную железу пролактин называют маммотропным гормоном;
• увеличивается реабсорбция натрия и воды в почках, что имеет значение
для образования молока. В этом отношении он является синергистом
альдостерона;
• стимулируются образование желтого тела и выработка им прогестерона.
Продукция пролактина регулируется посредством выработки в гипота-
ламусе пролактостатина.
Гормоны нейрогипофиза. Антидиуретический гормон (АДГ). В общем
виде действие АДГ сводится к двум основным эффектам:
• стимулируется реабсорбция воды в дистальных канальцах почек. Вслед-
ствие этого увеличивается объем циркулирующей крови, повышается
АД, снижается диурез и возрастает относительная плотность мочи. В ре-
зультате усиленного обратного всасывания воды снижается осмотиче-
ское давление межклеточной жидкости. Под действием АДГ активирует-
ся фермент аденилатциклаза, локализующийся на поверхности базолате-
ральной (обращена к интерстицию) мембраны клеток эпителия почеч-
ных канальцев. Активация аденилатциклазы приводит к накоплению в
цитоплазме этих клеток цАМФ. Последний диффундирует в область
апикальной (обращена в просвет почечного канальца) мембраны и сти-
мулирует образование в цитоплазме белковых везикул, которые затем
включаются в структуру апикальной мембраны и образуют в ней каналы,
216
высокопроницаемые для воды. Вода из просвета почечных канальцев
поступает в цитоплазму клеток эпителия канальцев, перемещается к ба-
золатеральной мембране и, проникая через нее, попадает в интерстициа-
льную ткань. После разрушения АДГ белковые везикулы элиминируют-
ся из структуры апикальной мембраны. В результате этого последняя
становится непроницаемой для воды;
• в больших дозах АДГ вызывает сужение артериол, что приводит к увели-
чению АД. Развитию гипертензии способствует также наблюдающееся
под влиянием АДГ повышение чувствительности сосудистой стенки к
констрикторному действию катехоламинов. В связи с тем что введение
АДГ приводит к повышению АД, этот гормон получил также название
«вазопрессин». Однако поскольку эффект вазоконстрикции возникает
только при действии больших доз АДГ, считают, что в физиологических
условиях значимость его вазоконстрикторного влияния невелика. С дру-
гой стороны, развитие вазоконстрикции может иметь существенное
адаптивное значение при некоторых патологических состояниях, напри-
мер при острой кровопотере, сильных болевых воздействиях, поскольку
в этих условиях в крови может присутствовать большое количество АДГ
Основная (примерно 5/6 от общего количества) часть АДГ синтезирует-
ся в супраоптическом ядре гипоталамуса, меньшая часть — в паравентри-
кулярном ядре. Секреция этого гормона усиливается при повышении
осмотического давления крови. Последнее можно продемонстрировать пу-
тем введения гипертонического раствора в сосуды, питающие гипотала-
мус. В этом случае происходит раздражение осморецепторов, что приводит
к увеличению выработки гормона в супраоптическом и паравентрикуляр-
ном ядрах и повышенной его секреции из нейрогипофиза в кровь. Важ-
ным стимулом для регуляции секреции АДГ является также изменение
объема циркулирующей крови (ОЦК). Показано, что при снижении по-
следнего на 15—20 % количество образующегося АДГ может увеличивать-
ся в несколько десятков раз. В этом случае интенсивность секреции гор-
мона меняется в зависимости от характера информации, поступающей в
гипоталамус от волюморецепторов, реагирующих на растяжение кровью и
локализующихся в правом предсердии, и барорецепторов, расположенных
в аортальной и синокаротидной зонах, а также в легочной артерии.
Недостаточная секреция АДГ приводит к развитию несахарного моче-
изнурения (diabetes insipidus), основными проявлениями которого являют-
ся сильная жажда (полидипсия) и потеря большого количества жидкости с
выделяемой мочой (полиурия). Наблюдается учащенное мочеиспускание
(поллакиурия), в результате которого больной за сутки выделяет до 10—
20 л мочи низкой относительной плотности. Симптомы этого заболевания
проходят при введении синтетического вазопрессина или препаратов,
приготовленных из задней доли гипофиза животных.
Окситоцин. Эффекты этого гормона реализуются главным образом в
двух направлениях:
• окситоцин вызывает сокращение гладкой мускулатуры матки. Установ-
лено, что при удалении гипофиза у животных родовые схватки становят-
ся длительными и малоэффективными. Таким образом, окситоцин явля-
ется гормоном, обеспечивающим нормальное протекание родового акта
(отсюда произошло и его название — от лат. оху — сильный, tokos —
роды). Адекватное проявление этого эффекта возможно при условии до-
статочной концентрации в крови эстрогенов, которые усиливают чувст-
вительность матки к окситоцину;
217
« окситоцин принимает участие в регуляции лактации: усиливает сокра-
щение миоэпителиальных клеток в молочных железах и тем самым спо-
собствует выделению молока.
Содержание окситоцина в крови возрастает в конце беременности, в
послеродовом периоде. Кроме того, его продукция стимулируется рефлек-
торно при раздражении соска в процессе грудного вскармливания.
4.4.2. Щитовидная железа
Основной структурно-функциональной единицей щитовидной железы
является фолликул. Он представляет собой округлую полость, стенка ко-
торой образована одним рядом клеток кубического эпителия.
Фолликулы заполнены коллоидом и содержат гормоны тироксин и
трийодтиронин, которые связаны с белком тиреоглобулином. В межфол-
ликулярном пространстве проходят капилляры, обеспечивающие их оби-
льную васкуляризацию. В щитовидной железе объемная скорость кровото-
ка выше, чем в других органах и тканях. В межфолликулярном простран-
стве находятся также парафолликулярные клетки (С-клетки), в которых
вырабатывается гормон тиреокальцитонин.
Биосинтез тироксина и трийодтиронина осуществляется за счет йоди-
рования аминокислоты тирозина, поэтому в щитовидной железе активно
поглощается йод. Содержание йода в фолликулах в 30 раз превышает его
концентрацию в крови, а при гиперфункции щитовидной железы это со-
отношение становится еще больше. Поглощение йода осуществляется за
счет активного транспорта. После соединения тирозина, входящего в со-
став тиреоглобулина, с атомарным йодом образуются монойодтирозин и
дийодтирозин. За счет соединения 2 молекул дийодтирозина образуется
тироксин; конденсация моно- и дийодтирозина приводит к образованию
трийодтиронина. В дальнейшем за счет действия протеаз, расщепляющих
тиреоглобулин, в кровь высвобождаются активные гормоны.
Активность тироксина в несколько раз меньше, чем трийодтиронина.
Кроме того, эффекты трийодтиронина имеют меньший латентный период,
поэтому его действие развивается значительно быстрее. С другой стороны,
содержание тироксина в крови примерно в 20 раз больше, чем трийодти-
ронина. Тироксин при дейодировании может превращаться в трийодтиро-
нин. На основании этих фактов предполагают, что основным гормоном
щитовидной железы является трийодтиронин, а тироксин выполняет фун-
кцию его предшественника.
Действие гормонов щитовидной железы проявляется резким усилением
клеточного метаболизма. При этом ускоряются все виды обмена веществ
(белковый, липидный, углеводный), что приводит к увеличению энергооб-
разования и повышению основного обмена. В детском возрасте это имеет
существенное значение для процессов роста, физического развития и
энергетического обеспечения созревания ткани мозга, поэтому недостаток
гормонов щитовидной железы у детей приводит к задержке умственного и
физического развития (кретинизм). У взрослых при гипофункции щито-
видной железы наблюдается торможение нервно-психической активности
(вялость, сонливость, апатия); при избытке гормонов, наоборот, наблюда-
ются эмоциональная лабильность, возбуждение, бессонница.
В результате активизации всех видов обмена веществ под влиянием
гормонов щитовидной железы изменяется деятельность практически всех
218
органов. Усиливается теплопродукция, что приводит к повышению темпе-
ратуры тела. Ускоряется работа сердца (тахикардия, повышение АД, уве-
личение минутного объема крови), стимулируется деятельность пищевари-
тельного тракта (повышение аппетита, усиление перистальтики кишечни-
ка, увеличение секреторной активности). При гиперфункции щитовидной
железы обычно снижается масса тела. Недостаток гормонов щитовидной
железы приводит к изменениям противоположного характера.
Частой формой гипотиреоидизма является болезнь Хашимото. Она
представляет собой аутоиммунное заболевание, при котором в крови по-
является большое количество антител к антигенам щитовидной железы.
Подавляются синтез и секреция Т4 и Т3, поэтому по механизму обратных
связей усиливается секреция гипофизом тиреотропного гормона, вызыва-
ющего гипертрофию щитовидной железы.
Одной из частных причин гипертиреоидизма является образование ан-
тител, которые, связываясь с рецептором тиреотропного гормона на на-
ружной поверхности плазматической мембраны тироцитов, имитируют
действие этого гормона, стимулируя аденилатциклазу. Это приводит к по-
вышению секреции тироксина и трийодтиронина, а также к гиперплазии
щитовидной железы.
Высокий уровень в крови тиреоидных гормонов вызывает повышенную
возбудимость, учащенное сердцебиение, тремор, высокую утомляемость,
исхудание, повышение либидо. Многие из этих эффектов объясняются
тем, что тиреоидные гормоны изменяют чувствительность тканей к кате-
холаминам, так как стимулируют экспрессию p-адренергических и подав-
ляют экспрессию а-адренергических рецепторов.
Секреция гормонов щитовидной железы регулируется гипоталамиче-
ским тиреолиберином. Выработка тироксина и трийодтиронина резко уси-
ливается в условиях длительного эмоционального возбуждения. Отмечено
также, что секреция этих гормонов ускоряется при снижении температуры
тела.
Кальцитонин (тиреокальцитонин) снижает уровень кальция в крови.
Действует на костную систему, почки и кишечник, вызывая при этом эф-
фекты, противоположные действию паратирина. В костной ткани тирео-
кальцитонин усиливает активность остеобластов и процессы минерализа-
ции. В почках и кишечнике угнетает реабсорбцию кальция и стимулирует
обратное всасывание фосфатов. Реализация этих эффектов приводит к ги-
покальциемии.
4.4.3. Околощитовидные железы
Регуляция обмена кальция осуществляется в основном за счет действия
паратирина и кальцитонина.
Паратгормон (паратирин, паратиреоидный гормон) синтезируется в
околощитовидных железах; обеспечивает увеличение уровня кальция в
крови. Органами-мишенями для этого гормона являются кости и почки. В
костной ткани паратирин усиливает функцию остеокластов, что способст-
вует деминерализации кости и повышению уровня кальция и фосфора в
плазме крови. В канальцевом аппарате почек паратирин стимулирует ре-
абсорбцию кальция и тормозит реабсорбцию фосфатов, что приводит к
гиперкальциемии и фосфатурии. Развитие фосфатурии может иметь опре-
деленное значение в реализации гиперкальциемического эффекта гормо-
на. Это связано с тем, что кальций образует с фосфатами нерастворимые
219
соединения; следовательно, усиленное выведение фосфатов с мочой спо-
собствует повышению уровня свободного кальция в плазме крови. Пара-
тирин усиливает синтез кальцитриола, который является активным мета-
болитом витамина D3. Последний вначале образуется в неактивном состо-
янии в коже под влиянием ультрафиолетового излучения, а затем под вли-
янием паратирина активируется в печени и почках. Кальцитриол усилива-
ет образование кальцийсвязывающего белка в стенке кишечника, что спо-
собствует обратному всасыванию кальция и развитию гиперкальциемии.
Таким образом, увеличение реабсорбции кальция в кишечнике при гипер-
продукции паратирина в основном обусловлено его стимулирующим дей-
ствием на процессы активации витамина D3. Прямое влияние самого па-
ратирина на кишечную стенку весьма незначительно.
Секреция паратирина и тиреокальцитонина (см. раздел 4.2.3) регули-
руется по типу отрицательной обратной связи в зависимости от уровня
кальция в плазме крови. При снижении содержания кальция усиливается
секреция паратирина и тормозится выработка тиреокальцитонина. В фи-
зиологических условиях это наблюдается при беременности, лактации,
сниженном содержании кальция в принимаемой пище. Увеличение кон-
центрации кальция в плазме крови, наоборот, способствует снижению
секреции паратирина и увеличению выработки тиреокальцитонина. По-
следнее может иметь большое значение у детей и лиц молодого возраста,
так как в этом возрасте формируется костный скелет. Адекватное проте-
кание этих процессов невозможно без тиреокальцитонина, определяю-
щего абсорбцию кальция из плазмы крови и его включение в структуру
костной ткани.
При удалении околощитовидных желез животное погибает от тетаниче-
ских судорог. Это связано с тем, что в случае низкого содержания кальция
в крови резко усиливается нервно-мышечная возбудимость. При этом дей-
ствие даже незначительных по силе внешних раздражителей приводит к
сокращению мышц.
Гиперпродукция паратирина приводит к деминерализации костной тка-
ни и развитию остеопороза. Резко увеличивается уровень кальция в плаз-
ме крови, в результате чего усиливается склонность к камнеобразованию в
органах мочеполовой системы. Гиперкальциемия способствует развитию
выраженных нарушений электрической стабильности сердца, а также об-
разованию язв в пищеварительном тракте, возникновение которых обу-
словлено стимулирующим действием ионов Са2+ на выработку гастрина и
соляной кислоты в желудке.
4.4.4. Надпочечники
В надпочечниках выделяют корковое и мозговое вещество. Корковое
вещество включает клубочковую, пучковую и сетчатую зоны. В клубочко-
вой зоне происходит синтез минералокортикоидов, основным представи-
телем которых является альдостерон. В пучковой зоне синтезируются глю-
кокортикоиды. В сетчатой зоне вырабатывается небольшое количество по-
ловых гормонов.
Альдостерон усиливает в дистальных канальцах почек реабсорбцию
Na+; одновременно увеличивая при этом выведение с мочой ионов К+
Аналогичное усиление натрий-калиевого обмена происходит в потовых и
слюнных железах, в кишечнике. Это приводит к изменению электролит-
ного состава плазмы крови (гипернатриемия и гипокалиемия). Кроме
220
того, под влиянием альдостерона резко возрастает почечная реабсорбция
воды, которая всасывается пассивно по осмотическому градиенту, созда-
ваемому Na+ Это приводит к существенным изменениям гемодинамики —
увеличивается ОЦК, возрастает АД. Вследствие усиленного обратного вса-
сывания воды уменьшается диурез. При повышенной секреции альдосте-
рона увеличивается склонность к отекам, что обусловлено задержкой в ор-
ганизме натрия и воды, повышением гидростатического давления крови в
капиллярах и в связи с этим — усиленной экссудацией жидкости из про-
света сосудов в ткани. За счет усиления процессов экссудации и отечности
тканей альдостерон способствует развитию воспалительной реакции (про-
воспалительный гормон). Под влиянием альдостерона увеличивается так-
же секреция ионов Н+ в канальцевом аппарате почек, что приводит к сни-
жению их концентрации во внеклеточной жидкости и изменению кислот-
но-основного состояния (алкалоз).
Снижение секреции альдостерона вызывает усиленное выведение на-
трия и воды с мочой, что приводит к дегидратации тканей, снижению
ОЦК и уровня АД. В результате в организме возникают явления циркуля-
торного шока. Концентрация калия в крови при этом, наоборот, увеличи-
вается, что является причиной нарушения электрической стабильности
сердца и развития сердечных аритмий.
Основным фактором, регулирующим секрецию альдостерона, является
функционирование ренин-ангиотензин-альдостероновой системы. При сни-
жении уровня АД наблюдается возбуждение симпатической части авто-
номной нервной системы, что приводит к сужению почечных сосудов.
Уменьшение почечного кровотока способствует усиленной выработке ре-
нина в юкстагломерулярных нефронах почек. Ренин является ферментом,
который действует на плазменный а2-глобулин ангиотензиноген, превра-
щая его в ангиотензин I. Образовавшийся ангиотензин I затем превраща-
ется в ангиотензин II, который увеличивает секрецию альдостерона. Выра-
ботка альдостерона может усиливаться также по механизму обратной свя-
зи при изменении электролитного состава плазмы крови, в частности при
гипонатриемии или гиперкалиемии. В незначительной степени секреция
этого гормона стимулируется кортикотропином.
Глюкокортикоиды вызывают следующие эффекты.
▲ Регуляция всех видов обмена веществ:
• белковый обмен: под влиянием глюкокортикоидов стимулируются про-
цессы распада белка. В основе этого эффекта лежит угнетение транс-
порта аминокислот из плазмы крови в клетки, что вызывает торможе-
ние последующих стадий белкового синтеза. Катаболизм белка приво-
дит к снижению мышечной массы, остеопорозу; уменьшается также
скорость заживления ран. Распад белка приводит к уменьшению со-
держания белковых компонентов в защитном мукоидном слое, покры-
вающем слизистую оболочку пищеварительного тракта. Последнее
способствует увеличению агрессивного действия соляной кислоты и
пепсина, что может привести к образованию пептических язв (ульце-
рогенный эффект глюкокортикоидов);
• жировой обмен: глюкокортикоиды усиливают мобилизацию жира из
жировых депо и увеличивают концентрацию жирных кислот в плазме
крови. Вместе с тем увеличивается отложение жира в области лица,
груди и на боковых поверхностях туловища;
• углеводный обмен: введение глюкокортикоидов приводит к увеличению
содержания глюкозы в плазме крови (гипергликемия). В основе этого
221
эффекта лежит стимулирующее действие на процессы глюконеогенеза.
Избыток аминокислот, образовавшихся в результате катаболизма бел-
ка, используется для синтеза глюкозы в печени. Кроме того, глюко-
кортикоиды ингибируют активность фермента гексокиназы, что пре-
пятствует утилизации глюкозы тканями. Поскольку при избытке глю-
кокортикоидов основным источником энергии являются жирные кис-
лоты, образующиеся за счет усиленной мобилизации жира, определен-
ное количество глюкозы сберегается от энергетических трат, что также
способствует гипергликемии. Гипергликемический эффект является
одним из компонентов защитного действия глюкокортикоидов при
стрессе, поскольку в виде глюкозы в организме создается запас энерге-
тического субстрата, расщепление которого помогает преодолеть дей-
ствие экстремальных стимулов.
Таким образом, по характеру своего влияния на углеводный обмен глю-
кокортикоиды являются антагонистами инсулина. При длительном прие-
ме этих гормонов с целью лечения или повышенной их выработке в орга-
низме может развиться стероидный диабет.
▲ Противовоспалительное действие:
• глюкокортикоиды угнетают все стадии воспалительной реакции (аль-
терация, экссудация и пролиферация);
• стабилизируют мембраны лизосом, что предотвращает выброс протео-
литических ферментов, способствующих развитию воспалительной
реакции;
• нормализуют повышенную проницаемость сосудов и тем самым уме-
ньшают процессы экссудации и отечность тканей, а также выделение
медиаторов воспалительной реакции;
• угнетают процессы фагоцитоза в очаге воспаления;
• уменьшают выраженность лихорадочной реакции, сопутствующей
воспалительному процессу, за счет снижения выведения интерлейки-
на- 1 из лейкоцитов, что снижает его стимулирующий эффект на центр
теплопродукции в гипоталамусе.
▲ Противоаллергическое действие: изложенные выше эффекты, лежащие в
основе противовоспалительного действия, во многом определяют также
ингибирующее действие глюкокортикоидов на развитие аллергической
реакции (стабилизации лизосом, угнетение образования факторов, уси-
ливающих аллергическую реакцию, снижение экссудации и др.). Гипер-
продукция глюкокортикоидов приводит к снижению числа эозинофилов
в крови, увеличенное количество которых обычно является «маркером»
аллергии.
▲ Подавление иммунитета: угнетают как клеточный, так и гуморальный
иммунитет, что связано со снижением образования антител и процессов
фагоцитоза. Длительный прием глюкокортикоидов приводит к инволю-
ции тимуса и лимфоидной ткани, являющихся иммунокомпетентными
органами, вследствие чего уменьшается количество лимфоцитов в кро-
ви. Подавление иммунитета может являться серьезным побочным эф-
фектом при длительном приеме глюкокортикоидов, поскольку при этом
возрастает вероятность присоединения вторичной инфекции. С другой
стороны, этот эффект может являться терапевтическим при использова-
нии глюкокортикоидов для подавления роста опухолей, происходящих
из лимфоидной ткани, или для торможения реакций отторжения при
трансплантации органов и тканей.
222
▲ Участие в формировании оптимального уровня АД: повышают чувствите-
льность сосудистой стенки к действию катехоламинов, что приводит к
гипертензии. Повышению уровня АД способствует также выраженное в
небольшой степени минералокортикоидное действие глюкокортикоидов
(задержка в организме натрия и воды, сопровождающаяся увеличением
объема циркулирующей крови). Гипертензивный эффект является од-
ним из компонентов противошокового действия (шок всегда сопровож-
дается резким падением АД). Противошоковая активность этих гормо-
нов связана также с гипергликемией. Поскольку утилизация глюкозы
мозговой тканью не зависит от инсулина, поступление глюкозы в клетки
мозга определяется исключительно ее концентрацией в плазме крови.
В связи с этим вызванную глюкокортикоидами гипергликемию расцени-
вают как важный фактор адекватного энергетического обеспечения моз-
га, что противодействует развитию шока.
В организме существует определенный суточный ритм выработки глю-
кокортикоидов. Основная масса этих гормонов вырабатывается в утренние
(6—8) часы. Это обстоятельство учитывают при распределении суточной
дозы гормонов в процессе длительного лечения глюкокортикоидами.
Продукция глюкокортикоидов регулируется кортикотропином. Его вы-
деление усиливается при действии на организм стрессорных стимулов раз-
личной природы, что является пусковым моментом для развития адапта-
ционного синдрома.
Стероидные гормоны во многом определяют адаптацию организма к
действию стресса главным образом благодаря их способности стимулиро-
вать глюконеогенез и гликогенолиз. Последнее позволяет превращать поч-
ти все конечные продукты катаболизма в глюкозу, снабжающую энергией
активно работающие ткани. Помимо этого, глюкокортикоиды оказывают
потенцирующее влияние на регуляцию норадреналином кровяного давле-
ния, экскрецию воды почками и липолиз в жировых тканях.
Гипофункция коры надпочечников приводит к повышению утомляемости,
исхуданию, анорексии, гиперпигментации кожи и снижению кровяного
давления. Как правило, эти нарушения сопровождаются также дисбалан-
сом электролитов: в крови понижается уровень ионов Na+ и повышается
К+ и Са2+ У мужчин снижается половая потенция, однако у женщин со-
храняется способность к зачатию и вынашиванию ребенка, так как гормо-
ны, образующиеся в плаценте и у плода, защищают мать от стероидной
недостаточ ности.
При гиперфункции коры надпочечников развивается синдром Кушинга.
У детей причиной этой болезни чаще всего является аденома надпочечни-
ков, а у взрослых повышенный синтез кортизола вызывает АКТГ, гипер-
секреция которого связана в основном с опухолью гипофиза.
Половые гормоны. При избыточном образовании половых гормонов в
сетчатой зоне развивается адреногенитальный синдром двух типов — ге-
теросексуальный и изосексуальный. Гетеросексуальный синдром разви-
вается при выработке гормонов противоположного пола и сопровождает-
ся появлением вторичных половых признаков, присущих другому полу.
Изосексуальный синдром наступает при избыточной выработке гормонов
одноименного пола и проявляется ускорением процессов полового раз-
вития.
Катехоламины. В мозговом веществе надпочечников содержатся
хромаффинные клетки, в которых синтезируются адреналин и норадрена-
лин. Примерно 80 % гормональной секреции приходится на адреналин и
223
20 % — на норадреналин. Продукция этих гормонов резко усиливается
при возбуждении симпатической части автономной нервной системы.
В свою очередь выделение этих гормонов в кровь приводит к развитию
эффектов, аналогичных действию стимуляции симпатических нервов.
Разница состоит лишь в том, что гормональный эффект является более
длительным. К наиболее важным эффектам катехоламинов относятся
стимуляция деятельности сердца, вазоконстрикция, торможение периста-
льтики и секреция кишечника, расширение зрачка, уменьшение потоот-
деления, усиление процессов катаболизма и образования энергии. Адре-
налин имеет большее сродство к p-адренорецепторам, локализующимся в
миокарде, вследствие чего вызывает положительные инотропный и хро-
нотропный эффекты в сердце. С другой стороны, норадреналин имеет
более высокое сродство к сосудистым а-адренорецепторам. Поэтому вы-
зываемые катехоламинами вазоконстрикция и увеличение перифериче-
ского сосудистого сопротивления в большей степени обусловлены дейст-
вием норадреналина.
При стрессе содержание катехоламинов повышается в 4—8 раз. Разви-
вается тахикардия, обильное потоотделение, тремор, головная боль, повы-
шенное чувство тревоги. При опухоли мозгового слоя надпочечников ко
всем этим симптомам присоединяется артериальная гипертензия. Поско-
льку адреналин подавляет секрецию инсулина, активирует гликогенолиз и
липолиз, у таких больных наблюдаются гипергликемия и глюкозурия, а
также быстрое снижение массы тела.
Содержание адреналина в крови возрастает не только при стрессе, но и
при хирургических вмешательствах, в острой фазе инфаркта миокарда,
при гипертензии, длительной гиподинамии, тяжелой физической нагруз-
ке, недостаточности коры надпочечников и почек, при курении и хрони-
ческом алкоголизме. Сниженный уровень адреналина наблюдается при
недоразвитии мозгового вещества надпочечников, олигофрении, депрес-
сии, миопатиях и мигрени.
4.4.5. Поджелудочная железа
Эндокринная активность поджелудочной железы осуществляется панк-
реатическими островками (островки Лангерганса). В островковом аппара-
те представлено несколько типов клеток:
• А(а)-клетки, вырабатывающие глюкагон;
• В-клетки, вырабатывающие инсулин;
• 5-клетки, продуцирующие соматостатин, угнетающий секрецию инсули-
на и глюкагона;
• G-клетки, вырабатывающие гастрин;
• ПП-клетки, вырабатывающие небольшое количество панкреатического
полипептида, который является антагонистом холецистокинина.
В-клетки составляют большую часть островкового аппарата поджелу-
дочной железы (примерно 60 %). Они продуцируют инсулин, который
влияет на все виды обмена веществ, но прежде всего снижает уровень
глюкозы в плазме крови.
Под воздействием инсулина существенно увеличивается проницаемость
клеточной мембраны для глюкозы и аминокислот, что приводит к усиле-
нию биоэнергетических процессов и синтеза белка. Кроме того, в резуль-
тате подавления активности ферментов, обеспечивающих глюконеогенез,
224
тормозится образование глюкозы из аминокислот. Под влиянием инсули-
на уменьшается катаболизм белка. Таким образом, процессы образования
белка начинают преобладать над процессами его распада, что обеспечива-
ет анаболический эффект. По своему влиянию на белковый обмен инсу-
лин является синергистом соматотропина. Более того, установлено, что
адекватная стимуляция роста и физического развития под влиянием сома-
тотропина происходит только при условии достаточной концентрации ин-
сулина в крови.
Влияние инсулина на жировой обмен в конечном счете выражается в
усилении процессов липогенеза и отложении жира в жировых депо. По-
скольку под влиянием инсулина возрастает утилизация тканями и исполь-
зование глюкозы в качестве энергетического субстрата, определенная
часть жирных кислот сберегается от энергетических трат и используется в
последующем для липогенеза. Кроме того, дополнительное количество
жирных кислот образуется из глюкозы, а также за счет ускорения их син-
теза в печени. В жировых депо инсулин угнетает активность липазы и сти-
мулирует образование триглицеридов.
Недостаточная секреция инсулина приводит к развитию сахарного диа-
бета. При этом резко увеличивается содержание глюкозы в плазме крови,
возрастает осмотическое давление внеклеточной жидкости, что приводит к
дегидратации тканей, появлению жажды. Поскольку глюкоза относится к
«пороговым» веществам, то при определенном уровне гипергликемии тор-
мозится ее реабсорбция в почках и возникает глюкозурия. Вследствие того
что глюкоза является осмотически активным веществом, в составе мочи
возрастает также количество воды, что приводит к увеличению диуреза
(полиурия). Усиливается липолиз с образованием избыточного количества
несвязанных жирных кислот; образуются кетоновые тела. Катаболизм бел-
ка и недостаток энергии (нарушена утилизация глюкозы) приводит к асте-
нии и снижению массы тела.
Избыточное содержание инсулина в крови вызывает резкую гипоглике-
мию, что может привести к потере сознания (гипогликемическая кома).
Это объясняется тем, что в головном мозге утилизация глюкозы не зави-
сит от действия фермента гексокиназы, активность которой регулируется
инсулином. В связи с этим поглощение глюкозы мозговой тканью опреде-
ляется в основном концентрацией глюкозы в плазме крови. Ее снижение
под действием инсулина может привести к нарушению энергетического
обеспечения мозга и потере сознания.
Выработка инсулина регулируется механизмом отрицательной обрат-
ной связи в зависимости от концентрации глюкозы в плазме крови. По-
вышение содержания глюкозы способствует увеличению выработки ин-
сулина; в условиях гипогликемии образование инсулина, наоборот, тор-
мозится. Секреция инсулина в некоторой степени возрастает при росте
содержания аминокислот в крови. Увеличение выхода инсулина наблю-
дается также под действием некоторых гастроинтестинальных гормонов
(желудочный ингибирующий пептид, холецистокинин, секретин). Кроме
того, продукция инсулина может возрастать при стимуляции блуждающе-
го нерва. В опытах на животных показано, что при пропускании крови с
высоким содержанием глюкозы через сосуды головы, которая соединена
с телом только блуждающими нервами, наблюдается увеличение продук-
ции инсулина.
А-клетки, составляющие примерно 15 % островковой ткани, вырабаты-
вают глюкагон, действие которого приводит к гипергликемии. В основе это-
го эффекта лежат усиленный распад гликогена в печени и стимуляция про-
225
цессов глюконеогенеза. Глюкагон способствует мобилизации жира из жи-
ровых депо. Таким образом, действие глюкагона противоположно инсули-
ну. Установлено, что, кроме глюкагона, существует еще несколько гормо-
нов, которые по своему действию на углеводный обмен являются антагони-
стами инсулина (кортикотропин, соматотропин, глюкокортикоиды, адрена-
лин, тироксин). Введение этих гормонов приводит к гипергликемии.
4.4.6. Половые железы
Мужские половые железы. В мужских половых железах (яички) проис-
ходят процессы сперматогенеза и образование мужских половых гормо-
нов — андрогенов.
Сперматогенез осуществляется за счет деятельности сперматогенных
эпителиальных клеток, которые содержатся в семенных канальцах. Выра-
ботка андрогенов происходит в интерстициальных клетках — гландулоци-
тах (клетки Лейдига), локализующихся в интерстиции между семенными
канальцами и составляющих примерно 20 % от общей массы яичек. Небо-
льшое количество мужских половых гормонов вырабатывается также в
сетчатой зоне коркового вещества надпочечников. К андрогенам относит-
ся несколько стероидных гормонов, наиболее важным из которых являет-
ся тестостерон. Продукция этого гормона определяет адекватное развитие
мужских первичных и вторичных половых признаков (маскулинизирую-
щий эффект). Под влиянием тестостерона в период полового созревания
увеличиваются размеры полового члена и яичек, появляется мужской тип
оволосения, меняется тональность голоса. Кроме того, тестостерон усили-
вает синтез белка (анаболический эффект), что приводит к ускорению
процессов роста, физического развития, увеличению мышечной массы.
Тестостерон влияет на процессы формирования костного скелета — уско-
ряет образование белковой матрицы кости, усиливает отложение в ней со-
лей кальция. В результате увеличиваются рост, толщина и прочность кос-
ти. При гиперпродукции тестостерона ускоряется обмен веществ, в крови
возрастает количество эритроцитов.
Механизм действия тестостерона обусловлен его проникновением
внутрь клетки, превращением в более активную форму (дигидротестосте-
рон) и дальнейшим связыванием с рецепторами ядра и органелл, что при-
водит к изменению процессов синтеза белка и нуклеиновых кислот. Сек-
реция тестостерона регулируется лютеинизирующим гормоном аденогипо-
физа, продукция которого возрастает в период полового созревания. При
увеличении содержания в крови тестостерона по механизму отрицатель-
ной обратной связи тормозится выработка лютеинизирующего гормона.
Уменьшение продукции обоих гонадотропных гормонов — фолликулости-
мулирующего и лютеинизирующего — происходит также при ускорении
процессов сперматогенеза.
У мальчиков в возрасте до 10—11 лет в яичках обычно отсутствуют ак-
тивные клетки Лейдига, в которых вырабатываются андрогены. Однако
секреция тестостерона в этих клетках происходит во время внутриутробно-
го развития и сохраняется у ребенка в течение первых недель жизни. Это
связано со стимулирующим действием хорионного гонадотропина, проду-
цируемого плацентой.
Недостаточная секреция мужских половых гормонов приводит к разви-
тию евнухоидизма, основными проявлениями которого являются задержка
развития первичных и вторичных половых признаков, диспропорциональ-
ность костного скелета (несоразмерно длинные конечности при относите-
льно небольших размерах туловища), увеличение отложения жира на гру-
ди, в нижней части живота и на бедрах. Нередко отмечается увеличение
грудных желез (гинекомастия). Недостаток мужских половых гормонов
приводит также к определенным нервно-психическим изменениям, в ча-
стности к отсутствию влечения к противоположному полу и утрате других
типичных психофизиологических черт мужчины.
Женские половые железы. В женских половых железах (яичники) про-
исходит выработка эстрогенов и прогестерона. Секреция этих гормонов
характеризуется определенной цикличностью, связанной с изменением
продукции гипофизарных гонадотропинов в течение менструального
цикла Эстрогены, помимо яичников, в небольшом количестве выраба-
тываются в сетчатой зоне коркового вещества надпочечников. Во время
беременности секреция эстрогенов существенно увеличивается за счет
гормональной активности плаценты. Наиболее активным представителем
этой группы гормонов является p-эстрадиол. Прогестерон представляет
собой гормон желтого тела; его продукция возрастает в конце менструа-
льного цикла.
Под влиянием эстрогенов ускоряется развитие первичных и вторичных
женских половых признаков. В период полового созревания увеличивают-
ся размеры яичников, матки, влагалища, а также наружных половых орга-
нов. Усиливаются процессы пролиферации и рост желез в эндометрии.
Эстрогены ускоряют развитие молочных желез, что приводит к увеличе-
нию их размеров, ускоренному формированию протоковой системы. Эст-
рогены влияют на развитие костного скелета посредством усиления актив-
ности остеобластов. Вместе с тем за счет влияния на эпифизарный хрящ
тормозится рост костей в длину. Действие этих гормонов приводит к уве-
личению биосинтеза белка; усиливается также образование жира, избыток
которого откладывается в подкожной основе, что определяет внешние
особенности женской фигуры. Под влиянием эстрогенов развивается ово-
лосение по женскому типу: кожа становится более тонкой и гладкой, хо-
рошо васкуляризованной.
Основное назначение прогестерона заключается в подготовке эндо-
метрия к имплантации оплодотворенной яйцеклетки. Под действием это-
го гормона усиливается пролиферация и секреторная активность клеток
эндометрия, в цитоплазме накапливаются липиды и гликоген, усиливает-
ся васкуляризация. Усиление пролиферации и секреторной активности
происходит также в молочных железах, что приводит к увеличению их
размера.
Недостаточная секреция женских половых гормонов влечет за собой
развитие характерного симптомокомплекса, основными признаками кото-
рого являются прекращение менструаций, атрофия молочных желез, вла-
галища и матки, отсутствие характерного оволосения по женскому типу.
Существенные изменения претерпевает костная система — задерживается
окостенение зоны эпифизарного хряща, что стимулирует рост кости в дли-
ну. Как правило, это больные высокого роста, с несоразмерно удлиненны-
ми конечностями, суженным и уплощенным тазом. Внешний вид приоб-
ретает мужские черты, тембр голоса становится низким.
Выработка эстрогенов и прогестерона регулируется гипофизарными го-
надотропинами, продукция которых возрастает у девочек начиная с
9—10 лет. Секреция гонадотропинов тормозится при высоком содержании
в крови женских половых гормонов.
227
4.4.7. Эндотелий как эндокринная ткань
Кровеносные сосуды покрыты изнутри монослоем эндотелиальных
клеток. Многие гормоны, имея гидрофильную природу, не проходят через
эндотелиальный барьер в сосуд и не могут достигать с током крови опре-
деленного органа. Они действуют на эндотелиальные клетки и вызывают в
них образование новых межклеточных регуляторов: эндотелина (пептид-
ный гормон) и тромбоксана (образуется из жирной кислоты), которые
стимулируют сокращение гладкомышечных клеток стенки сосуда, а также
агрегацию тромбоцитов. Эти же гормоны стимулируют образование в эн-
дотелиальных клетках простациклина (простагландин) и оксида азота
(NO), которые вызывают расслабление гладкомышечных клеток и препят-
ствуют агрегации тромбоцитов. Таким образом, в результате согласован-
ной секреции эндотелина, тромбоксана, простациклина и NO могут осу-
ществляться разнонаправленные влияния на сосудистый тонус и процессы
тромбообразования.
Спектр вырабатываемых гормонов и уровень их секреции эндотелием
зависят от природы эндокринных сигналов, которые действуют на эндоте-
лиальную клетку, а также от функционального состояния эндотелия. Для
регуляции давления и скорости протекания крови по сосудам чрезвычайно
важно то, что эндокринный ответ эндотелия зависит также от механиче-
ских сигналов, поступающих на его клетки. Когда скорость протекания
крови по сосудам повышается, то в результате сил трения между формен-
ными элементами и сосудистой стенкой возникает «напряжение сдвига»
мембраны эндотелиальной клетки. В результате она вырабатывает NO,
расширяющий сосуд. Данная реакция позволяет немедленно открывать
коллатерали, когда по какой-то причине перекрывается кровоток по
основной магистрали.
При высоком давлении крови происходит растяжение сосуда, которое
также воспринимается клетками сосудистой стенки. В ответ на это в них
повышается синтез белков, секретируются гормоны, факторы роста и кол-
лаген, усиливается также деление клеток. При артериальной гипертензии
это приводит к сужению просвета сосуда за счет утолщения его стенки.
Таким образом, эндотелий, выстилающий внутреннюю поверхность
кровеносного сосуда, может воспринимать многочисленные гормональные
и механические сигналы, интегрировать эти воздействия и отвечать на них
секрецией собственных гормонов, которые регулируют активность близле-
жащих гладкомышечных клеток.
Эти клетки в свою очередь могут не только сокращаться и расслаблять-
ся, определяя тем самым величину кровяного давления, но и секретируют
гормоны и факторы роста, которые влияют на функциональное состояние
снабжаемых кровью органов, а также клеток крови.
Глава 5
СИСТЕМА КРОВИ
Внутренняя среда организма представлена тканевой (интерстициаль-
ная) жидкостью, лимфой и кровью, состав и свойства которых теснейшим
образом связаны между собой. Однако истинной внутренней средой орга-
низма является интерстициальная жидкость, ибо в основном она контак-
тирует с клетками организма. Кровь же, соприкасаясь непосредственно с
эндокардом и эндотелием сосудов, обеспечивает их жизнедеятельность и
преимущественно косвенно через тканевую жидкость вмешивается в рабо-
ту всех органов и тканей. Сосудистая стенка оказывает непосредственное
влияние на состав и свойства крови и, следовательно, тканевой жидкости,
так как выделяет и пропускает в кровоток гормоны и различные биологи-
чески активные соединения — ферменты, пептиды, простагландины и др.
Основной составной частью тканевой жидкости, лимфы и крови являет-
ся вода. В организме человека ее доля составляет до 60 % от массы
тела. Для человека массой тела 70 кг на воду приходится до 42 л, из них на
интерстициальную жидкость и лимфу — около 21 % и плазму — около
8 %.
Между кровью и тканевой жидкостью происходит постоянный обмен
веществ и транспорт воды, несущей растворенные в ней продукты обмена,
гормоны, газы, биологически активные соединения. Следовательно, внут-
ренняя среда организма представляет собой единую систему гуморального
транспорта.
Следует заметить, что внутриклеточная жидкость, плазма крови, интер-
стициальная жидкость и лимфа имеют различный состав, что в значитель-
ной степени определяет интенсивность водного, ионного и электролитно-
го обмена, а также продуктов метаболизма между кровью, тканевой жид-
костью и клетками.
Еще в 1878 г. К. Бернар писал: ...поддержание постоянства условий
жизни в нашей внутренней среде — необходимый элемент свободной и
независимой жизни». Это положение легло в основу учения о гомеостази-
се, создателем которого является американский физиолог Дж. Кеннон.
Между тем в основе представлений о гомеостазисе лежат динамические
процессы, ибо постоянство внутренней среды организма редко бывает
действительно постоянным. Под влиянием внешних воздействий и сдви-
гов, происходящих в самом организме, состав и свойства интерстициаль-
ной жидкости, лимфы и крови на короткое время могут изменяться в ши-
роких пределах, однако благодаря регуляторным воздействиям, осуществ-
ляемым нервной системой и гуморальными факторами, сравнительно бы-
стро возвращаются к норме.
5.1. ПОНЯТИЕ О СИСТЕМЕ КРОВИ
В систему крови входят кровь, органы кроветворения и кроверазруше-
ния, а также аппарат их регуляции. Кровь как ткань обладает следующи-
ми особенностями: все ее составные части образуются за пределами со-
судистого русла; межклеточное вещество ткани является жидким; основ-
ная часть крови находится в постоянном движении.
229
Кровь животных преимущественно (за исключением костного мозга)
заключена в систему замкнутых трубок — кровеносных сосудов. Кровь со-
стоит из жидкой части — плазмы и форменных элементов: эритроцитов,
лейкоцитов и тромбоцитов. У взрослого человека форменные элементы
крови составляют 36—48 %, а плазма — 52—64 %. Это соотношение полу-
чило название гематокритного числа.
5.1.1. Основные функции крови
Основными функциями крови являются транспортная, защитная и ре-
гуляторная. Все три функции крови связаны между собой и неотделимы
друг от друга.
Транспортная функция — кровь переносит необходимые для жизнедея-
тельности органов и тканей различные вещества, газы и продукты обмена.
Транспортная функция осуществляется как плазмой, так и форменными
элементами. Многие вещества переносятся в неизмененном виде, другие
вступают в нестойкие соединения с различными белками. Благодаря
транспорту реализуется и дыхательная функция крови. Кровь осуществля-
ет перенос гормонов, питательных веществ, продуктов обмена, ферментов,
пептидов, различных биологически активных соединений (простагланди-
ны, лейкотриены, цитомедины и др.), катионов, анионов, микроэлементов
и др. С транспортом связана и экскреторная функция крови — выделение
из организма почками и внепочечными путями воды, метаболитов.
Защитные функции крови чрезвычайно разнообразны. С наличием в
крови лейкоцитов связана специфическая (иммунитет) и неспецифиче-
ская (главным образом, фагоцитоз) защита организма. В составе крови со-
держатся все компоненты так называемой системы комплемента, играю-
щей важную роль как в специфической, так и неспецифической защите. К
защитным функциям относятся сохранение циркулирующей крови в жид-
ком состоянии и остановка кровотечения (гемостаз) в случае нарушения
целости сосудов.
Гуморальная регуляция деятельности организма в первую очередь связа-
на с поступлением в циркулирующую кровь гормонов, биологически ак-
тивных веществ и продуктов обмена. Благодаря регуляторной функции
крови сохраняется постоянство внутренней среды организма, водного и
солевого баланса тканей и температуры тела, контроль за интенсивностью
обменных процессов, поддержание постоянства кислотно-основного со-
стояния, регуляция гемопоэза и течение других физиологических процес-
сов.
5.1.2. Количество крови в организме
У человека кровь составляет 6—8 % от массы тела, т.е. 4—6 л. У жен-
щин крови приблизительно на 1 — 1,5 л меньше, чем у мужчин. Количество
циркулирующей крови соответствует 60—70 мл/кг массы.
Определение количества крови в организме заключается в следующем:
в кровь вводят безвредные вещества (нейтральную краску, радиоактивные
изотопы или коллоидный раствор) и через определенное время, когда вво-
димый маркер равномерно распределится, устанавливают его концентра-
цию. Зная количество введенного вещества, легко рассчитать количество
крови в организме.
230
5.1.3. Состав плазмы крови
Плазма представляет собой жидкую, слегка опалесцирующую часть
крови, в состав которой входят соли (электролиты), белки, липиды, угле-
воды, продукты обмена, гормоны, ферменты, витамины и растворенные в
ней газы (табл. 5.1).
Таблица 5.1. Состав плазмы
Компоненты Содержание Компоненты Содержание
Вода Белки Альбумины а|-Глобулины а2-Глобулины р-Глобулины у-Глобулины Фибриноген Билирубин общий Липиды ЛПОНП ЛППП ЛПНП ЛПВП Триглицериды натощак 900-910 г/л 65-85 г/л 38-50 г/л 1,4-3,0 г/л 5,6-9,0 г/л 5,4-9,0 г/л 9,0-14,5 г/л 2,0-4,0 г/л 3,4—22 ммоль/л 2,0-4,0 г/л 0,8-1,5 г/л 0,2-0,75 г/л 3,2-4,5 г/л 2,7-4,3 г/л <2,85 ммоль/л Глюкоза Мочевая кислота Креатинин Натрий Калий Кальций общий Кальций свободный Магний Хлориды Железо общее Медь общая Гидрокарбонат Фосфат Сульфат Аммиак Остаточный азот 3,6—6,5 ммоль/л 179—476 мкмоль/л 44—150 ммоль/л 135—145 моль 3,3—4,9 моль/л 2,23—2,57 моль/л 1,15—1,27 моль 0,65—1,1 моль/л 97—110 моль/л 9,0—31,0 моль/л 11,0—24,3 моль/л 23,0—33,0 моль/л 0,8—1,2 моль/л 0,4—0,6 моль/л 19,0—43,0 моль/л 14—28 моль/л
Примечание ЛПОНП — липопротеиды очень низкой плотности; ЛППП — липопротеиды
промежуточной плотности, ЛПНП — липопротеиды низкой плотности; ЛПВП — липопро-
теиды высокой плотности
Состав плазмы отличается лишь относительным постоянством и во
многом зависит от приема пищи, воды и солей. Для колебания уровня
различных соединений, входящих в плазму, существуют строго очерчен-
ные границы. Для одних веществ эти колебания ограничены, и их содер-
жание изменяется незначительно. Это так называемые жесткие констан-
ты. К ним относится концентрация всех катионов. Содержание других
ингредиентов плазмы колеблется в широких пределах — пластичные кон-
станты. К последним принадлежит концентрация глюкозы, липидов, бел-
ков, фосфатов, мочевины, мочевой кислоты. Важным показателем обмена
белков и особенно выделения его продуктов обмена через почки является
остаточный азот крови, куда входят мочевина, креатин, креатинин, ами-
нокислоты и индикан.
Содержание не только жестких, но и пластичных ингредиентов должно
удерживаться на довольно постоянном уровне и лишь на короткое время
может выходить за пределы нормы.
Минеральные вещества плазмы составляют около 0,9 %. Растворы, име-
ющие одинаковое с кровью осмотическое давление, получили название
изотонических, или физиологических. К таким растворам для теплокровных
231
животных и человека относятся 0,9 % раствор натрия хлорида и 5 % рас-
твор глюкозы. Растворы, имеющие большее осмотическое давление, чем
кровь, называются гипертоническими, а меньшее — гипотоническими.
Для обеспечения жизнедеятельности изолированных органов и тканей,
а также при кровопотере используют растворы, близкие по ионному соста-
ву к плазме крови (табл. 5.2.)
Таблица 5.2. Состав растворов Рингера—Локка и Тироде для теплокровных жи-
вотных
Название раствора Ингредиенты, г/л
NaCl КС1 СаС12 NaHCOj MgCI2 NaH2PO4 Глюкоза
Рингера- Локка 9,0 0,42 0,24 0,15 — 1,0
Тироде 8,0 0,2 0,2 1,0 0,1 0,05 1,0
Из-за отсутствия коллоидов (белки) растворы Рингера—Локка и Тироде
не способны длительное время задерживать воду в крови — вода быстро
выводится почками и переходит в ткани. Поэтому эти растворы применя-
ют в качестве кровезамещаюших лишь в случаях, когда отсутствуют колло-
идные растворы, способные на длительное время восполнить недостаток
жидкости в сосудистом русле.
Важнейшей составной частью плазмы являются белки, содержание ко-
торых составляет 7—8 % от массы плазмы.
Белки плазмы представлены альбуминами, глобулинами и фибриноге-
ном. К альбуминам относятся белки с относительно малой мол. массой
(около 70 000 Д), их 4—5 %; к глобулинам — крупномолекулярные белки
(мол. масса до 450 000 Д), количество их доходит до 3 %. На долю фиб-
риногена (мол. масса 340 000 Д) приходится 0,2 — 0,4 %. С помощью ме-
тода электрофореза, основанного на различной скорости движения бел-
ков в электрическом поле, глобулины разделены на а(-, а2-, р- и у-глобу-
лины.
Функции белков плазмы крови:
• белки обеспечивают онкотическое давление крови, от которого в значи-
тельной степени зависит обмен воды и растворенных в ней веществ меж-
ду кровью и тканевой жидкостью;
• регулируют pH крови благодаря наличию буферных свойств;
• влияют на вязкость крови и плазмы, что чрезвычайно важно для поддер-
жания нормального уровня кровяного давления;
• обеспечивают гуморальный иммунитет, ибо являются антителами (им-
муноглобулинами);
• служат важным компонентом неспецифической резистентности, так как
являются компонентами системы комплемента и других факторов защи-
ты;
• принимают участие в свертывании крови и образовании тромбоцитар-
ной пробки;
• способствуют сохранению жидкого состояния крови, так как входят в
состав противосвертывающих веществ (естественные антикоагулянты);
• способствуют растворению фибриновых сгустков;
232
• служат переносчиками ряда гормонов, липидов, минеральных веществ и
ДР-;
• обеспечивают процессы репарации, роста и развития различных клеток
организма.
Около 60 % всех белков плазмы приходится на альбумины, играющие
основную роль в поддержании онкотического давления крови и являющи-
еся переносчиками билирубина, уробилина, жирных кислот, солей желч-
ных кислот и некоторых лекарств.
Функция а- и 0-глобулинов сводится к связыванию катионов крови и
переводу их в недиффундирующую форму. Особенно важно это для каль-
ция, ибо только X его находится в ионизированном и, следовательно, фи-
зиологически активном состоянии. Во фракцию а-глобулинов входят
сложные белки — гликопротеины, а также ряд транспортных белков, про-
ферментов и ингибиторов протеаз. Фракция р-глобулинов включает в себя
липопротеиды. Увеличение содержания липопротеидов очень низкой,
промежуточной и низкой плотности является одним из ведущих факторов
развития атеросклероза. Снижение концентрации липопротеидов высокой
плотности приводит к нарушениям деятельности ЦНС и нередко сопро-
вождается депрессиями, у-Глобулины в организме человека и животных
осуществляют в основном буферную и защитную функции. К этим соеди-
нениям относятся антитела (иммуноглобулины) и некоторые факторы
свертывания крови.
5.1.4. Физико-химические свойства крови
(Цвет крови определяется наличием в эритроцитах особого белка — гемо-
глобина.
Артериальная кровь характеризуется ярко-красной окраской, что зави-
сит от содержания в ней гемоглобина, насыщенного кислородом (оксиге-
моглобин). Венозная кровь имеет темно-красную с синеватым оттенком
окраску, что объясняется наличием в ней не только оксигемоглобина, но и
восстановленного гемоглобина, на долю которого приходится приблизите-
льно X от общего его содержания.
Относительная плотность крови колеблется от 1,052 до 1,062 и зависит
преимущественно от содержания эритроцитов. Относительная плотность
плазмы крови в основном определяется концентрацией белков и составля-
ет 1,029 - 1,032.
Вязкость крови определяется по отношению к вязкости воды и соответ-
ствует 4,0 — 5,0. Вязкость крови зависит главным образом от содержания
эритроцитов и в меньшей степени от белков плазмы. Вязкость венозной
крови несколько больше, чем артериальной, что связано с поступлением в
эритроциты СО2, благодаря чему незначительно увеличивается их размер.
Вязкость крови возрастает при опорожнении депо крови, содержащей бо-
льшее число эритроцитов. Вязкость плазмы не превышает 1,8—2,2. При
обильном белковом питании вязкость плазмы, а следовательно, и крови
может повышаться.
Осмотическое давление крови. Осмотическим давлением называется
сила, которая заставляет переходить растворитель (для крови это вода)
через полупроницаемую мембрану из менее в более концентрированный
раствор. Осмотическое давление крови определяют криоскопическим
методом определения депрессии (точка замерзания), которая для крови
233
составляет 0,54—0,58 °C. Осмотическое давление крови равно 7,3—
7,6 атм.
Осмотическое давление крови зависит от растворенных в ней низкомо-
лекулярных соединений, главным образом солей. Около 95% от общего
осмотического давления приходится на долю неорганических электроли-
тов, из них 60 % — на долю NaCl. Осмотическое давление в крови, лимфе,
тканевой жидкости, тканях приблизительно одинаково и отличается по-
стоянством. Даже в случаях, когда в кровь поступает значительное количе-
ство воды или соли, осмотическое давление не претерпевает существен-
ных изменений. При избыточном поступлении в кровь вода быстро выво-
дится почками и переходит в ткани и клетки, что восстанавливает исход-
ную величину осмотического давления. Если в крови повышается концен-
трация солей, то в сосудистое русло переходит вода из тканевой жидкости,
а почки начинают усиленно выводить соли. Продукты переваривания бел-
ков, жиров и углеводов, всасывающиеся в кровь и лимфу, а также низко-
молекулярные продукты клеточного метаболизма могут изменять осмоти-
ческое давление в небольших пределах.
Поддержание постоянства осмотического давления играет важную роль
в жизнедеятельности клеток.
Онкотическое давление зависит от содержания крупномолекулярных со-
единений (белков) в растворе. Хотя концентрация белков в плазме доволь-
но велика, общее количество молекул из-за их большой молекулярной
массы относительно мало, благодаря чему онкотическое давление не пре-
вышает 30 мм рт. ст. Онкотическое давление в большей степени зависит
от альбуминов (80 %), что связано с их относительно малой молекулярной
массой и большим количеством молекул в плазме.
Онкотическое давление играет важную роль в регуляции водного обме-
на. Чем больше его величина, тем больше воды удерживается в сосудистом
русле и тем меньше ее переходит в ткани. Онкотическое давление влияет
на образование тканевой жидкости, лимфы, мочи и всасывание воды в ки-
шечнике. Поэтому кровезамещающие растворы должны содержать в своем
составе коллоидные вещества, способные удерживать воду. При снижении
концентрации белка в плазме развиваются отеки, так как вода перестает
удерживаться в сосудистом русле и переходит в ткани.
Температура крови во многом зависит от интенсивности обмена ве-
ществ того органа, от которого она оттекает, и колеблется в пределах
37-40 °C.
Концентрация водородных ионов и регуляция pH крови. Б норме pH кро-
ви в капиллярах 7,36, т.е. реакция слабоосновная. Колебания величины
pH незначительны. В условиях покоя pH артериальной крови соответству-
ет 7,4, а венозной — 7,34. В клетках и тканях pH достигает 7,2 и даже 7,0,
что зависит от образования в них в процессе обмена веществ кислых про-
дуктов метаболизма. При различных физиологических состояниях pH кро-
ви может изменяться как в кислую (до 7,3), так и в основную (до 7,5) сто-
рону. Более значительные отклонения pH сопровождаются тяжелейшими
последствиями для организма. Так, при pH крови 6,95 наступает потеря
сознания, и если эти сдвиги в кратчайший срок не ликвидируют, то неми-
нуема смерть. Если же концентрация ионов Н+ уменьшается и pH стано-
вится равным 7,7, то развиваются тяжелейшие судороги (тетания), что
также может привести к смерти.
В процессе метаболизма ткани выделяют в тканевую жидкость, а следо-
вательно, и в кровь кислые продукты обмена, что должно приводить к
сдвигу pH в кислую сторону. В результате интенсивной мышечной деяте-
234
льности в кровь человека может поступать в течение нескольких минут до
90 г молочной кислоты. Если такое количество молочной кислоты было
бы прибавлено к объему дистиллированной воды, равному ОЦК, то кон-
центрация ионов Н+ возросла бы в ней в 40 000 раз. Реакция же крови при
этих условиях практически не изменяется, что объясняется наличием бу-
ферных систем крови. Кроме того, в организме постоянство pH сохраня-
ется за счет работы почек и легких, удаляющих из крови СО2, избыток
кислот и оснований.
Постоянство pH крови поддерживается буферными системами: гемо-
глобиновой, карбонатной, фосфатной — и белками плазмы.
Самой мощной является буферная система гемоглобина (75 % буферной
емкости крови). Эта система включает восстановленный гемоглобин
(ННЬ) и калиевую соль восстановленного гемоглобина (КНЬ). Буферные
свойства системы обусловлены тем, что КНЬ, будучи солью слабой кисло-
ты, отдает ион К+ и присоединяет при этом ион Н+, образуя слабодиссо-
циированную кислоту:
Н+ + КНЬ = К+ + ННЬ.
Величина pH крови, притекающей к тканям, благодаря восстановлен-
ному гемоглобину, способному связывать СО2 и Н+-ионы, остается посто-
янной. В этих условиях ННЬ выполняет функции основания. В легких же
гемоглобин ведет себя как кислота (оксигемоглобин ННЬО2 является бо-
лее сильной кислотой, чем углекислота), что предотвращает защелачива-
ние крови.
Карбонатная буферная система (H2CO3/NaHCO3) по своей мощности
занимает второе место. Ее функции осуществляются следующим образом:
NaHCO3 диссоциирует на Na+ и HCOj. Если в кровь поступает кислота
более сильная, чем угольная, то происходит обмен ионами Na+ с образова-
нием слабодиссоциированной и легкорастворимой угольной кислоты, что
предотвращает повышение концентрации Н+ в крови. Увеличение же кон-
центрации угольной кислоты приводит к ее распаду на воду и углекислый
газ (это происходит под влиянием фермента карбоангидразы, находящего-
ся в эритроцитах). СО2 поступает в легкие и выделяется в окружающую
среду. Если же в кровь поступает основание, то оно реагирует с угольной
кислотой, образуя натрия гидрокарбонат (NaHCO3) и воду, что препятст-
вует сдвигу pH в основную сторону.
Фосфатная буферная система образована натрия дигидрофосфатом
(NaH2PO4) и натрия гидрофосфатом (Na2HPO4). Первое из них ведет себя
как слабая кислота, второе — как соль слабой кислоты. Если в кровь
попадает более сильная кислота, то она реагирует с Na2HPO4, образуя
нейтральную соль и увеличивая количество малодиссоциируемого
NaH2PO4:
Na2HPO4 + н2СО3 = NaHCO3 + NaH2PO4
Избыточное количество натрия дигидрофосфата при этом будет удаля-
ться с мочой, благодаря чему соотношение NaH2PO4 и Na2HPO4 не изме-
нится.
Если же в кровь ввести сильное основание, то оно будет взаимодейст-
вовать с ди гидрофосфатом натрия, образуя слабоосновной гидрофосфат
натрия. При этом pH крови изменится крайне незначительно. В данной
ситуации избыток гидрофосфата натрия выделится с мочой.
235
Белки плазмы крови играют роль буфера, ибо обладают амфотерными
свойствами, благодаря чему в кислой среде ведут себя как основания, а в
основной — как кислоты.
Важная роль в поддержании постоянства pH отводится нервной регуля-
ции. При этом преимущественно раздражаются хеморецепторы сосудистых
рефлексогенных зон, импульсы от которых поступают в ЦНС, что рефлек-
торно включает в реакцию периферические органы — почки, легкие, по-
товые железы, желудочно-кишечный тракт, деятельность которых направ-
ляется на восстановление исходной величины pH. Установлено, что при
сдвиге pH в кислую сторону почки усиленно выделяют с мочой анион
Н2РО< При сдвигах pH крови в основную сторону увеличивается выделе-
ние почками анионов НРО“ и НСОу Потовые железы человека способны
выводить избыток молочной кислоты, а легкие — СО2.
Буферные системы крови более устойчивы к действию кислот, чем
оснований. Основные соли слабых кислот, содержащиеся в крови, образу-
ют так называемый щелочной резерв крови. Его величина определяется по
тому количеству углекислоты, которое может быть связано 100 мл крови
при напряжении СО2, равном 40 мм рт. ст.
Постоянное соотношение между кислотными и щелочными эквивален-
тами обеспечивает кислотно-основное состояние крови.
При различных состояниях может наблюдаться сдвиг pH как в кис-
лую, так и в щелочную сторону. Первый из них носит название ацидоза,
второй — алкалоза.
Суспензионная устойчивость крови (скорость оседания эритроцитов —
СОЭ). Кровь представляет собой суспензию, или взвесь, форменных эле-
ментов. Взвесь эритроцитов в плазме поддерживается гидрофильной при-
родой их поверхности, а также тем, что эритроциты несут отрицательный
заряд, благодаря чему отталкиваются друг от друга. Если отрицательный
заряд форменных элементов уменьшается, что может быть обусловлено
адсорбцией таких положительно заряженных белков, как фибриноген,
у-глобулины, парапротеины и др., то снижается электростатическое оттал-
кивание между эритроцитами. При этом эритроциты, склеиваясь друг с
другом, образуют так называемые монетные столбики. Если агрегация
эритроцитов наблюдается в организме, то вязкость крови возрастает, что
может создавать благоприятные условия для внутрисосудистого свертыва-
ния крови, а также повышения кровяного давления.
Если кровь поместить в пробирку, предварительно добавив в нее вещест-
ва, препятствующие свертыванию, то через некоторое время можно уви-
деть, что она разделяется на два слоя: верхний состоит из плазмы, а нижний
представляет собой форменные элементы, главным образом эритроциты.
Исходя из этих свойств, Фарреус предложил изучать суспензионную устой-
чивость эритроцитов, определяя скорость их оседания в крови, свертывае-
мость которой устранялась предварительным добавлением цитрата натрия.
Этот показатель был назван скоростью оседания эритроцитов (СОЭ).
Определение СОЭ ведется с помощью капилляра Панченкова, на кото-
ром нанесены миллиметровые деления. Капилляр ставят в штатив на 1 ч и
затем определяют величину слоя плазмы над поверхностью осевших эрит-
роцитов.
Величина СОЭ зависит от возраста и пола. У новорожденного она
равна 1—2 мм/ч; у детей старше 1 года и у мужчин — 6—12 мм/ч; у жен-
щин — 8—15 мм/ч; у пожилых людей обоего пола до 15—20 мм/ч. Наи-
большее влияние на величину СОЭ оказывает содержание фибриногена;
при увеличении его концентрации более 4 г/л СОЭ повышается.
236
СОЭ резко увеличивается во время беременности, когда содержание фиб-
риногена в плазме возрастает. Повышение СОЭ наблюдается при воспали-
тельных, инфекционных и онкологических заболеваниях, при ожогах, отмо-
рожениях, а также при резком уменьшении числа эритроцитов (анемия).
Величина СОЭ зависит в большей степени от свойств плазмы, нежели
эритроцитов. Так, если поместить эритроциты мужчины с нормальной
СОЭ в капилляр с плазмой беременной женщины, то они начнут оседать с
такой же скоростью, как и у женщин при беременности.
5.2. ФОРМЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КРОВИ
Все форменные элементы крови — эритроциты, лейкоциты и тромбоци-
ты — образуются в костном мозге из единой примитивной полипотент-
ной, или плюрипотентной, стволовой клетки (пПСК).
Несмотря на то что все клетки крови являются потомками единой кро-
ветворной клетки, они выполняют различные специфические функции.
В то же время общность происхождения наделила их и общими свойства-
ми Так, все клетки крови независимо от их специфики участвуют в транс-
порте различных веществ, выполняют защитные и регуляторные функции.
5.2.1. Эритроциты
Эритроциты в крови здорового человека преимущественно (до 70 %)
имеют форму двояковогнутого диска. Поверхность диска в 1,7 раза боль-
ше, чем поверхность тела такого же объема, но сферической формы. Фор-
ма двояковогнутого диска, увеличивая поверхность эритроцита, обеспечи-
вает транспорт большего количества различных веществ. Но главное преи-
мущество заключается в том, что форма двояковогнутого диска обеспечи-
вает прохождение эритроцита через капилляры. При этом в узкой части
эритроцита возникает выпячивание в виде тонкого соска, который и вхо-
дит в капилляр и, постепенно суживаясь в широкой части, преодолевает
его. Кроме того, эритроцит может перекручиваться в средней узкой части
в виде восьмерки, его содержимое из более широкого конца перетекает к
центру, благодаря чему он свободно входит в капилляр.
Размеры эритроцита весьма изменчивы, но в большинстве случаев их
диаметр равен 7—7,7 мкм, толщина 2 мкм, объем 76—100 мкм, площадь
поверхности 140—150 мкм2.
Эритроциты, имеющие диаметр менее 6 мкм, называются микроцитами.
Если диаметр эритроцита соответствует норме, то он именуется нормоци-
том. Наконец, если диаметр превышает норму, то такие эритроциты назы-
ваются макроцитами. Наличие микроцитоза (увеличение числа малых эрит-
роцитов), макроцитоза (увеличение числа больших эритроцитов), анизоци-
тоза (значительная вариабельность размеров) и пойкилоцитоза (значитель-
ная вариабельность формы) свидетельствует о нарушении эритропоэза.
Эритроцит окружен плазматической мембраной, структура которой
мало отличается от таковой других клеток. Мембрана эритроцита прони-
цаема для катионов Na+ и К+, особенно хорошо пропускает кислород,
углекислый газ, анионы СГ и НСО’.
В составе эритроцитов содержится около 140 ферментов, в том числе
антиоксидантная ферментная система, а также Na+-, К+- и Са2+-зависи-
237
мыс АТФазы, обеспечивающие, в частности, транспорт ионов через мемб-
рану. Цитоскелет в виде проходящих через клетку трубочек и микрофила-
ментов в эритроците отсутствует, что придает ему эластичность и дефор-
мируемость.
В норме число эритроцитов у мужчин равно 4—5-1012/л, или 4 000 000 —
5 000 000 в 1 мкл крови. У женщин количество эритроцитов меньше и, как
правило, не превышает 4,5-10,2/л. При беременности число их может до-
стигать 3,5-10 |2/л и даже 3,2-10|2/л.
Содержание эритроцитов в норме подвержено незначительным колеба-
ниям. При различных заболеваниях количество эритроцитов может умень-
шаться. Подобное состояние носит название эритропения. Увеличение
числа эритроцитов обозначается как эритроцитоз.
5.2.1.1. Гемоглобин и его соединения
Основные функции эритроцитов обусловлены наличием в их составе
белка хромопротеида — гемоглобина. Мол. масса гемоглобина человека
равна 68 800. Гемоглобин состоит из белковой (глобин) и железосодержа-
щей (гем) частей; на одну молекулу глобина приходится 4 молекулы гема.
В крови здорового человека содержание гемоглобина составляет 120—
165 г/л (120—150 г/л у женщин, 130—160 г/л у мужчин). У беременных со-
держание гемоглобина может понижаться до 110 г/л.
Основное назначение гемоглобина — транспорт О2 и СО2. Кроме того,
гемоглобин обладает буферными свойствами, а также способностью свя-
зывать некоторые токсичные вещества,
Гемоглобин человека и различных животных имеет разное строение.
Это касается белковой части — глобина, а гем у всех представителей жи-
вотного мира имеет одну и ту же структуру. Гем состоит из молекулы по-
рфирина, в центре которой расположен ион Fe2+, способный присоеди-
нять О2. Структура белковой части гемоглобина человека неоднородна,
благодаря чему белковая часть разделяется на ряд фракций. Большая часть
гемоглобина взрослого человека (95—98 %) состоит из фракции А (от лат.
adultus — взрослый); от 2 до 3 % всего гемоглобина приходится на фрак-
цию А2; наконец, в эритроцитах взрослого человека находится так называ-
емый фетальный гемоглобин (от лат. foetus — плод), или гемоглобин F,
содержание которого в норме редко превышает 1—2 %. Гемоглобины А и
А2 обнаруживают практически во всех эритроцитах, тогда как гемоглобин
F присутствует в них не всегда.
Гемоглобин F содержится преимущественно у плода. К моменту рожде-
ния ребенка на его долю приходится 70 — 90 %. Гемоглобин F имеет боль-
шее сродство к О2, чем гемоглобин А, что позволяет тканям плода не ис-
пытывать гипоксии, несмотря на низкое напряжение кислорода в его кро-
ви. Эта приспособительная реакция объясняется тем, что гемоглобин F
труднее вступает в связь с 2,3-дифосфоглицериновой кислотой, которая
уменьшает способность гемоглобина переходить в оксигемоглобин, а сле-
довательно, и обеспечивать легкую отдачу О2 тканям. Кроме так называе-
мых нормальных, существуют более 300 аномальных гемоглобинов, встре-
чающихся при различных заболеваниях системы крови. Все они отличают-
ся друг от друга строением глобина.
Гемоглобин обладает способностью образовывать соединения с О2,
СО2 и СО. Гемоглобин, присоединивший О2, называется оксигемоглобин
(ННЬО2); гемоглобин, отдавший О2, называется восстановленным, или ре-
238
, tfj
дуцированным, Гемоглобином (ННЬ). В артериальной крови преобладает
содержание оксигемоглобина, от чего ее цвет приобретает алую окраску.
В венозной крови до 35 % всего гемоглобина приходится на ННЬ. Кроме
того, часть гемоглобина через аминную группу связывается с СО2, обра-
зуя карбогемоглобин (ННЬСО^, благодаря чему переносится от 10 до 20%
всего транспортируемого кровью СО2.
Гемоглобин способен образовывать прочную связь с СО. Это соедине-
ние называется карбоксигемоглобин (ННЬСО). Сродство гемоглобина к СО
значительно выше, чем к О2, поэтому гемоглобин, присоединивший СО,
не способен связаться с О2. Однако при вдыхании чистого О2 резко возра-
стает скорость распада карбоксигемоглобина, чем на практике пользуются
для лечения отравлений СО.
Сильные окислители (ферроцианид, бертолетова соль, пероксид, или пе-
рекись водорода, и др.) изменяют заряд от Fe2+ до Fe3+, в результате чего
возникает окисленный гемоглобин — прочное соединение гемоглобина с
О2, носящее наименование метгемоглобин. При этом нарушается транспорт
О2, что приводит к тяжелейшим последствиям для человека и даже смерти.
5.2.1.2. Цветовой показатель
О содержании в эритроцитах гемоглобина судят по так называемому
цветовому показателю, или фарб-индексу (Fi, от farb — цвет, index — по-
казатель), — относительной величине, характеризующей насыщение в
среднем одного эритроцита гемоглобином. Fi — это процентное соотно-
шение гемоглобина и эритроцитов; при этом за 100 % (или единиц) гемо-
глобина условно принимают величину, равную 166,7 г/л, а за 100 % эрит-
роцитов 5-10,2/л. Если у человека содержание гемоглобина и эритроцитов
равно 100 %, то цветовой показатель равен 1. В норме Fi колеблется в пре-
делах от 0,75 до 1,0 и очень редко может достигать 1,1. В этом случае эрит-
роциты носят название нормохромных. Если Fi менее 0,7, то такие эритро-
циты недонасыщены гемоглобином и называются гипохромными. При Fi
больше 1,1 эритроциты именуют гиперхромными. В этом случае объем
эритроцита значительно увеличивается, что позволяет ему содержать боль-
шую концентрацию гемоглобина.
В последние годы во многих клиниках мира определяют не цветовой по-
казатель, а среднее содержание гемоглобина в 1 эритроците (СГЭ). Величи-
ну СГЭ находят путем деления содержания гемоглобина в определенном
объеме крови на число эритроцитов в том же объеме. В среднем СГЭ у муж-
чин и женщин практически одинаково и колеблется в пределах 28—33 пг.
5.2.1.3. Гемолиз
Гемолизом называется выход гемоглобина в плазму в результате разры-
ва оболочки эритроцитов. В искусственных условиях гемолиз может быть
вызван помещением эритроцитов в гипотонический раствор. Степень
устойчивости эритроцитов в гипотоническом растворе оценивается как их
осмотическая резистентность (устойчивость). Различают минимальную и
максимальную границы осмотической резистентности. Для здоровых лю-
дей минимальная граница соответствует раствору, содержащему 0,42 —
0,48 % NaCl, полный же гемолиз (максимальная граница) происходит при
концентрации 0,30—0,34 % NaCl.
239
Причины гемолиза. Гемолиз может быть вызван химическими агентами
(хлороформ, эфир, сапонин и др.), разрушающими мембрану эритроцитов.
В клинике нередко встречается гемолиз при отравлении уксусной кисло-
той. Гемолизирующими свойствами обладают яды некоторых змей (биоло-
гический гемолиз).
При сильном встряхивании ампулы с кровью также наблюдается разру-
шение мембраны эритроцитов — механический гемолиз. Механический ге-
молиз иногда возникает при длительной ходьбе из-за травмирования эрит-
роцитов в капиллярах стоп.
Если эритроциты заморозить, а потом отогреть, то возникает термиче-
ский гемолиз. Наконец, при переливании несовместимой крови и наличии
аутоантител к эритроцитам развивается иммунный гемолиз. Последний яв-
ляется причиной возникновения анемий и нередко сопровождается выде-
лением гемоглобина и его производных с мочой (гемоглобинурия).
5.2.1.4. Функции эритроцитов
Эритроцитам присущи три основные функции: транспортная, защитная
и регуляторная.
▲ Транспортная функция заключается в том, что они переносят О2 и СО2,
аминокислоты, полипептиды, белки, углеводы, ферменты, гормоны,
жиры, холестерин, различные биологически активные соединения (про-
стагландины, лейкотриены, цитокины и др.), микроэлементы и др.
▲ Защитная функция проявляется в том, что они играют существенную
роль в специфическом и неспецифическом иммунитете и принимают
участие в сосудисто-тромбоцитарном гемостазе, свертывании крови и
фибринолизе.
▲ Регуляторную функцию эритроциты осуществляют благодаря содержа-
щемуся в них гемоглобину; регулируют pH крови, ионный состав плаз-
мы и водный обмен. Проникая в артериальный конец капилляра, эрит-
роцит отдает воду и растворенный в ней О2 и уменьшается в объеме, а
переходя в венозный конец капилляра, забирает воду, СО2 и продукты
обмена, поступающие из тканей, и несколько увеличивается в объеме.
Благодаря эритроцитам во многом сохраняется относительное постоянст-
во состава плазмы. Это касается не только солей. В случае увеличения кон-
центрации белков в плазме эритроциты их активно адсорбируют. Если же
содержание белков в крови уменьшается, то эритроцит отдает их в плазму.
Эритроциты являются носителями глюкозы и гепарина, обладающего
выраженным противосвертывающим действием. Эти соединения при уве-
личении их концентрации в крови проникают через мембрану внутрь
эритроцита, а при снижении вновь поступают в плазму.
Эритроциты являются регуляторами эритропоэза, так как в их составе
содержатся эритропоэтические факторы, поступающие при разрушении
эритроцитов в костный мозг и способствующие образованию эритроцитов.
В случае разрушения эритроцитов из освобождающегося гемоглобина об-
разуется билирубин, являющийся одной из составных частей желчи.
5.2.1.5. Эритрон
Понятие «эритрон» введено английским терапевтом Кастлом для обо-
значения массы эритроцитов, находящихся в циркулирующей крови, в
240
кровяных депо и костном мозге. Принципиальная разница между эритро-
ном и другими тканями организма заключается в том, что разрушение
эритроцитов осуществляется преимущественно макрофагами за счет про-
цесса, получившего наименование «эритрофагоцитоз». Образующиеся при
этом продукты разрушения, в первую очередь железо, используются на по-
строение новых клеток. Таким образом, эритрон является замкнутой сис-
темой, в которой в условиях нормы количество разрушающихся эритроци-
тов соответствует числу вновь образовавшихся.
В кровотоке эритроциты живут от 60 до 120 сут. Продолжительность
жизни эритроцитов у мужчин на 10—20 дней больше, чем у женщин.
При старении эритроцита меняются свойства мембраны, а также значи-
тельно нарушается обмен катионов с плазмой. В старых эритроцитах на-
блюдается «сбой» функции антиоксидантной ферментной системы, кото-
рая представлена супероксидисмутазой, глутатионпероксидазой и катала-
зой, что приводит к усилению перекисного окисления липидов и накопле-
нию кислых радикалов. При этом мембрана теряет сиаловую кислоту, бла-
годаря чему снижается отрицательный заряд эритроцита. При старении
эритроцита меняется антигенный состав мембраны, так как демаскируют-
ся антигенные детерминанты, благодаря чему старые эритроциты распо-
знаются клетками иммунной системы как «чужое». Все эти сдвиги приво-
дят к разрушению эритроцита. До 20 % эритроцитов разрушается в резуль-
тате внутрисосудистого гемолиза.
Продукты разрушения эритроцитов принимают непосредственное учас-
тие в эритропоэзе. Чем больше погибает эритроцитов, тем больше их об-
разуется, благодаря чему количество эритроцитов у здорового человека
остается постоянным.
5.2.2. Гемопоэз
5.2.2.1. Основные условия нормального гемопоэза
Родоначальником всех форменных элементов крови является стволовая
кроветворная клетка — пПСК, или пСКК. Стволовой она названа по
аналогии с деревом, из которого растут и развиваются все его ветви.
Установлено, что пСКК не бессмертна и не способна, как думали
прежде, к самоподдержанию, несмотря на то, что она имеет очень высо-
кий пролиферативный потенциал, т.е. способна чрезвычайно быстро да-
вать отдельные клоны. Основная масса пСКК в костном мозге находится в
стадии Go клеточного цикла. При выходе из состояния покоя клетка всту-
пает на путь дифференцировки, постепенно снижая способность к раз-
множению, и тем самым ограничивает набор дифференцировок. В боль-
шинстве случаев этот процесс непрерывен, однако некоторые из пСКК
после проделывания 1—3 делений вновь возвращаются в состояние покоя.
Такие клетки при наличии запроса приобретают маркеры дифференциров-
ки за 1—2 дня, тогда как исходные пСКК требуют для этого 10—14 дней.
Определение пСКК основано на способности восстанавливать норма-
льное кроветворение у облученных или генетически дефектных мышей с
помощью пересадки нормальных кроветворных клеток. Отсюда и другое
название этих клеток — клетки, репопулирующие (восстанавливающие) ко-
стный мозг — КРКМ. Даже одна такая клетка способна поддерживать кро-
ветворение у реципиента.
241
К.РК.М через ряд стадий, пока еще недостаточно изученных, превраща-
ется в конечном итоге в клетки, образующие отдел олигополипотентных
коммитированных (ограниченные в выборе возможных дифференцировок)
клеток, дающих начало полипотентным колониеобразующим единицам
(КОЕ). Этот отдел составляют в основном предшественники миелопоэза.
Название КОЕ они получили потому, что в культуре тканей продуцируют
строго определенный клон клеток.
Последним полипотентным предшественником является клетка, даю-
щая смешанные колонии, состоящие из эритроцитов, гранулоцитов, мегака-
риоцитов и макрофагов — ГЭММ-КОЕ, способная дифференцироваться по
всем направлениям миелопоэза. Здесь же имеются предшественники, спо-
собные к дифференцировке в эритроциты, мегакариоциты или только в
эритроциты и гранулоциты. В дальнейшем эти клетки превращаются в
унипотентные (монопотентные) коммитированные клетки, дающие начало
морфологически распознаваемым клонам, т е. дифференцирующиеся то-
лько в одном направлении.
Все без исключения предшественники способны к размножению толь-
ко при наличии специальных стимулирующих факторов, образуемых мо-
ноцитами, макрофагами, лимфоцитами и стромальными элементами кост-
ного мозга и получивших наименование цитокинов. Обнаружен ряд специ-
фических цитокинов, влияющих на процессы кроветворения и обеспечи-
вающих развитие того или иного клона клеток на поздних стадиях их фор-
мирования. К таким биологически активным соединениям относятся фак-
тор эритропоэза — эритропоэтин, тромбоцитопоэза — тромбопоэтин, фак-
тор, влияющий на развитие макрофагов и моноцитов, — макрофагальный
колониестимулирующий фактор (М-КСФ) и другие. Известны также факто-
ры, действующие на ранних этапах кроветворения. Это так называемый
белковый фактор стила — ФС (steel — стальной), или, иначе, фактор ство-
ловых клеток (ФСК), и лейкозингибирующий фактор (ЛИФ), способные
оказывать влияние непосредственно на пСКК и стволовые мультипотент-
ные клетки. Кроме того, на пСКК действуют и другие цитокины, получив-
шие наименование интерлейкины (ИЛ; 5.2.3.7), и так называемые ростовые
факторы. Согласно международной классификации, интерлейкины обо-
значаются арабскими цифрами (ИЛ-1, ИЛ-2 и т.д). На пСКК оказывают
влияние ИЛ-1 и ИЛ-3.
На полиолигопотентные коммитированные предшественники продол-
жают действовать ЛИФ, ФСК, ИЛ-1 и ИЛ-3, а также гранулоцитарный ко-
лониестимулирующий фактор (Г-КСФ), после чего появляется комплекс
колониеобразуюших единиц, объединяющий от 2 до 5 КОЕ. Последние и
дают начало эритроцитам, зернистым лейкоцитам, моноцитам, а также
тромбоцитам. Т- и В-лимфоциты образуются из предшественника, отно-
сящегося к стволовым мультипотентным клеткам.
5.2.2.2. Физиология эритропоэза
В норме клеточные элементы эритропоэза в костном мозге размножа-
ются чрезвычайно интенсивно: за сутки в костном мозге образуется 2-10“
эритроидных клеток. При этом коммитированные эритроидные предшест-
венники от момента образования из пСКК претерпевают от 5 до 10 деле-
ний, превращаясь вначале в бурстобразующую единицу эритроцитов —
БОЕэ (burst — взрыв), а затем в колониеобразующую единицу эритроци-
тов (КОЕэ). Из КОЕэ, являющейся клеткой-предшественницей эритроид-
ного ряда, вначале появляется эритробласт, который через ряд промежу-
точных стадии дает поколение юных эритроцитов — ретикулоцитов. Из
одного эритробласта в результате митозов появляется от 16 до 32 ретику-
лоцитов. Ретикулоцит еще в течение суток находится в костном мозге, а
затем поступает в кровоток, где за 50—70 ч превращается в молодой эрит-
роцит, или нормоцит. В крови здорового человека находится не более 1 %
ретикулоцитов.
5.2.2.3. Факторы, обеспечивающие эритропоэз
Для нормального эритропоэза, кроме действия микроокружения, необ-
ходимо наличие микроэлементов, гормонов, витаминов, ростовых факто-
ров, интерлейкинов и специфических факторов эритропоэза — эритропоэ-
тинов.
Железо. Для нормального эритропоэза в сутки требуется до 25 мг желе-
за. Железо поступает в костный мозг в основном при разрушении эритро-
цитов. Взрослому человеку для нормального эритропоэза требуется в су-
точном рационе 12—15 мг железа.
Всасыванию железа в кишечнике способствует аскорбиновая кислота,
переводящая Fe3+ в Fe2+, который сохраняет растворимость при нейтраль-
ных и щелочных pH. На участке слизистой тонкой кишки имеются рецеп-
торы, облегчающие переход железа в клетки тонкой кишки, а оттуда в
плазму. В слизистой тонкой кишки находится переносчик железа — белок
трансферрин. Он доставляет железо в клетки, имеющие трансферриновые
рецепторы. В клетке комплекс трансферрина и железа распадается и Fe3+
соединяется с другим белком-переносчиком — ферритином. Железо в сое-
динении с ферритином переносится непосредственно от клеток хранения
к клеткам-предшественникам эритроцитов.
Важным компонентом эритропоэза является медь, которая усваивается
непосредственно в костном мозге, катализируя образование гемоглобина.
Для эритропоэза необходимы и другие микроэлементы — кобальт, маг-
ний, марганец, селен, цинк и др.
Для нормального эритропоэза требуются витамины, и в первую очередь
витамин В{2 и фолиевая кислота. Эти витамины оказывают сходное взаи-
модополняющее действие на эритропоэз.
Для всасывания витамина В12 требуется внутренний фактор кроветворе-
ния — гастромукопротеин. Это комплексное соединение образуется в же-
лудке.
Немаловажную роль в регуляции эритропоэза играют другие витамины
группы В, а также железы внутренней секреции. Все гормоны, регулирую-
щие обмен белков (соматотропный и тиреотропный гормоны гипофиза,
гормон щитовидной железы — тироксин и др.) и кальция (паратгормон,
тиреокальцитонин), необходимы для нормального эритропоэза. Мужские
половые гормоны (андрогены) слегка стимулируют эритропоэз, тогда как
женские (эстрогены) тормозят его, что обусловливает меньшее число
эритроцитов у женщин по сравнению с мужчинами.
Цитокины. Особо важную роль в регуляции эритропоэза играют цито-
кины, и в первую очередь специфический регулятор эритропоэза эритро-
поэтин. Эритропоэтин является гликопротеидом с мол. массой 36 000.
В небольших концентрациях эритропоэтины обнаружены в крови здоро-
вых людей, что позволяет считать их физиологическими регуляторами
эритропоэза. При анемиях, сопровождающих заболевания почек, эритро-
243
поэтины отсутствуют или их концентрация значительно снижается. Эти
вешества синтезируются и секретируются в основном перитубулярными
клетками почки.
Эритропоэтин оказывает действие непосредственно на клетки-предше-
ственники эритроидного ряда (БОЕэ и КОЕэ). Его функции сводятся к
следующему:
• ускоряет и усиливает переход БОЭэ в КОЕэ, а последние в эритробла-
сты;
• увеличивает число митозов клеток эритроидного ряда;
• исключает один или несколько циклов митотических делений;
• ускоряет созревание неделящихся клеток — нормобластов, ретикулоци-
тов;
• увеличивает выход ретикулоцитов из костного мозга в общий кровоток;
• усиливает синтез гемоглобина.
После образования БОЕэ на нее, кроме эритропоэтина, оказывают вли-
яние ИЛ-3 и GM-KSF, благодаря чему она превращается в КОЕэ, перехо-
дящую под воздействием эритропоэтина в эритробласт.
5.2.3. Лейкоциты
Лейкоциты (белые кровяные тельца) представляют собой образования
различной формы и величины. По строению лейкоциты делятся на две
группы: зернистые (гранулоциты) и незернистые (агранулоциты). К гра-
нулоцитам относятся нейтрофилы, эозинофилы и базофилы, к агрануло-
цитам — лимфоциты и моноциты.
В норме количество лейкоцитов у взрослых людей колеблется от 4,5 до
9 тыс. в 1 мм3, или 4,5—9109/л. Увеличение числа лейкоцитов за пределы
нормы называется лейкоцитозом, уменьшение — лейкопенией.
5.2.3.1. Физиологические лейкоцитозы. Лейкопении
Различают следующие виды физиологических лейкоцитозов.
Пищевой лейкоцитоз возникает после приема пищи. При этом число
лейкоцитов увеличивается незначительно (в среднем на 1—3 тыс. в 1 мкл)
и редко выходит за границу верхней физиологической нормы. При пище-
вом лейкоцитозе большое количество лейкоцитов скапливается в подсли-
зистой основе тонкой кишки. Здесь они осуществляют защитную функ-
цию (препятствуют попаданию чужеродных агентов в кровь и лимфу). Пи-
щевой лейкоцитоз носит перераспределительный характер и обеспечивает-
ся поступлением лейкоцитов в циркуляцию из депо крови.
Миогенный лейкоцитоз наблюдается после выполнения тяжелой мы-
шечной работы. Число лейкоцитов при этом может возрастать в 3—5 раз.
Огромное количество лейкоцитов при физической нагрузке скапливается
в мышцах. Миогенный лейкоцитоз носит как перераспределительный, так
и истинный характер, так как при нем отмечается усиление костномозго-
вого кроветворения.
Эмоциональный лейкоцитоз, как и лейкоцитоз при болевом раздражении,
носит перераспределительный характер и редко достигает высоких цифр.
Овуляторный лейкоцитоз характеризуется незначительным повышением
числа лейкоцитов при одновременном снижении количества эозинофилов.
244
При беременности большое количество лейкоцитов скапливается в под-
слизистой основе матки. Этот лейкоцитоз в основном носит местный ха-
рактер. Его физиологический смысл состоит не только в предупреждении
попадания инфекции в организм роженицы, но и в стимулировании со-
кратительной функции матки.
Во время родов число лейкоцитов увеличивается за счет повышения ко-
личества нейтрофилов. Содержание белых кровяных телец уже в начале
родового акта может достигать более 30 000 в 1 мкл. Послеродовый лейко-
цитоз сохраняется на протяжении 3—5 дней и связан с поступлением лей-
коцитов из депо крови и костномозгового резерва.
Лейкопении встречаются только при патологических состояниях. Осо-
бенно тяжелая лейкопения может наблюдаться при поражении костного
мозга — острых лейкозах и лучевой болезни.
5.2.3.2. Лейкоцитарная формула
В норме и патологии учитывается не только количество лейкоцитов, но
и их процентное соотношение, получившее наименование лейкоцитарной
формулы, или лейкограммы (табл. 5.3).
В крови здорового человека могут встречаться зрелые и юные формы
лейкоцитов, однако в норме обнаружить их удается лишь у самой много-
численной группы — нейтрофилов. К ним относятся юные и палочкоядер-
ные нейтрофилы. Увеличение количества юных и палочкоядерных нейтро-
филов свидетельствует об омоложении крови и носит название сдвига лей-
коцитарной формулы влево-, снижение количества этих клеток говорит о
старении крови и называется сдвигом лейкоцитарной формулы вправо.
Т а б л и ц а 5.3 Лейкоцитарная формула здорового человека
Гранулоциты, % Агранулоциты, %
метамие- лоциты 0-1 нейтрофиль палочко- ядерные 1-4 I сегменто- ядерные 50-65 базофилы 0-1 эозинофилы 1-4 лимфоциты 25-40 моноциты 2-8
5.2.3.3. Характеристика отдельных видов лейкоцитов
Нейтрофилы в циркуляции живут от 8 до 10 ч. Находящиеся в кровото-
ке нейтрофилы могут быть условно разделены на 2 группы: 1) свободно
Циркулирующие и 2) нейтрофилы, занимающие краевое положение в со-
судах. Между той и другой группой существует динамическое равновесие
и постоянный обмен. Следовательно, в сосудистом русле нейтрофилов со-
держится приблизительно в 2 раза больше, чем определяется в вытекаю-
щей крови.
Нейтрофилы — самая многочисленная популяция лейкоцитов. У взрос-
лого человека ежедневно обменивается приблизительно 1,6109 нейтрофи-
лов, благодаря чему количество микрофагов сохраняется на постоянном
Уровне. Нейтрофилы постоянно мигрируют из сосудистого русла. Они
245
подвергаются элиминации с секретами слизистых оболочек (особенно в
полости рта) или в течение 2—6 дней погибают в тканях.
Нейтрофилы содержат богатейший набор биологически активных суб-
станций, в том числе способных убивать бактерии, вирусы и раковые
клетки. Нейтрофилы подвижны, легко проникают в экстравазальное про-
странство ткани, высокоактивны. При стимуляции нейтрофилы быстро
реализуют свой цитолитический материал по отношению к вирусинфици-
рованным и опухолевым клеткам и могут запускать у них генетические
программы апоптоза.
Нейтрофилы осуществляют цитотоксический эффект (киллинг) в отно-
шении отдельных чужеродных клеток. Нейтрофил подходит к клетке-ми-
шени и убивает ее на расстоянии с помощью активных форм кислорода,
повреждающих мембрану. Нейтрофилы синтезируют и секретируют про-
воспалительные цитокины — ФНОа, ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-8, ИЛ-12, интерферон
а (Ифа.), гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор
(ГМ-КСФ), фактор, активирующий тромбоциты (ФАТ), фактор роста фиб-
робластов В ответ на раздражители нейтрофилы активируются, проникают
в поврежденные ткани, дегранулируют, высвобождают протеолитические и
липолитические ферменты, обладающие бактерицидной активностью.
Обладая фагоцитарной функцией, нейтрофилы поглощают не только
бактерии, но и продукты повреждения тканей.
Базофилы В крови базофилов очень мало (40—60 в 1 мкл), однако в раз-
личных тканях, в том числе сосудистой стенке, содержатся тучные клетки,
иначе называемые тканевыми базофилами, которые выполняют те же фун-
кции, что и базофилы. Базофилы в кровотоке живут часы, тогда как срок
жизни тучных клеток исчисляется месяцами и даже годами.
Функция базофилов и тучных клеток обусловлена наличием в них ряда
биологически активных веществ. К ним в первую очередь принадлежит ги-
стамин, расширяющий кровеносные сосуды. В базофилах содержатся про-
тивосвертывающие вещества — гепарин, хондроитинсульфаты А и С, дерма-
тансульфат и гепарансульфат. Все перечисленные глюкозамингликаны в
норме способствуют сохранению крови в жидком состоянии.
Базофилы способны синтезировать и секретировать фактор, активиру-
ющий тромбоциты (ФАТ), — соединение, обладающее широким спектром
действия, в частности резко усиливающее агрегацию тромбоцитов. Кроме
того, базофилы синтезируют тромбоксаны (соединения, способствующие
агрегации тромбоцитов), лейкотриены и простагландины. В базофилах и
тучных клетках содержится ряд протеолитических ферментов, дегидрогена-
зы и пероксидаза, а также соединение, получившее наименование фактор
хемотаксиса эозинофилов. Последний способствует привлечению эозино-
филов из сосудов в места скопления базофилов в органах-мишенях. При
этом эозинофилы поглощают гранулы базофилов и приводят к разруше-
нию гистамина с помощью фермента гистаминазы. При сенсибилизации
базофилы начинают продуцировать и секретировать нейтрофильный хемо-
таксический фактор и серотонин.
Эозинофилы. Длительность пребывания эозинофилов в кровотоке не
превышает 12 ч, после чего они проникают в ткани, где живут 10—12 сут.
Эозинофилы содержат большое число гранул, в которых находятся фер-
менты и многие биологически активные соединения. Основным компонен-
том гранул является главный щелочной белок, имеющий мол. массу около
1000 и играющий важную роль в защите от паразитов. Его особенность за-
ключается в том, что он способен нейтрализовать ряд ферментов — 0-глю-
куронидазу, рибонуклеазу, фосфолипазу, а также медиаторы воспаления и
246
гепарин. Все эти реакции необходимы для ликвидации последствий аллер-
гических реакций в организме
В гранулах эозинофилов находятся гистаминаза, коллагеназа, эластаза,
глюкуронидаза, катепсин, РНКаза, миелопероксидаза, кислая фосфатаза и
арилсульфатаза В. Два последних фермента способны инактивировать ана-
филаксии, выделяемый при дегрануляции базофилами. Кроме того, эози-
нофилы секретируют простагландины.
Эозинофилы обладают фагоцитарной активностью. Особенно интен-
сивно они фагоцитируют кокки. В тканях эозинофилы скапливаются пре-
имущественно в тех органах, где содержится гистамин — в слизистой обо-
лочке и подслизистой основе желудка и тонкй кишки, в легких. Здесь их
число превышает содержание в крови в 200—300 раз. Эозинофилы за-
хватывают гистамин и разрушают его с помощью фермента гистаминазы.
В составе эозинофилов находится фактор, тормозящий выделение гистами-
на тучными клетками и базофилами. Эозинофилы играют важную роль в
разрушении токсинов белкового происхождения, чужеродных белков и
иммунных комплексов.
Велика роль эозинофилов, осуществляющих цитотоксический эффект,
в борьбе с гельминтами, их яйцами и личинками. В частности, при кон-
такте активированного эозинофила с личинками происходит его деграну-
ляция с последующим выделением большого количества белка и фермен-
тов на поверхность личинки, что приводит к разрушению последней. Уве-
личение числа эозинофилов, наблюдаемое при миграции личинок, являет-
ся одним из важнейших механизмов в ликвидации гельминтозов.
Содержание эозинофилов резко возрастает при аллергических заболе-
ваниях, когда происходит дегрануляция базофилов и выделение анафилак-
тического хемотаксического фактора, который привлекает эозинофилы.
При этом эозинофилы выполняют роль «чистильщиков», фагоцитируя и
инактивируя продукты, выделяемые базофилами.
В эозинофилах содержатся катионные белки, которые активируют ком-
поненты калликреин-кининовой системы и оказывают влияние на свер-
тывание крови.
Моноциты циркулируют от 36 до 104 ч, а затем мигрируют в ткани, где
образуют обширное семейство тканевых макрофагов. Моноциты и макро-
фаги вместе образуют систему мононуклеарных фагоцитов (СМФ). Клетки,
объединяемые в фагоцитирующую систему, включают костномозговые
предшественники, пул циркулирующих в крови моноцитов и органо- и
тканеспецифические макрофаги.
Моноциты и макрофаги выполняют многообразные функции:
• являются активными фагоцитами, распознают Аг и переводят его в так
называемую иммуногенную форму (выполняют функции антигенпре-
зентирующих клеток),
• играют существенную роль в противоинфекционном и противораковом
иммунитете;
• участвуют в метаболизме липидов и железа;
• синтезируют отдельные компоненты системы комплемента и факторы,
принимающие участие в сосудисто-тромбоцитарном гемостазе, процессе
свертывания крови и растворении кровяного сгустка.
Лимфоциты, как и другие виды лейкоцитов, образуются в костном мозге,
а затем поступают в циркуляцию. Здесь одна популяция лимфоцитов на-
правляется в вилочковую железу, где в результате контакта со стромальны-
ми элементами и гуморальными факторами преимущественно полипептид-
247
ной природы превращаются в так называемые Т-лимфоциты. У человека
окончательное формирование В-лимфоцитов происходит в костном мозге.
Популяция Т-лимфоцитов гетерогенна и представлена следующими
классами клеток:
• Т-киллеры, осуществляющие лизис клеток-мишеней, к которым можно
отнести возбудителей инфекционных болезней, грибы, микобактерии,
опухолевые клетки;
• Т-хелперы, или помощники иммунитета. Т-хелперы разделяются на 2
клона (Тх1 и Тх2). Тх1 являются регуляторами клеточного, а Тх2 — гумо-
рального иммунитета. Предположение о том, что среди Т-лимфоцитов
имеется популяция супрессоров, не нашло экспериментального под-
тверждения.
Большинство В-лимфоцитов в ответ на действие чужеродных антигенов
переходят в плазмоциты и продуцируют антитела или иммуноглобулины,
т.е. являются антителопродуцентами. Однако среди В-лимфоцитов также
различают В-киллеры и В-хелперы.
Существует группа клеток, получивших наименование ни Т-, ни В-лим-
фоциты. К ним относятся так называемые 0-лимфоциты, являющиеся в
основном предшественниками Т- и В-клеток и составляющие их резерв.
К 0-лимфоцитам также относят клетки, носящие название натуральные
(природные) киллеры, или НК-лимфоциты.
Двойные клетки несут на своей поверхности маркеры и Т-, и В-лимфо-
цитов и способны заменять как те, так и другие.
5.2.3.4. Физиология лейкопоэза
Стволовая кроветворная клетка (пСКК, или КРКМ) в процессе разви-
тия, деления и дифференцировки через ряд стадий переходит в так назы-
ваемую колониеобразующую единицу смешанной КОЕс, или ГЭММ-КОЕ
(смешанные колонии из гранулоцитов, эритроцитов, макрофагов и мега-
кариоцитов), которая дает начало полипотентным КОЕ. Из последних мо-
гут образовываться КОЕ всех лейкоцитов за исключением лимфоцитов.
ГЭММ-КОЕ в процессе деления и дифференцировки приводит к образо-
ванию клетки-предшественницы миелопоэза, которая является родонача-
льницей нейтрофильных гранулоцитов и моноцитов (КОЕ-ГМ).
Пре-Т-лимфоцит в своем развитии проходит стадии Т-лимфобласта и
Т-пролимфоцита, из которого формируется зрелый Т-лимфоцит, способ-
ный под воздействием Аг переходить в иммунобласт, а затем в активный
Т-лимфоцит, принимающий участие в иммунном ответе. Более сложно
происходит формирование В-лимфоцитов. Родоначальная клетка
пре-В-лимфоцит в процессе деления и дифференцировки превращается в
В-лимфобласт, затем в В-пролимфоцит, который, созревая, становится
зрелым В-лимфоцитом. При действии антигена В-лимфоцит активируется
и через стадии В-иммунобласта, плазмобласта и проплазмоцита переходит
в плазмоцит (плазматическую клетку), способный синтезировать строго
специфические антитела или иммуноглобулины.
5.2.3.5. Факторы, обеспечивающие лейкопоэз
Все стадии лейкопоэза регулируются гуморальными факторами, отно-
сящимися к цитокинам. Главными из них являются колониестимулирующие
(КСФ) и гемопоэтические факторы. Все они поддерживают созревание и
248
дифференцировку различных кроветворных колоний, начиная с полипо-
тентной стволовой клетки. Это стволово-клеточный, или белковый, фак-
тор стала (ФС), гранулоцитарно-макрофагальный (ГМ-КСФ), гранулоци-
тарный (Г-КСФ) и макрофагальный (М-КСФ) колониестимулирующие
факторы, эритропоэтин, тромбопоэтин и др. Все КСФ образуются стро-
мальными элементами костного мозга, фибробластами, эндотелиоцитами,
макрофагами, а также некоторыми видами Т-лимфоцитов. Особо следует
подчеркнуть, что продукция КСФ регулируется потребностью в том или
ином виде клеток белой крови.
Важная роль в регуляции лейкопоэза отводится интерлейкинам. В част-
ности, ИЛ-3 не только стимулирует гемопоэз, но и является фактором ро-
ста и развития базофилов. ИЛ-5 необходим для роста и развития эозино-
филов. Многие интерлейкины (ИЛ-2, ИЛ-4, ИЛ-6, ИЛ-7, ИЛ-10 и др.)
служат факторами роста и дифференцировки Т- и В-лимфоцитов.
Известны два типа гранулоцитарных резервов — сосудистый и костно-
мозговой. Сосудистый гранулоцитарный резерв представляет собой большое
количество гранулоцитов, расположенных вдоль стенок сосудистого русла,
откуда они мобилизуются при повышении тонуса симпатического отдела
автономной нервной системы.
Количество клеток костномозгового гранулоцитарного резерва в 30—50
раз превышает их число в кровотоке. Мобилизация этого резерва происхо-
дит при инфекционных заболеваниях, сопровождается сдвигом лейкоци-
тарной формулы влево.
5.2.3.6. Неспецифическая резистентность
Основное назначение лейкоцитов — участие в защитных реакциях орга-
низма против чужеродных агентов, способных нанести ему вред. Различают
специфическую защиту, или иммунитет, и неспецифическую резистентность
организма. Последняя в отличие от иммунитета направлена на уничтожение
любого чужеродного агента и «работает» не через антигенные детерминанты.
К неспецифической резистентности относятся фагоцитоз и пиноцитоз, сис-
тема комплемента, естественная цитотоксичность, действие интерферонов,
лизоцима, р-лизинов и других гуморальных факторов защиты.
Фагоцитоз — поглощение чужеродных частиц или клеток и их дальней-
шее уничтожение. Явление фагоцитоза открыто И. И. Мечниковым, за что
в 1908 г. ему была присуждена Нобелевская премия.
Фагоцитоз присущ нейтрофилам, эозинофилам, моноцитам и макрофа-
гам.
И.И.Мечников выделил следующие стадии фагоцитоза: 1) приближение
фагоцита к фагоцитируемому объекту или лиганду; 2) контакт лиганда с
мембраной фагоцита; 3) поглощение лиганда; 4) переваривание или унич-
тожение фагоцитированного объекта.
Полиморфно-ядерные лейкоциты (ПЯЛ) и макрофаги могут находиться
в двух состояниях: исходном, с низким уровнем обменных процессов и,
следовательно, проявлением слабой функциональной активности; активи-
рованном, связанном с обязательным действием на клетку каких-либо
стимуляторов. Переход фагоцитов из состояния относительного покоя в
активное называется праймингом.
Всем фагоцитам присуща амебоидная подвижность. Сцепление с субст-
ратом, по которому движется лейкоцит, называется адгезией. Только фик-
сированные или адгезированные лейкоциты способны к фагоцитозу.
249
Фагоцит может улавливать отдаленные сигналы (хемотаксис) и мигри-
ровать в их направлении (хемокинез). Хотя сотни продуктов оказывают
влияние на подвижность лейкоцитов, их действие проявляется лишь в
присутствии особых соединений — хемоаттрактантов, или хемокинов.
К хемоаттрактантам относят опсонизированные микроорганизмы, компо-
ненты комплемента, иммунные комплексы, биоактивные продукты ли-
пидного метаболизма, фактор активации тромбоцитов, лейкотриены
(ЛТВ4), липополисахариды, бактериальные эндотоксины, фибрин, ИЛ-8,
ИЛ-16 и др.
Благодаря хемотаксису фагоцит целенаправленно движется в сторону
повреждающего агента. Чем выше концентрация хемоаттрактанта, тем бо-
льшее число фагоцитов устремляется в зону повреждения и тем с большей
скоростью они движутся. Для взаимодействия с хемоаттрактантом у фаго-
цита имеются специфические гликопротеиновые образования — рецепто-
ры; их число на одном нейтрофиле колеблется от 2х103 до 2х105. Движение
фагоцита осуществляется при взаимодействии актина и миозина и обеспе-
чивается выдвижением псевдоподий, которые служат точкой опоры при
перемещении фагоцита. Прикрепляясь к субстрату, псевдоподия перетяги-
вает фагоцит на новое место. Важную роль в движении фагоцита играют
микротрубочки. Они обеспечивают жесткость структуры и позволяют
фагоциту ориентироваться в направлении движения. Функционировать
трубочки начинают после того, как получают информацию через специ-
фические клеточные медиаторы, к которым относятся циклические нуклео-
тиды — аденозинмонофосфат (цАМФ) и гуанозинмонофосфат (цГМФ).
Увеличение концентрации цАМФ приводит к уменьшению функциональ-
ной активности фагоцита, увеличение уровня цГМФ — к ее усилению.
Полагают, что в состав рецепторов фагоцита входят аденилатциклаза и гу-
анилатциклаза — ферменты, ответственные за синтез циклических нук-
леотидов.
Лейкоцит способен проходить через эндотелий капилляра: прилипая к
сосудистой стенке с помощью адгезивных молекул, он выпускает псевдо-
подию, которая пронизывает стенку сосуда. В этот выступ постепенно
«переливается» тело лейкоцита. После этого лейкоцит отделяется от стен-
ки сосуда и может передвигаться в тканях.
Для связывания микроорганизмов на мембране фагоцитов имеются
специальные рецепторы к иммуноглобулинам и СЗ-компоненту компле-
мента. Как только микроорганизмы внедряются в организм человека, об-
разуются антитела (Ат), выступающие в роли опсонинов — факторов, об-
легчающих фагоцитоз.
Очень часто в качестве опсонина выступает гликопротеин фибронектин
(мол. масса 440 000), обладающий значительной клейкостью, что облегча-
ет взаимодействие между фагоцитом и лигандом. Фибронектин находится
в нерастворимой форме в соединительной ткани и в растворимой — в
а2-глобулиновой фракции плазмы. Во взаимодействии фагоцита и лиганда
принимает участие белок ламинин, близкий по строению к фибронектину.
Как только лиганд связывается с рецептором, наступает конформация по-
следнего, и сигнал передается на фермент, связанный с рецептором в еди-
ный комплекс, благодаря чему осуществляется поглощение фагоцитируе-
мого объекта.
Все механизмы фагоцитоза сводятся к тому, что лиганд оказывается за-
ключенным в мембрану фагоцита и при этом формируется фагосома. В ее
образовании важная роль принадлежит сократительным белкам фагоцита,
напоминающим актин и миозин мышц. Однако в отличие от мышц актин
250
в фагоците не активирует АТФазу, связанную с миозином, а может это де-
лать лишь в присутствии особого белка — кофактора. Кроме того, в цито-
плазме фагоцита имеется особый белок, связывающий нити актина в пуч-
ки (актинсвязывающий белок). Актин в цитоплазме фагоцита превращается
в гель, после чего в реакцию вступают миозин и кофактор, которые в при-
сутствии ионов Mg2+ и АТФ сокращают гель актина, превращая его в ком-
пактные агрегаты.
Образовавшийся гель актина оказывается прикрепленным к плазмати-
ческой мембране изнутри, и при его сокращении в месте прикрепления
фагоцитируемого объекта образуется углубление. При этом сам объект
оказывается окруженным выступами цитоплазмы, которая захватывает его
как клешнями. Так появляется фагосома, которая отрывается от мембра-
ны и передвигается к центру клетки, где сливается с лизосомами, в резуль-
тате чего появляется фаголизосома. В последней фагоцитируемый объект и
погибает — это так называемый завершенный фагоцитоз. Нередко встреча-
ется незавершенный фагоцитоз, когда фагоцитируемый объект может жить
и развиваться в фагоците. Подобное явление наблюдают при некоторых
инфекционных заболеваниях — туберкулезе, гонорее, менингококковой и
вирусной инфекциях.
Последняя стадия фагоцитоза — уничтожение лиганда. Основным ору-
жием фагоцитов являются продукты частичного восстановления кислоро-
да — пероксид водорода и свободные радикалы. Они вызывают перекис-
ное окисление липидов, белков и нуклеиновых кислот, благодаря чему по-
вреждается мембрана клетки
Общим признаком активации фагоцитов является увеличение в цитозо-
ле содержания Са2+, запускающего кальцийзависимые процессы, приводя-
щие к праймингу клетки, что сопровождается усилением синтеза NO, по-
явлением супероксид-анион-радикала, гипохлорит-аниона, Н2О2 и др.
Продукты метаболизма кислорода обладают бактерицидным эффектом;
NO усиливает микроциркуляцию крови.
Наиболее ярким проявлением стимуляции фагоцитов является форми-
рование «кислородного взрыва», обусловленного активацией НАДФ-Н2-за-
висимой оксидазы.
Уже в момент контакта рецепторов с фагоцитируемым объектом наступает сти-
муляция оксидаз — мембранных ферментов, переносящих электроны на кислород
и отнимающих их у восстановленных молекул. При образовании фаголизосомы
происходит усиленная вспышка окислительных процессов внутри нее, в результа-
те чего наступает гибель бактерий.
Нейтрофилы обладают миелопероксидазной системой, в состав которой входят
миелопероксидаза, Н2О2 и окисляемые кофакторы — ионы хлора, брома и йода.
Миелопероксидаза окисляет кофакторы, переводя их в активную форму. При этом
генерируются эффективные микробицидные средства.
Активированные нейтрофилы во время респираторного взрыва продуцируют
Н2О2 в каскаде активных форм кислорода, в числе которых — синглентный кисло-
род Oj. Последний нарушает проницаемость клеточных мембран и инициирует
перекисное окисление липидов.
На фагоцитируемый объект, заключенный в фагосому, по системе микротрубо-
чек изливается содержимое гранул, а также образовавшиеся метаболиты. В унич-
тожении бактерий внутри фагоцита принимает участие фермент лизоцим, вызыва-
ющий гидролиз гликопротеидов оболочки бактерий.
В гранулоцитах содержится уникальная субстанция — фагоцитин, обла-
дающий антибактериальным действием и способный уничтожать как гра-
Мотрицательную, так и грамположительную флору.
251
Ключевую роль в уничтожении лиганда играют также дефенсины пептиды с
мол. массой около 4—5 тыс. Эти соединения способствуют нарушению целости
мембраны бактериальных клеток, некоторых простейших и грибов. Фагоцитируе-
мый объект может быть также уничтожен за счет действия катионных белков, из-
меняющих поверхностные свойства мембраны.
Фагоцитам отводится важная роль в уничтожении раковых клеток. Но клетка —
слишком большой объект для фагоцитоза. В подобной ситуации фагоцит, сближа-
ясь с мишенью, выделяет цитолитические агенты и разрушает клетку.
Пиноцитоз. Лейкоциты фагоцитируют не только «твердые» частицы, но и по-
глощают частицы жидкости. Пиноцитоз мало отличается от фагоцитоза, за исклю-
чением последней стадии — переваривания, которая осуществляется главным об-
разом за счет действия лизосомальных ферментов.
Система комплемента — ферментная система, состоящая более чем из 20
белков, играющая важную роль в осуществлении защитных реакций, тече-
нии воспаления и разрушении (лизис) мембран бактерий и чужеродных кле-
ток. В состав системы комплемента входят 9 компонентов, обозначаемых ла-
тинской буквой С (CI, С2, СЗ и т. д.). К системе комплемента относятся так-
же регуляторные белки (В, D, Р) и особые компоненты-ингибиторы, регули-
рующие активацию этой системы. Большая часть компонентов комплемента
синтезируется гепатоцитами, макрофагами и моноцитами. Все компоненты
комплемента циркулируют в крови в неактивном состоянии.
Система комплемента выполняет функции: опсоническую, т.е. стимулиру-
ет фагоцитоз; хемотаксическую; активацию тучных клеток; лизис бактерий,
чужеродных, а также старых клеток; растворение иммунных комплексов.
5.2.3.7. Иммунитет
Иммунитет — биологическое свойство многоклеточных организмов, на-
правленное на распознавание антигенов во внутренней среде организма
с целью деструкции и элиминации «лишнего» (отжившие клетки, мик-
роорганизмы, гельминты, пищевые макромолекулы и др.)
Иммунный ответ возникает лишь в том случае, если с антигеном встре-
чаются иммунные клетки — лимфоциты. Следовательно, иммунный от-
вет — это реакция организма на внедрение Аг, осуществляемая при учас-
тии лимфоцитов.
Антиген — молекулярная структура, которую может распознать и свя-
зать с помощью рецептора лимфоцит и принять участие в иммунном от-
вете. Под антигенностью понимают способность к специфическому взаи-
модействию с антителами или сенсибилизированными (активированны-
ми) и подготовленными к иммунному ответу лимфоцитами. По своей
природе антигены — это молекулы наружных мембран клеток, а также
соединения, секретируемые клетками. К антигенам относятся белки и их
производные — гликопротеиды, липопротеиды; антигенами могут быть
углеводы и липополисахариды.
Под воздействием антигенов в организме образуются антитела, или им-
муноглобулины (1g). На молекуле антигена присутствуют активные (спе-
цифические) детерминанты (центры), получившие наименование эпито-
пов, к которым специфически (как ключ к замку) подходят активные цен-
тры (антидетерминанты) синтезируемых антител. При взаимодействии ан-
тигена и антитела образуются иммунные комплексы (ИК), которые в даль-
нейшем удаляются из организма.
252
Важную роль для иммунного ответа играют антигены главного комп-
лекса гистосовместимости (ГКГ), или МНС (от слов Major Histocompatibi-
lity Complex). Антигены гистосовместимости человека называют также
HLA (от англ. Human Leucocyte Antigens). Без них невозможен иммунный
ответ, ибо лимфоциты распознают антигены только в комплексе с HLA.
Последние делятся на антигены 1 и II классов.
Образующиеся в организме в ответ на появление антигенов антитела
делят на 5 классов: IgG, IgA, IgM, IgD и IgE.
Иммуноглобулинам присущи следующие функции:
• распознавание поступившего в организм антигена специфическими
клетками памяти, что сопровождается переходом В-лимфоцитов в анти-
телопродуценты;
• активация системы комплемента, благодаря чему образуются хемоат-
трактанты и наступает лизис чужеродных клеток;
• активация фагоцитоза;
• стимуляция хелперной функции отдельных видов лимфоцитов;
• стимуляция реакций клеточного иммунитета;
• связывание антигена с образованием иммунных комплексов.
Иммуноглобулины класса G (IgG) у человека являются наиболее актив-
ными. Их концентрация в крови достигает 9—18 г/л. IgG обеспечивают
противоинфекционную защиту, связывают токсины, усиливают фагоци-
тарную активность, активируют систему комплемента, вызывают агглюти-
нацию бактерий и вирусов. Они способны переходить через плаценту,
обеспечивая новорожденному ребенку так называемый пассивный иммуни-
тет. Это означает, что если мать перенесла «детские инфекции» (корь,
коклюш, скарлатина и др.), то новорожденный ребенок в течение 3—6 мес
к этим заболеваниям не восприимчив, так как содержит материнские ан-
титела к возбудителям данных инфекций.
Иммуноглобулины класса A (IgA) делятся на 2 разновидности: сыворо-
точные и секреторные. Первые из них находятся в крови (концентрация
колеблется от 1,5 до 4,0 г/л), вторые — в секретах. Соответственно этому
сывороточный IgA принимает участие в общем иммунитете, а секреторный
(SIgA) обеспечивает местный иммунитет, создавая барьер на пути проник-
новения инфекции и токсинов в организм.
SIgA находится в наружных секретах — в слюне, слизи трахеобронхиа-
льного дерева, мочеполовых путей, молоке, молозиве, потовой и слезной
жидкостях, ушной сере и др. Молекулы IgA, присутствующие во внутрен-
них секретах и жидкостях (синовиальная, амниотическая, плевральная,
ЦСЖ и др.), существенно отличаются от молекул SIgA в наружных сек-
ретах. Секреторный компонент, по всей видимости, образуется эпителиа-
льными клетками и в дальнейшем присоединяется к молекуле IgA. IgA
нейтрализуют токсины и вызывают агглютинацию микроорганизмов и
вирусов.
Иммуноглобулины класса М (IgM) принимают участие в нейтрализации
токсинов, опсонизации, агглютинации и бактериолизисе, осуществляемом
системой комплемента. К этому классу также относятся некоторые при-
родные антитела, например к чужеродным (гетерогенным) эритроцитам.
Концентрация IgM колеблется в пределах от 0,8 до 1,2 г/л. Содержание
его повышается при инфекционных и воспалительных заболеваниях у
взрослых и детей.
Иммуноглобулины класса Е (IgE) обладают способностью фиксировать-
ся на базофилах и тучных клетках и вызывать в случае образования И К их
253
дегрануляцию. Концентрация их в сыворотке мала и может быть уловлена
лишь с помощью иммуноферментного анализа. Содержание IgE увеличи-
вается при аллергических заболеваниях.
Иммуноглобулины класса D (IgD) локализуются на мембранах плазмати-
ческих клеток; в сыворотке их концентрация крайне мала.
Существуют две системы иммунитета. Если организм инфицируется
бактериями, то основная нагрузка падает на В-систему иммунитета, т.е.
осуществляется так называемый гуморальный иммунитет. Если же орга-
низм столкнулся с вирусами, то в работу вступает Т-система иммунитета.
При этом разрушаются клетки, инфицированные вирусом, а сам вирус
нейтрализуется антителами.
Для того чтобы антиген был уничтожен, он должен быть распознан им-
мунокомпетентными клетками, т.е. должно произойти иммунологическое
распознавание, представляющее физическое взаимодействие колоссального
количества разнообразных молекул антигена с антигенраспознающими ре-
цепторами лимфоцитов. Каждому реально присутствующему антигену,
способному попасть в организм или присутствующему в нем, предназна-
чен определенный лимфоцит и его клональные дочерние потомки. Имму-
нологическое распознавание — уникальное свойство лимфоцитов, возни-
кающее в процессе лимфопоэза, благодаря которому на лимфоците появ-
ляется рецептор для антигена.
В результате пожизненно идущего лимфопоэза в организме человека
формируется 109 вариантов клонов лимфоцитов. Каждый клон лимфоци-
тов экспрессирует один единственный вариант антигенсвязывающего ре-
цептора, т.е. лимфоциты обладают специфичностью к антигену.
Цитокины — обширное семейство биологически активных пептидов,
секретируемых различными клетками организма — Т- и В-лимфоцитами,
моноцитами, макрофагами, эндотелиоцитами, фибробластами, эпителиа-
льными клетками, астроцитами и многими другими. При помощи них
лимфоциты взаимодействуют между собой, а также с другими клетками в
пределах и за пределами иммунной системы.
Все цитокины объединяются следующими общими свойствами:
• синтезируются в процессе реализации неспецифических механизмов за-
щиты, или иммунного ответа;
• проявляют, как и гормоны, свою активность при очень низких концент-
рациях (1О-10 — 10-11 моль/л);
• служат медиаторами иммунного ответа и воспалительной реакции;
• действуют как факторы роста и факторы дифференцировки клеток;
• образуют разветвленную регуляторную сеть;
• обладают полифункциональной (плейотропной) активностью.
По происхождению цитокины делят на монокины и лимфокины. По
механизмам действия цитокины делят на 5 групп:
▲ ростовые факторы, контролирующие гемопоэз;
▲ провоспалительные цитокины, обеспечивающие мобилизацию и актива-
цию клеток, принимающих участие в развитии воспаления;
▲ противовоспалительные цитокины, ограничивающие развитие инфек-
ционного и воспалительного процесса;
▲ иммунные цитокины, регулирующие течение клеточного и гуморального
иммунитета;
а эффекторные цитокины, обладающие противовирусным действием
(табл. 5.4).
254
Таблица 5.4. Функции цитокинов
Функция цитокинов Гемопоэтическая Цигокины-эффе ктор ы ФС, ГКСФ, М-КСФ, ГМ-КСФ, ИЛ-1, ИЛ-3, ИЛ-5 ИЛ-6, ИЛ-7, ИЛ-9, ИЛ-11, ИЛ-12, ФНОа, ТФРр, эритро- поэтин, тромбопоэтин и др.
Иммуностимулирующая ИЛ-1а,р, ИЛ-2, ИЛ-3, ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6, ИЛ-7, ИЛ-9 ИЛ-10, ИЛ-12, ИЛ-13, ИЛ-14, ИЛ-15, ИЛ-16, ФНОа, Ифу, ТФРр
Провосп ал ител ъная, воспалительная Иммуносупрессивная Противовоспалительная Лимфопоэтическая ИЛ-1, ИЛ-5, ИЛ-6, ИЛ-8, ИЛ-9, ИЛ-11, ИЛ-12, ИЛ-16, ИЛ-17, ИЛ-18, ФНОа, Ифа, Ифу, ЛИФ, ФИМ-1 а, р ИЛ-4, ИЛ-10, ИЛ-13, ТФРр ИЛА, ИЛ-10, ИЛ-13, ТФРр ИЛ-1, ИЛ-2, ИЛА, ИЛ-6, ИЛ-7, ИЛ-9, ИЛ-10, ИЛ-12, ИЛ-13, ИЛ-14, ИЛ-15, ИЛ-17, ИЛ-18
Эозинофилопоэтическая Хемоаттрактантная ИЛ-3, ИЛ-5, ИЛ-13 ИЛ-8, ИЛ-16, ИЛ-12, Ифа, Ифу, ГМ-КСФ
Иммунный ответ при проникновении антигена через кожу осуществ-
ляется следующим образом. Первыми в контакт с антигеном вступают
клетки Лангерганса. Связав его, они мигрируют по афферентным лимфа-
тическим сосудам в регионарные лимфатические узлы. Непосредственно в
лимфоузлах клетки Лангерганса представляют антиген Тх. Активир 5ан-
ные антигеном Тх мигрируют из лимфоузлов через кровь. Среди активи-
рованных Т-лимфоцитов преобладают Тх1. Их функция сводится к про-
дукции ИЛ-2 и Ифу, являющихся активаторами макрофагов. Последние в
значительном количестве присутствуют в периваскулярном пространстве
дермы. Именно макрофаги, активированные Тх1, распознавшими антиген,
служат исполнительными клетками. Кроме того, макрофаги выделяют ци-
токины (ИЛ-1, ИЛ-6), которые способствуют дифференцировке В-лимфо-
цитов. Эту же функцию выполняют Тх2, секретирующие цитокины (ИЛ-4,
ИЛ-10 и др.), способствующие переводу В-лимфоцитов в плазмоциты. По-
следние продуцируют IgA, содержащийся во всех секретах кожи (пот, сек-
рет сальных желез и др.).
Регуляция иммунитета. Интенсивность иммунного ответа во многом
определяется состоянием нервной и эндокринной систем.
Комплекс витаминов (p-каротин, тиамин, рибофлавин, витамины В6 и
В12, С, D, Е) и микроэлементов (цинк, медь, селен, йод, кальций и маг-
ний) приводит к значительному усилению иммунитета, что выражается в
увеличении числа Т-лимфоцитов, особенно Тх, повышении лимфоцитар-
ного ответа на митогены и усилении продукции ИЛ-2.
Установлено, что гипофиз и эпифиз с помощью пептидных биорегуля-
торов — цитомединов — контролируют деятельность вилочковой железы и
костного мозга. Передняя доля гипофиза является регулятором преимуще-
ственно клеточного, а задняя — гуморального иммунитета.
Иммунитет как регуляторная система. Иммунокомпетентные клетки
способны вмешиваться в морфогенез, а также через цитокины регулировать
течение физиологических функций. Т-лимфоциты играют важную роль в
регенерации тканей. Т-лимфоциты и макрофаги осуществляют «хелпер-
ную» и «супрессорную» функции в отношении эритропоэза и лейкопоэза.
255
Важная роль в регуляции физиологических функций принадлежит ин-
терлейкинам, которые являются «семьей молекул на все случаи жизни»,
ибо они вмешиваются во все физиологические процессы, протекающие в
организме.
Иммунная система является регулятором гомеостазиса. Эта функция
осуществляется за счет выработки аутоантител, связывающих активные
ферменты, факторы свертывания крови и избыток гормонов.
Иммунная регуляция, с одной стороны, является неотъемлемой частью
гуморальной, так как большинство физиологических и биохимических
процессов осуществляется при непосредственном участии гуморальных
посредников. Однако нередко иммунологическая регуляция носит прице-
льный характер и тем самым напоминает нервную. Известно, что боль-
шинство цитокинов действует местно. Лимфоциты и моноциты, а также
другие клетки, принимающие участие в иммунном ответе, отдают гумора-
льный посредник непосредственно органу-мишени. Поэтому иммунологи-
ческую регуляцию можно считать клеточно-гуморальной.
5.3. ГРУППЫ КРОВИ
5.3.1. Система АВО
Учение о группах крови возникло из потребностей клинической меди-
цины.
С открытием венским врачом Ландштейнером (1901) групп крови стало
понятно, почему в одних случаях трансфузия крови проходит успешно, а в
других заканчивается трагически для больного. Ландштейнер впервые об-
наружил, что плазма крови одних людей способна агглютинировать (скле-
ивать) эритроциты других людей. Это явление было названо изогемагглю-
тинация. В основе ее лежит наличие в эритроцитах антигенов, названных
агглютиногенами и обозначаемых буквами А и В, а в плазме — природных
антител, или агглютининов, именуемых аир. Агглютинация эритроцитов
наблюдается лишь в том случае, если встречаются одноименные агглюти-
ноген и агглютинин: Айа, Вир.
Агглютинины, являясь природными антителами, имеют два центра свя-
зывания, а потому одна молекула агглютинина способна образовать мос-
тик между двумя эритроцитами. При этом каждый из эритроцитов может
при участии агглютининов связаться с соседним, благодаря чему возника-
ет конгломерат (агглютинат) эритроцитов.
В крови одного и того же человека не может быть одноименных агглю-
тиногенов и агглютининов, так как в противном случае происходило бы
массовое склеивание эритроцитов, что несовместимо с жизнью. Возмож-
ны 4 комбинации, при которых не встречаются одноименные агглютино-
гены и агглютинины, или четыре группы крови: I — ар, II — Ар, III — Ва,
IV - АВ.
Кроме агглютининов, в плазме крови содержатся гемолизины. Их также
два вида, и они обозначаются, как и агглютинины, буквами аир. При
встрече одноименных агглютиногена и гемолизина наступает гемолиз
эритроцитов. Действие гемолизинов проявляется при температуре 37-
40 °C. Вот почему при переливании несовместимой крови у человека уже
через 30—40 с наступает гемолиз эритроцитов. При комнатной температу-
ре, если встречаются одноименные агглютиногены и агглютинины, происхо-
дит агглютинация, но не гемолиз.
256
В плазме людей с II, III, IV группами крови имеются антиагглютини-
ны — это покинувшие эритроцит и ткани агглютиногены. Обозначают их,
как и агглютиногены, буквами А и В (табл.5.5).
Таблица 5.5. Состав основных групп крови (система АВО)
Группа крови Эритроциты Плазма, или сыворотка
агглютиногены агглютинины и гемолизины а нтиа ггл юти н и н ы
I (0) а, Р —
II (А) А Р А
Ш (В) В а В
IV (АВ) АВ АВ
Как видно из приводимой таблицы, I группа крови не имеет агглюти-
ногенов, а потому обозначается как группа О, II —* А, III — В, IV — АВ.
Для решения вопроса о совместимости групп крови до недавнего вре-
мени пользовались следующим правилом: среда реципиента (человек, ко-
торому переливают кровь) должна быть пригодна для жизни эритроцитов
донора (человек, который отдает кровь). Такой средой является плазма,
следовательно, у реципиента должны учитываться агглютинины и гемоли-
зины, находящиеся в плазме, а у донора агглютиногены, содержащиеся в
эритроцитах. Для решения вопроса о совместимости групп крови смеши-
вают эритроциты и сыворотку (плазму), полученные от людей с различны-
ми группами крови (табл. 5.6).
Та б л и и а 5.6. Совместимость различных групп крови
Группа плазмы или сыворотки Группа эритроцитов
I (0) п (А) III (В) IV (АВ)
1 а, Р + + +
II ₽ + +
111 а + 4-
IV -
Примечание, Знаком «+» обозначается наличие агглютинации (группы несовместимы), зна-
ком «—» — отсутствие агглютинации (группы совместимы).
Из таблицы видно, что агглютинация происходит в случае смешивания
сыворотки I группы с эритроцитами II, III и IV групп; сыворотки II груп-
пы с эритроцитами III и IV групп; сыворотки III группы с эритроцитами
II и IV групп, кровь I группы теоретически совместима со
всеми другими группами крови, поэтому человек, имеющий I группу кро-
ви, называется универсальным донором. С другой стороны, плазма (сыво-
ротка) IV группы крови не должна давать реакции агглютинации при сме-
шении с эритроцитами любой группы крови. Поэтому люди с 4-й группой
крови получили название универсальных реципиентов.
9 - 7735
257
Представленная таблица также служит для определения групп крови. Если аг-
глютинации не происходит со всеми сыворотками, то группа крови I. Если агглю-
тинация наблюдается с сывороткой 1 и III групп крови, то это II группа крови.
Наличие агглютинации с сыворотками I и II групп указывает на III группу крови.
И наконец, если агглютинация происходит со всеми сыворотками, за исключени-
ем IV группы, то группа крови IV.
В настоящее время для определения групп крови пользуются моноклональными
антителами против агглютиногенов А и В, получивших название цоликлоны. При
этом в случае, если агглютинация не происходит, то группа крови будет I. Если
агглютинация наблюдается с обоими цоликлонами (анти-А и анти-В), то группа
крови IV. Если агглютинация выявляется с моноклональными антителами против
агглютиногена А, то это II группа крови. При наличии агглютинации с цоликло-
ном анти-В группа крови будет Ш.
Почему же при решении вопроса о совместимости ранее не принима-
лись в расчет агглютинины и гемолизины донора? Это объясняется тем,
что агглютинины и гемолизины при переливании небольших доз крови
(200—300 мл) разводятся в большом объеме плазмы (2500—2800 мл) реци-
пиента, а также связываются его антиагглютининами, а потому не должны
представлять опасности для эритроцитов.
Агглютиногены А и В существуют в разных вариантах, различающихся
по своему строению и антигенной активности. Большинство из этих Аг
получило цифровое обозначение (Ан А2, А3 и т.д., Вь В2 и т.д.). Чем боль-
ше порядковый номер агглютиногена, тем меньшую активность он прояв-
ляет. И хотя разновидности агглютиногенов А и В встречаются относите-
льно редко, они при определении групп крови могут быть не обнаружены,
что может привести к переливанию несовместимых компонентов крови.
Следует также учитывать, что большинство человеческих эритроцитов
несет антиген Н. Он всегда находится на поверхности клеточных мембран
у лиц с группой крови 0, а также присутствует в качестве скрытой детер-
минанты на клетках людей групп крови А, В и АВ. Н—антиген, из которо-
го образуются антигены А и В. У лиц I группы крови антиген доступен
действию анти-Н-антител, которые довольно часто встречаются у людей
со II и IV группами крови и относительно редко у лиц с III группой Это
обстоятельство может послужить причиной гемотрансфузионных осложне-
ний при переливании форменных элементов I группы людям с другой груп-
пой крови.
Концентрация агглютиногенов на поверхности мембраны эритроцитов велика.
Так, один эритроцит группы крови А| содержит от 900 000 до 1 700 000 антиген-
ных детерминант, или рецепторов к одноименным агглютининам. С увеличением
порядкового номера агглютиногена число таких детерминант уменьшается. Эрит-
роцит группы А2 имеет 250 000—260 000 антигенных детерминант, что объясняет
меньшую активность этого агглютиногена.
В настоящее время система AB0 часто обозначается как АВН, а вместо терми-
нов агглютиногены и агглютинины применяют термины антигены и антитела (на-
пример, ABH-антигены и АВН-антитела).
5.3.2. Система резус (Rh-hr) и другие
К.Ландштейнер и А.Винер (1940) обнаружили в эритроцитах обезьяны
макаки резус антиген, названный ими резус-фактором. В дальнейшем ока-
залось, что приблизительно у 85 % людей белой расы также имеется этот
антиген. Таких людей называют резус-положителъными (Rh+). Около 15 %
258
людей в Европе и Америке этого антигена не имеют и носят название ре-
зус-отрицательных (Rh~).
Резус-фактор — это сложная система, включающая более 40 антигенов,
обозначаемых цифрами, буквами и символами. Чаше всего встречаются
резус-антигены типа D (85 %), С (70 %), Е (30 %), е (80 %). Однако Rh+
считаются эритроциты, несущие антиген типа D.
Система резус не имеет природных одноименных агглютининов, но
они могут появиться, если резус-отрицательному человеку перелить ре-
зус-положительную кровь.
Резус-фактор передается по наследству. Если женщина Rh_, а мужчи-
на Rh+, то плод может унаследовать резус-фактор от отца, и тогда мать и
плод будут несовместимы по Rh-фактору. Установлено, что при такой
беременности плацента обладает повышенной проницаемостью по отно-
шению к эритроцитам плода. Последние, проникая в кровь матери, при-
водят к образованию антител (антирезусагглютинины). Проникая в кровь
плода, антитела вызывают агглютинацию и гемолиз его эритроцитов.
Осложнения, возникающие при переливании несовместимой крови и
резус-конфликте, обусловлены не только образованием конгломератов
эритроцитов и их гемолизом, но и интенсивным внутрисосудистым свер-
тыванием крови, так как в эритроцитах содержится набор факторов,
вызывающих агрегацию тромбоцитов и образование фибриновых сгуст-
ков.
Система MNSs. По антигенам MNSs все люди делятся на группы: MS,
NS, MNS, Ms, Ns, MNs. Как и система резус, эти агглютиногены в усло-
виях нормы не имеют одноименных агглютининов и при переливании
крови не учитываются, так как обладают слабой антигенностью. В то же
время эти антигены учитывают при пересадке тканей и органов.
Система Келл. Антигены этой группы обозначаются буквами К и по-
рядковым номером (от I до 22). Существуют 3 основных варианта сочета-
ний агглютиногенов этой системы: К, — группа Келл, К2 — группа Келла-
но и К|К2 — группа Келл—Келлано. Фактор Келл встречается сравнитель-
но редко — в 4—12 %, а Келлано очень часто — в 98—99 %. Вот почему
более 90 % людей имеют группу Келлано, около 8—10 % — группу
Келл—Келлано и очень небольшой процент (менее 1 %) людей имеет
группу Келл.
Для переливания крови система Келл—Келлано значения не имеет,
хотя описаны единичные случаи гемотрансфузионных осложнений при
переливании несколько раз человеку группы Келл крови Келлано или
Келл—Келлано.
Система Лютеран включает комплекс антигенов, благодаря чему фор-
мируются различные фенотипы — Lu(a+), Lu(b+), Lu(a+b+), Lu(a+b_),
Lu(a_b+), Lu(a~b~) и др.
Согласно современным представлениям, мембрана эритроцита рассмат-
ривается как набор самых различных антигенов, которых насчитывается
более 500. Только из этих антигенов можно составить более 400 млн ком-
бинаций, или групповых признаков крови. Если же учитывать и все оста-
льные антигены, встречающиеся в крови, то число комбинаций достигнет
700 млрд.
В настоящее время переливание цельной крови ограничено. Даже при
массивной кровопотере рекомендуется вливать плазму и дополнительно
эритроцитарную массу (не более X от количества введенной плазмы).
В подобных ситуациях вводят меньшее количество антигена, что снижает
риск посттрансфузионных осложнений.
259
5.3.3. Группы крови и заболеваемость
Люди, имеющие различные группы крови, в неодинаковой мере под-
вержены тем или иным заболеваниям. Так, у людей с 1(0) группы крови
чаще встречается язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки.
Люди, имеющие 11(A) группу крови, чаще страдают и тяжелее переносят
сахарный диабет; у них повышена свертываемость крови.
5.4. ТРОМБОЦИТЫ
Тромбоциты, или кровяные пластинки, образуются из гигантских клеток
красного костного мозга — мегакариоцитов. В кровотоке они имеют ха-
рактерную дисковидную форму, диаметр их колеблется от 2 до 4 мкм, а
объем соответствует 6—9 мкм3.
С помощью электронной микроскопии установлено, что поверхность
интактных тромбоцитов (дискоцитов) гладкая, с небольшими углубления-
ми. При соприкосновении с поверхностью, отличающейся по своим свой-
ствам от эндотелия, тромбоцит активируется, распластывается, принимает
сферическую форму (сфероцит). У него появляются отростки, которые
могут значительно превышать диаметр тромбоцита. Наличие отростков
важно для остановки кровотечения.
На мембране тромбоцитов находятся интегрины, выполняющие функ-
ции рецепторов, хотя они характеризуются ограниченной специфично-
стью. Интегрины принимают участие во взаимодействии тромбоцита с
тромбоцитом, а также тромбоцита с субэндотелием, обнажающимся при
повреждении сосуда.
В норме число тромбоцитов у здорового человека составляет
1,5—3,510''/л, или 150—350 тыс. в 1 мкл. Увеличение числа тромбоцитов
называется тромбоцитозом, уменьшение — тромбоцитопенией.
Основное назначение тромбоцитов — участие в процессе гемостаза.
Кровяные пластинки принимают участие в образовании тромбоцитарной
пробки и процессе свертывания крови. Важная роль в этих реакциях при-
надлежит тромбоцитарным факторам, которые сосредоточены в гранулах
и мембране кровяных пластинок. Наиболее важным из них является час-
тичный (неполный) тромбопластин, представляющий осколок клеточной
мембраны. Роль этого фактора может также выполнять активированный
тромбоцит. В тромбоцитах содержатся антигепариновый фактор, фибри-
ноген, АДФ, контрактильный белок тромбостенин, фибринстабилизирую-
ший фактор или фибриназа, активаторы и ингибиторы растворения фиб-
ринового сгустка, митогенный фактор, вазоконстрикторные факторы —
серотонин, адреналин, норадреналин и др. Значительная роль в гемостазе
отводится тромбоксану А2 (ТхА2).
Важнейшей функцией тромбоцитов является ангиотрофическая. По об-
разному выражению З.С.Баркагана, тромбоциты являются «кормилицами»
сосудистой стенки. При тромбоцитопении трофика сосудистой стенки на-
рушается, что приводит к повышению ее проницаемости и снижению ре-
зистентности.
Тромбоциты принимают участие в защите организма от чужеродных
агентов. Они обладают фагоцитарной активностью, содержат иммуногло-
булины, являются источником лизоцима и 0-лизинов, способных разру-
шать мембрану некоторых бактерий. В их составе обнаружены пепти-
260
ды, вызывающие превращение нулевых лимфоцитов в Т- и В-лимфо-
циты.
Регуляция тромбоцитопоэза. Тромбоциты образуются в результате фраг-
ментации цитоплазмы мегакариоцитов. После нескольких митозов проли-
ферирующие мегакариоцитарные предшественники (КОЕ-мгкц) переста-
ют делиться и вступают в стадию эндомитоза — процесса редупликации
ДНК без образования дочерних клеток. В результате формируются попу-
ляции промегакариобластов. В процессе дальнейшей дифференциации с
прогрессивным увеличением общего объема происходит созревание ядра и
цитоплазмы. В последующем образуются мегакариобласты, промегакарио-
циты, зрелые гранулярные мегакариоциты и, наконец, мегакариоциты
зрелые, способные продуцировать кровяные пластинки.
Мегакариоцитопоэз регулируется двумя специфичными гуморальными
факторами на двух разных уровнях — уровне клеток-предшественников и
в фазе эндомитотического развития мегакариоцитов с их конечной диф-
ференцировкой. Первое из указанных соединений называется мегакарио-
цитостимулирующий фактор, второй — тромбоцитопоэзстимулирующий
фактор, или тромбоцитопоэтин.
Тромбоцитопоэтин образуется печенью, почками и костным мозгом.
Тромбоцитопоэтины высвобождаются в циркулирующую кровь при сни-
жении в ней числа кровяных пластинок. Тромбоцитопоэтин усиливает эн-
домитоз в незрелых мегакариоцитах, но прежде всего ускоряет созревание
цитоплазматических структур мегакариоцитов и синтез белков а-гранул.
5.5. СИСТЕМА ГЕМОСТАЗА
Под термином «гемостаз» понимают комплекс реакций, направленный
на остановку кровотечения при травме сосудов. Основными задачами
системы гемостаза являются сохранение жидкого состояния циркулиру-
ющей и депонированной крови, регуляция транскапиллярного обмена,
резистентности сосудистой стенки.
Различают сосудисто-тромбоцитарный гемостаз и процесс свертывания
крови. В первом случае речь идет об остановке кровотечения из мелких
кровеносных сосудов с низким кровяным давлением, диаметр которых не
превышает 100 мкм, во втором — о борьбе с кровопотерей при поврежде-
нии артерий и вен. Такое деление носит условный характер, ибо при по-
вреждении мелких и крупных кровеносных сосудов всегда наряду с обра-
зованием тромбоцитарной пробки происходит свертывание крови.
5.5.1. Сосудисто-тромбоцитарный гемостаз
Сосудисто-тромбоцитарный гемостаз сводится к образованию тромбо-
цитарной пробки, или тромбоцитарного тромба. Он разделяется на 3 ста-
дии: 1) временный (первичный и вторичный) спазм сосудов; 2) образова-
ние тромбоцитарной пробки за счет адгезии (прикрепления к поврежден-
ной поверхности) и агрегации (склеивания между собой) кровяных плас-
тинок; 3) ретракция (сокращение и уплотнение) тромбоцитарной пробки.
Сразу после травмы наблюдается первичный спазм кровеносных сосудов,
благодаря чему кровотечение в первый момент может не возникнуть или
носит ограниченный характер. Первичный спазм сосудов обусловлен вы-
261
бросом в кровь В- ответ на болевое раздражение адреналина и норадрена-
лина и длится 10—15 с. В дальнейшем наступает вторичный ^сдазм^ обу-
словленный активацией тромбоцитов и отдачей в кровь сосудосуживаю-
щих агентов — серотонина,~тромбоксана'А2ТТхА2), адреналина и др.
Повреждение сосудов сопровождается немедленной активацией тром-
боцитов.лто связано с появлением высоких концентраций АДФ (из разру-
ш'ЯТОТйихся эритроцитов и травмированных со’сУдбв^га“Также обнажением
субэндотелия, коллагеновых и фибриллярных структур.
После травмы сосуда наступает адгезия тромбоцитов к коллагену и дру-
гим белкам субэндотелия. При низком напряжении сдвига, возникающего
при повреждении крупных артерий и вен, тромбоциты адгезируют непо-
средственно к волокнам коллагена через коллагеновые рецепторы. При
высоком напряжении сдвига, наблюдаемого при травме мелких артерий и
артериол, прилипание тромбоцитов обусловлено наличием в плазме, кро-
вяных пластинках, а также эндотелии особого белка — фактора фон Вил-
лебранда (vWF), имеющего 3 активных центра. Два из них связываются с
рецепторами тромбоцитов, а один — с субэндотелием или коллагеновыми
волокнами. Таким образом, тромбоцит с помощью vWF оказывается «под-
вешенным» к травмированной поверхности сосуда.
Из адгезирующих тромбоцитов, как и из поврежденного эндотелия, вы-
свобождается АДФ, являющаяся индуктором агрегации. Под влиянием
АДФ тромбоциты прилипают к присоединившимся к эндотелию кровя-
ным пластинкам, а также склеиваются между собой, образуя агрегаты, яв-
ляющиеся основой тромбоцитарной пробки. Усилению агрегации способ-
ствуют фактор активации тромбоцитов (ФАТ), а также тромбин. Под воз-
действием слабых агонистов, в том числе АДФ, наступает экспрессия ре-
цепторов к фибриногену на мембране тромбоцитов, благодаря чему в при-
сутствии ионов Са2+ фибриноген связывает между собой 2 близлежащие
кровяные пластинки. Однако на этом этапе агрегация носит обратимый
характер, так как вслед за агрегацией может наступить частичный или
полный распад агрегатов — дезагрегация. Такая агрегация называется пер-
вичной, или обратимой.
Механизм вторичной агрегации более сложен. Для завершения гемоста-
за требуется присоединение ряда дополнительных механизмов активации
с включением обратных связей (обратная афферентация в пределах тром-
боцита). Слабые агонисты (АДФ) приводят к поступлению сигнала
внутрь кровяных пластинок, в результате чего в них увеличивается содер-
жание цитоплазматического Са2+ и наступает активация фосфолипазы А2.
Последняя приводит к освобождению из мембраны тромбоцита арахидо-
новой кислоты, которая превращается в активные соединения — про-
стагландины PgG2, PgH2 и ТхА2. ТхА2 вызывает выделение ионов Са2+ из
плотной тубулярной системы в цитоплазму. В итоге происходит сокраще-
ние актомиозина тромбоцитов. При этом кровяные пластинки подтяги-
ваются друг к другу, тромбоцитарная пробка уплотняется, т.е. наступает
ее ретракция.
Из тромбоцитов, подвергшихся адгезии и агрегации, секретируются
гранулы и содержащиеся в них биологически активные продукты — АДФ,
ФАТ, адреналин, норадреналин, фактор Р4, ТхА2, фибриноген, vWF и дру-
гие. Все это значительно укрепляет тромбоцитарный тромб. Кроме того,
из кровяных пластинок выделяется митогенный фактор, необходимый для
репарации поврежденных стенок сосудов. Одновременно с высвобождени-
ем тромбоцитарных факторов образуется тромбин, усиливающий агрега-
цию и приводящий к появлению сети фибрина (рис. 5.1).
262
Активация тромбоцитов
Экспрессия GP Ib.llb/llla
Агрегация тромбоцитов
. С87
Лизосомы
киназы,
ферменты
а - Гранулы
Фактор 4,
b - тромбоглобулин
фактор роста
тромбоцитов,
антиплазмин
тромбостенин, и др
Реакция высвобождения
Тромбоцит
обратимая
Фибрине-
Тромбоцит
ren.vWF
Коллаген
необратимая
Оптически
плотные
гранулы
АДФ.
адреналин
серотонин,
тромбоксан А^,
Адгезия тромбоцитов
vWF
Тромбоцит
GP Ib.llb/llla
Ретракция
| Вторичный спазм сосудов
Рис. 5.1. Сосудисто-тромбоцитарный гемостаз.
Условные обозначения АДФ — аденозиндифосфат, GP — гликопротеины, vWF — фактор
фон Виллебранда
В норме остановка кровотечения из мелких сосудов или время кровоте-
чения, характеризующее состояние сосудисто-тромбоцитарного гемостаза,
занимает от 2 до 4 мин.
Эндотелиальными клетками под влиянием фермента простациклинсин-
тетазы образуется Pgl2. В физиологических условиях действие Pgl2, инги-
бирующего агрегацию, преобладает над ТхА2 — агрегирующим агентом
тромбоцитов. Поэтому в циркуляции у здорового человека агрегация
тромбоцитов носит ограниченный характер. При повреждении эндотелия
в месте травмы образование Pgl2 нарушается, в результате чего начинает
преобладать действие ТхА2 и создаются благоприятные условия для агрега-
ции тромбоцитов и образования тромбоцитарной пробки.
5.5.2. Процесс свертывания крови
При повреждении крупных кровеносных сосудов (артерий, вен) также
образуется тромбоцитарная пробка, но она не способна остановить крово-
течение, так как легко вымывается током крови. Основное значение в
этом процессе принадлежит свертыванию крови, сопровождающемуся об-
разованием плотного фибринового сгустка.
Свертывание крови — ферментативный процесс. Основоположником
современной теории свертывания крови является А.А.Шмидт.
263
5.5.2.1. Плазменные и клеточные факторы
свертывания крови
В свертывании крови принимает участие комплекс белков, находящих-
ся в плазме (плазменные факторы гемокоагуляции), большинство из кото-
рых является проферментами и обозначается римскими цифрами (фактор
I, II и т.д.). Активация плазменных факторов осуществляется за счет про-
теолиза и сопровождается отщеплением пептидных ингибиторов. Для обо-
значения этого процесса к номеру фактора присоединяют букву «а» (фак-
тор Па, Va и т.д.).
Плазменные факторы разделяются на две группы:
• витамин-К-зависимые, которые образуются преимущественно в печени
при участии витамина К;
• витамин-К-независимые, для синтеза которых витамин К не требуется
(табл. 5.7).
Таблица 5.7. Плазменные факторы свертывания крови
Фактор Характеристика фактора
I, фибриноген Белок. Образуется в печени. Под влиянием тромбина переходит в фибрин. Принимает участие в агрегации тромбоцитов. Необхо- дим для репарации тканей
11, протромбин Гликопротеин. Образуется в печени в присутствии витамина К. Под влиянием протромбиназы переходит в тромбин (фактор Па)
111, тканевый фактор Трансмембранный белок. Входит в состав мембран многих тка- ней. Является матрицей для развертывания реакций, направлен- ных на образование протромбиназы по внешнему механизму
IV, Са++ Участвует в образовании комплексов, входящих в состав теназы и протромбиназы. Необходим для агрегации тромбоцитов, реак- ции высвобождения, ретракции
V, акцелератор- глобулин Белок. Образуется в гепатоцитах. Витамин-К-независим. Акти- вируется тромбином. Входит в состав протромбиназного комп- лекса
VII, проконвер- тин Витамин-К-зависимый гликопротеин. Образуется в печени, при- нимает участие в формировании протромбиназы по внешнему механизму. Активируется при взаимодействии с тромбопласти- ном и факторами Xlla, Ха, IXa, На
VI1IC, антигемо- фильный глобу- лин А (АГГ) Гликопротеин. В плазме образует комплекс с vWF и специфиче- ским антигеном. Активируется тромбином. Входит в состав те- назного комплекса. При его отсутствии или резком снижении концентрации возникает заболевание гемофилия А
IX, фактор Крист- маса, антигемо- фильный фактор В Гликопротеин. Образуется в печени при участии витамина К. Активируется тромбином и фактором Vila. Переводит фактор X в Ха. При его отсутствии или резком снижении концентрации возникает заболевание гемофилия В
X, фактор Стюар- та—Прауэра Гликопротеин. Образуется в печени при участии витамина К. Активируется факторами Vila и 1Ха. Фактор Ха является основ- ной частью протромбиназного комплекса. Переводит фактор II в Па
XI, плазменный предшественник тромбопластина Гликопротеин. Активируется фактором ХПа, калликреином со- вместно с высокомолекулярным кининогеном (ВМК)
264
Продолжение табл. 5.7
Фактор Характеристика фактора
XII, фактор Хаге- мана, или фактор контакта XIII, фибринста- билизируюиций фактор (ФСФ), фибриназа Фактор Флетчера, прекалликреин Фактор Фитцдже- ральда, высокомо- лекулярный кини- ноген (ВМК) Белок. Активируется отрицательно заряженными поверхностя- ми, адреналином, калликреином. Запускает внешний и внутрен- ний механизмы образования протромбиназы и фибринолиза, ак- тивирует фактор XI и прекалликреин Глобулин. Синтезируется фибробластами и мегакариоцитами. Стабилизирует фибрин. Необходим для нормального течения ре- паративных процессов Белок. Участвует в активации фактора XII, плазминогена и ВМК. Активируется калликреином, принимает участие в активации фактора XII, XI и фибринолиза
В эритроцитах обнаружены соединения, аналогичные тромбоцитарным
факторам. Важнейшим из них является частичный тромбопластин (напо-
минает фактор Р3), который входит в состав мембраны. Кроме того, эрит-
роциты содержат большое количество АДФ, фибриназу и другие факторы.
При травме сосуда около 1 % эритроцитов вытекающей крови разрушает-
ся, что способствует образованию тромбоцитарной пробки и фибринового
сгустка.
Лейкоциты содержат факторы свертывания, называемые лейкоцитар-
ными. Так, моноциты и макрофаги при стимуляции антигеном синтезиру-
ют тканевый фактор. Эти же клетки являются продуцентами факторов
свертывания — II, VII, IX и X. Приведенные факторы являются одной из
причин возникновения диссеминированного (распространенное) внутри-
сосудистого свертывания крови (ДВС-синдром) при онкологических, мно-
гих воспалительных и инфекционных заболеваниях.
Важная роль в процессе свертывания крови отводится тканевым фак-
торам, к которым относится тромбопластин (фактор III, TF). При разру-
шении тканей или стимуляции эндотелия эндотоксином и провоспали-
тельными цитокинами большое количество тромбопластина поступает в
кровоток и вызывает развитие ДВС-синдрома.
5.5.2.2. Механизм свертывания крови
Процесс свертывания крови представляет собой проферментно-фер-
ментный каскад, в котором проферменты, переходя в активное состояние,
способны активировать другие факторы свертывания крови. Подобная ак-
тивация может носить последовательный и ретроградный характер.
Процесс свертывания крови включает 3 фазы. Первая — комплекс
последовательных реакций, приводящих к образованию протромбиназы;
во вторую фазу происходит переход протромбина в тромбин (фактора II в
фактор Па); в третью — из фибриногена образуется фибриновый сгусток.
Первая фаза — образование протромбиназы может осуществляться по
внешнему и внутреннему механизму. Внешний механизм предполагает обя-
зательное присутствие тромбопластина (TF, или F-III), внутренний же
265
связан с участием активированных тромбоцитов. Вместе с тем внутренний
и внешний пути образования протромбиназы имеют много общего, так
как активируются одними и теми же факторами (фактор ХПа, калликре-
ин, ВМК и др.) и приводят в конечном итоге к появлению одного и того
же активного фермента — фактора Ха, выполняющего в комплексе с факто-
ром Va функции протромбиназы.
Важная роль в процессе свертывания крови отводится глицерофосфолипидам:
фосфатидилсерину и фосфатидилэтаноламину. Одной из особенностей бислоя
мембраны является его асимметрия. В наружном листке мембраны, контактирую-
щей с кровью, преобладают фосфатидилхолин и сфингомиелин. Эти фосфолипи-
ды содержат фосфохолин, обеспечивающий атромбогенность мембран. Молекула
таких фосфолипидов электронейтральна.
Фосфатидилсерин и фосфатидилэтаноламин расположены преимущественно во
внутреннем слое мембраны. На головке указанных фосфолипидов преобладает от-
рицательный заряд. Инициация свертывания крови может наступить лишь тогда,
когда эти фосфолипиды появятся на наружной поверхности мембраны. Следова-
тельно, для инициации свертывания крови необходимо нарушить исходную асим-
метрию фосфолипидов, что может произойти за счет обмена фосфолипидов между
слоями.
Для процесса свертывания крови важна асимметрия в содержании ионов Са2+,
концентрация которых в плазме и интерстициальной жидкости в 10 тыс. раз боль-
ше, чем в цитоплазме клетки и тромбоците. При травме сосуда в цитоплазму из
внеклеточной жидкости переходит большое количество ионов Са2+ Поступление
Са2+ в тромбоцит или клетки (травмированный эндотелий и др.) разрыхляет мемб-
рану и выключает механизмы поддержания асимметрии фосфолипидного бислоя.
При этом отрицательно заряженные молекулы фосфатидилсерина и фосфатидилэ-
таноламина переходят на поверхность мембраны.
Зависимый от энергии процесс концентрации аминофосфолипидов во внутрен-
нем листке мембраны связан с функционированием специфичных трансмембран-
ных белков-переносчиков — транслоказ, осуществляющих однонаправленное пе-
редвижение фосфатидилсерина и фосфатидилэтаноламина во внутренний листок
мембраны. При активации клеток и повышении уровня цитоплазматического Са2+
происходит ингибиция транслоказ. При этом наступает перемещение всех мемб-
ранных фосфолипидов, приводящее к выравниванию их концентрации в обоих
листках мембраны.
Как только на поверхности клеточной мембраны увеличивается концентрация
отрицательно заряженных фосфолипидов и они соприкасаются с кровью, содер-
жащей высокую концентрацию ионов Са2+, образуются кластеры — активные
зоны, к которым прикрепляются факторы свертывания. Эта реакция осуществля-
ется следующим образом: ионы Са2+ с одной стороны присоединяются к головкам
фосфатидилсерина, а с другой — соединяются с остатками у-карбоксиглутамино-
вой кислоты, входящей в состав факторов свертывания крови (V, VIII, IX др.). За
счет таких кальциевых мостиков в результате конформации открываются актив-
ные центры.
Формирование протромбиназы по внешнему пути начинается с актива-
ции фактора VII при его взаимодействии с тромбопластином, а также с
факторами ХПа, 1Ха, Ха и калликреином. В свою очередь фактор Vila ак-
тивирует не только фактор X, переводя его в фактор Ха, но и фактор IX,
участвующий в образовании протромбиназы по внутреннему механизму.
Образование протромбиназы по внешнему пути происходит быстро и
ведет к появлению фактора Ха и небольших порций тромбина (Па), кото-
рый способствует необратимой агрегации тромбоцитов, активации факто-
ров VIII и V и значительно ускоряет образование протромбиназы по
внешнему и внутреннему механизму.
266
Рис. 5.2. Коагуляционный гемостаз.
Условные обозначения: стрелки — активация, ВМК — высокомолекулярный кининоген, I —
фибриноген, 1m — фибринмономер, Is — легко растворимый фибрин, 11 — труднораствори-
мый фибрин.
Инициатором внутреннего пути образования протромбиназы является
фактор XII, который активируется травмированной поверхностью стенки
сосуда, кожей, коллагеном, адреналином, после чего переводит фактор XI
в Х1а. В этой реакции принимает участие калликреин (активируется фак-
тором ХПа) и ВМК (активируется калликреином). Фактор Х1а оказывает
непосредственное влияние на фактор IX, переводя его в фактор 1Ха. Спе-
цифическая деятельность последнего направлена на протеолиз фактора X
(перевод его в фактор Ха) и протекает на поверхности фосфолипидов
тромбоцита при обязательном участии фактора VIII (или Villa). Комплекс
факторов IXa, Villa на фосфолипидной поверхности тромбоцитов называ-
ется теназным.
Благодаря прекалликреину и ВМК (как и фактору XII) объединяются
внешний и внутренний пути свертывания крови.
Вторая фаза свертывания крови (переход фактора II в фактор Па) осу-
ществляется под влиянием протромбиназы (комплекса Xa+Va) и сводится
к протеолитическому расщеплению протромбина, благодаря чему появля-
ется фермент тромбин, обладающий свертывающей активностью.
267
Третья стадия свертывания крови — переход фибриногена в фибрин —
включает 3 этапа. На первом под влиянием фактора На от фибриногена
отщепляются 2 фибринпептида А и 2 фибринпептида В, в результате чего
образуются фибрин-мономеры (фактор Im). На втором этапе благодаря
процессу полимеризации формируются вначале димеры и олигомеры фиб-
рина, трансформирующиеся в дальнейшем в волокна фибрина — прото-
фибриллы легкорастворимого фибрина, или фибрина s (soluble), быстро
лизирующегося под влиянием протеаз (плазмин, трипсин). В процесс об-
разования фибрина вмешивается фактор ХШ (фибриназа, фибринстаби-
лизирующий фактор), который после активации тромбином в присутствии
Са2+ прошивает фибринполимеры дополнительными перекрестными свя-
зями, благодаря чему появляется труднорастворимый фибрин, или фиб-
рин i (insoluble). В результате этой реакции сгусток становится резистент-
ным к фибринолитическим (протеолитические) агентам и плохо поддается
разрушению (рис. 5.2). Образовавшийся фибриновый сгусток благодаря
тромбоцитам, входящим в его структуру, сокращается и уплотняется (ре-
тракция) и прочно закупоривает поврежденный сосуд.
5.5.3. Естественные антикоагулянты
Несмотря на то что в циркуляции имеются все факторы, необходимые
для образования тромба, в естественных условиях при наличии целости
сосудов кровь остается жидкой. Это обусловлено наличием в кровотоке
противосвертывающих веществ, получивших название естественных анти-
коагулянтов, и фибринолитического звена системы гемостаза.
Естественные антикоагулянты делят на первичные и вторичные. Пер-
вичные антикоагулянты всегда присутствуют в циркуляции; вторичные
образуются в результате протеолитического расщепления факторов свер-
тывания крови в процессе формирования и растворения фибринового сгу-
стка.
Первичные антикоагулянты (табл. 5.8.) можно разделить на 3 группы:
• обладающие антитромбопластическим и антипротромбиназным дейст-
вием (антитромбопластины);
• связывающие тромбин (антитромбины);
• предупреждающие переход фибриногена в фибрин (ингибиторы само-
сборки фибрина).
К антитромбопластинам относится ингибитор внешнего пути сверты-
вания (TFPI). Установлено, что он способен блокировать комплекс факто-
ров TF+VIIa+Xa, благодаря чему предотвращается образование протром-
биназы по внешнему механизму.
К ингибиторам, блокирующим образование протромбиназы, относятся
витамин-К-зависимые протеины С, S (РгС, PrS) и белок, синтезируемый
эндотелием, — тромбомодулин. Под воздействием тромбомодулина и свя-
занного с ним тромбина РгС переходит в активное состояние (РгСа), чему
способствует кофактор PrS. РгСа разрезает пополам факторы Va и Villa и
тем самым препятствует образованию протромбиназы по внутреннему
пути и переходу протромбина в тромбин.
Одним из ведущих антикоагулянтов является белок антитромбин III
(А-Ш). Самостоятельно А-1П обладает слабым антикоагулянтным дейст-
вием. В то же время он способен образовывать комплекс с гликозамингли-
каном гепарином (Г) — А-П1+Г. Этот комплекс связывает факторы Па,
268
Таблица 5.8. Основные первичные естественные антикоагулянты
Вещество Характерные признаки
Антитромбин Ill а2-Глобулин. Синтезируется в печени. Прогрессивно дейст- вующий ингибитор тромбина, факторов Ха, IXa, Х1а, ХПа, калликреина и в меньшей степени - плазмина и трипсина. Плазменный кофактор гепарина.
Гепарин Сульфатированный полисахарид. Трансформирует анти- тромбин III из прогрессивного в антикоагулянт немедлен- ного действия, значительно повышая его активность. Обра- зует комплексы с тромбогенными белками и гормонами, обладающие антикоагулянтным и нсферментативным фиб- ринолитическим действием
Кофактор гепарина II Антикоагулянт, действующий в присутствии гепарина
а2-Анти плазм ин Белок. Ингибирует действие плазмина, трипсина, хемот- рипсина, калликреина, фактора Ха, урокиназы
а2-Макроглобулин Слабый прогрессивный ингибитор тромбина, калликреина, плазмина и трипсина
агАнтитрипсин Ингибитор тромбина, факторов IXa, Х1а, ХПа, трипсина и плазмина
С1-эстеразный ингиби-i а2- Нейроаминогликопротеид. Инактивирует калликреин,
тор или ингибитор ком- предотвращая его действие на кининоген, факторы ХПа,
племента I IXa, Xia и плазмин
TFP1 Ингибирует комплекс TF+Vlla+Xa
TFP12, или анексин V Образуется в плаценте. Ингибирует комплекс TF+VIla+Xa
Протеин С Витамин-К-зависимый белок. Образуется в печени и в эн- дотелии. Обладает свойствами сериновой протеазы. Инак- тивирует факторы Va и Villa и стимулирует фибринолиз
Протеин S Витамин-К-зависимый белок. Образуется эндотелиальны- ми клетками. Усиливает действие протеина С
Тромбомодулин Гликопротеин, фиксированный на цитоплазматической мембране эндотелия. Кофактор протеина С, связывается с фактором Па и инактивирует его
Ингибитор самосборки Полипептид, образуется в различных тканях. Действует на
фибрина фибрин-мономер и фибрин-полимер
«Плавающие» рецепто- Гликопротеиды, связывают факторы Па и Ха, а возможно,
ры и другие сериновые протеазы
Аутоантитела к актив- ным факторам сверты- вания Находятся в плазме, ингибируют факторы Па, Ха и др.
[Ха, Ха, Х1а, ХПа, калликреин и плазмин. Существует высокомолекуляр-
чый гепарин с ММ от 25 до 35 кД и низкомолекулярный гепарин с ММ
иенее 5 кД. Последний в меньшей степени нуждается во взаимодействии с
X-III и нейтрализует преимущественно фактор Ха. Ингибитором сверты-
зания является кофактор гепарина II, связывающий тромбин. Его действие
эезко усиливается при взаимодействии с гепарином.
Ингибитором тромбина, факторов IXa, Х1а, ХПа и плазмина является
1{-антитрипсин. Слабым ингибитором тромбина, калликреина и плазмина
злужит а2-макроглобулин.
К первичным антикоагулянтам следует также отнести аутоантитела к
активным факторам свертывания крови (Па, Ха и др.), которые всегда
269
присутствуют в кровотоке, а также покинувшие клетку рецепторы — так
называемые плавающие рецепторы к активированным факторам свертыва-
ния крови.
К вторичным антикоагулянтам относят «отработанные» факторы свер-
тывания крови (уже принявшие участие в свертывании) и продукты дегра-
дации фибриногена и фибрина (ПДФ), обладающие антиагрегационным и
противосвертывающим действием, а также стимулирующие фибринолиз.
Роль вторичных антикоагулянтов сводится к ограничению внутрисосуди-
стого свертывания крови и распространения тромба по сосудам.
5.5.4. Фибринолиз
Фибринолиз является неотъемлемой частью системы гемостаза, всегда
сопровождает процесс свертывания крови и активируется факторами
ХПа, калликреином, ВМК и др. Являясь важной защитной реакцией,
фибринолиз предотвращает закупорку кровеносных сосудов фибрино-
выми сгустками. Кроме того, фибринолиз ведет к реканализации сосу-
дов после остановки кровотечения.
Ферментом, разрушающим фибрин, является плазмин, находящийся в
циркуляции в неактивном состоянии в виде профермента плазминогена.
Под воздействием его активаторов происходит расщепление пептидной
связи ArgJ6l—Val562 плазминогена, в результате чего образуется плазмин.
В кровотоке плазминоген встречается в двух основных формах — в виде
профермента с NHj-терминальной глутаминовой кислотой — глу-плазми-
ногена и в виде частично подвергшегося протеолизу лиз-плазминогена. По-
следний приблизительно в 20 раз быстрее трансформируется активаторами
в плазмин и имеет большее сродство к фибрину.
Фибринолиз, как и процесс свертывания крови, может протекать по
внешнему и внутреннему пути. Внешний путь активации фибринолиза осу-
ществляется при участии тканевых активаторов, которые синтезируются в
эндотелии сосудов. К ним относится тканевой активатор плазминогена
(ТАП). Кроме того, активатором плазминогена является урокиназа, обра-
зуемая в почках, а также фибробластами и эндотелиоцитами.
Внутренний путь активации фибринолиза, осуществляемый плазменны-
ми активаторами, разделяется на Хагеман-зависимый и Хагеман-незави-
симый. Хагеман-зависимый фибринолиз протекает под влиянием факторов
ХПа, калликреина и ВМК, которые переводят плазминоген в плазмин. Ха-
геман-зависимый фибринолиз осуществляется наиболее быстро и носит
срочный характер. Его основное назначение сводится к очищению сосуди-
стого русла от нестабилизированного фибрина, образующегося в процессе
внутрисосудистого свертывания крови. Хагеман-независимый фибринолиз
может осуществляться под влиянием протеинов С и S.
Образовавшийся в результате активации плазмин вызывает расщепление
фибрина. При этом появляются ранние (крупномолекулярные) и поздние
(низкомолекулярные) продукты деградации фибрина — ПДФ (рис. 5.3).
В плазме находятся и ингибиторы фибринолиза. Важнейшим из них яв-
ляется ингибитор первого типа (PAI-1), который нередко называют эндо-
телиальным.
Ингибитором фибринолиза является а2-антиплазмин, связывающий не
только плазмин, но и калликреин, урокиназу, ТАП и, следовательно,
вмешивающийся как на ранних, так и на поздних стадиях фибринолиза.
270
Рис. 5.3. Фибринолиз
Условные обозначения ТАП — тканевый активатор плазминогена; ВМК — высокомолеку-
лярный кининоген, ПДФ — продукты деградации фибриногена/фибрина
Сильным ингибитором плазмина служит а^протеазный ингибитор (аган-
титрипсин). Кроме того, фибринолиз тормозится а2-макроглобулином и
С ^эстеразным ингибитором.
При ускорении свертывания крови и одновременном торможении фиб-
ринолиза создаются благоприятные условия для развития тромбозов, эм-
болий и ДВС-синдрома.
Наряду с ферментативным фибринолизом существует и нефермента-
тивный, который обусловлен комплексными соединениями естественного
антикоагулянта гепарина с ферментами и гормонами. Неферментативный
фибринолиз приводит к расщеплению нестабилизированного фибрина,
очищая сосудистое русло от фибринмономеров и фибрина s.
5.5.5. Регуляция свертывания крови и фибринолиза
Свертывание крови, контактирующей со стеклом или кожей, осуществ-
ляется за 5—10 мин. Основное время в этом процессе уходит на образова-
ние протромбиназы, тогда как переход протромбина в тромбин и фибри-
ногена в фибрин осуществляется быстро. Время свертывания крови может
уменьшаться (гиперкоагуляция) или удлиняться (гипокоагуляция).
При острой кровопотере, гипоксии, интенсивной мышечной работе,
болевом раздражении, стрессе свертывание крови значительно ускоряется,
что может привести к появлению фибринмономеров и даже фибрина S в
сосудистом русле.
Ускорение свертывания крови и усиление фибринолиза при всех пере-
численных состояниях обусловлены повышением тонуса симпатической
части автономной нервной системы и поступлением в кровоток адренали-
на и норадреналина При этом активируется фактор Хагемана (XII), что
271
приводит к запуску внешнего и внутреннего механизмов образования про-
тромбиназы, а также стимуляции Хагеман-зависимого фибринолиза. Кро-
ме того, под влиянием адреналина усиливается образование тканевого
фактора и наблюдается отрыв от эндотелия фрагментов клеточных мемб-
ран, обладающих свойствами тромбопластина, что способствует резкому
ускорению свертывания крови. Из эндотелия также выделяются ТАП и
урокиназа, приводящие к стимуляции фибринолиза.
При повышении тонуса парасимпатической части автономной нервной
системы также наблюдается ускорение свертывания крови и стимуляция
фибринолиза. В этих условиях происходит выделение тромбопластина и
активаторов плазминогена из эндотелия сердца и сосудов. Следовательно,
основным эфферентным регулятором свертывания крови и фибринолиза явля-
ется сосудистая стенка.
Вместе с тем развивающаяся гиперкоагуляция может смениться гипо-
коагуляцией, которая носит в естественных условиях вторичный характер
и обусловлена расходом (потреблением) тромбоцитов и плазменных фак-
торов свертывания крови, образованием вторичных антикоагулянтов, а
также рефлекторным выделением в сосудистое русло гепарина и A-III в
ответ на появление фактора Па.
При многих заболеваниях, сопровождающихся разрушением эритроци-
тов, лейкоцитов, тромбоцитов и тканей или гиперпродукцией тканевого
фактора стимулированными эндотелиальными клетками, моноцитами и
макрофагами, развивается ДВС-синдром. ДВС-синдром обнаружен более
чем при 150 различных заболеваниях. Особенно часто он возникает при
переливании несовместимой крови, обширных травмах, отморожениях,
ожогах, длительных оперативных вмешательствах на легких, печени, серд-
це, предстательной железе, всех видах шока, краш-синдроме (длительное
сдавление конечностей), инфекционных, воспалительных и онкологиче-
ских заболеваниях, а также в акушерской практике при попадании в кро-
воток матери околоплодных вод, насыщенных тромбопластином плацен-
тарного происхождения.
5.6. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
СИСТЕМЫ КРОВИ
Наиболее точными и менее трудоемкими методами исследования сис-
темы крови являются автоматические. Многие из применяемых в настоя-
щее время автоматических счетчиков способны определять не только чис-
ло клеток, но и другие гематологические показатели. Электронные счетчи-
ки могут анализировать значительное количество проб крови, сводя к ми-
нимуму технические ошибки. Наиболее часто для определения числа кле-
ток крови используются кондуктометрические счетчики, принцип работы
которых сводится к подсчету клеток путем пропускания их суспензии че-
рез отверстие малого диаметра (апертуру) и изменения электрического со-
противления, вызванного прохождением клеток. Для подсчета различных
форменных элементов крови пользуются разными по размеру апертурами.
Более того, при подсчете лейкоцитов и тромбоцитов необходимо предва-
рительно лизировать эритроциты. Существуют более современные кондук-
тометрические счетчики, в которых подсчет эритроцитов и тромбоцитов
проводится одновременно.
В последнее время получили распространение приборы, позволяющие
одновременно анализировать до 18 параметров крови: число эритроцитов,
272
количество гемоглобина, гематокритное число, средний корпускулярный
объем эритроцита, ширину распределений эритроцитов по объему, сред-
нее содержание и среднюю концентрацию гемоглобина в эритроците, ко-
личество лейкоцитов, процент гранулоцитов, лимфоцитов и моноцитов, а
также их абсолютное количество в 1 мм3, количество тромбоцитов в 1 мм3,
средний объем тромбоцита, ширину распределения тромбоцита по объему
и тромбокрит (доля объема цельной крови, занимаемой тромбоцитами).
Дифференцированный подсчет перечисленных групп лейкоцитов основан
на том, что специальный лизирующий реагент разрушает эритроциты и
сжимает лейкоциты. Особенно сильно сжимается цитоплазма лимфоци-
тов, в меньшей степени гранулоцитов и еще в меньшей — моноцитов, что
отражается на их сопротивлении и регистрируется счетчиком.
Используют автоматизированные счетчики лейкоцитарной формулы. Су-
ществует два типа автоматов:
• системы компьютерного анализа клеточного изображения;
• проточные системы, идентифицирующие различные формы лейкоцитов
по размерам клетки и особенностям окрашивания. Однако они не спо-
собны полностью заменить визуального анализа мазка крови, ибо не су-
ществует аппаратов, способных надежно идентифицировать все незре-
лые или патологические клетки.
Современные методы определения концентрации гемоглобина основаны
на способности этого протеина интенсивно окрашиваться. В качестве на-
дежного способа измерения применяется цианметгемоглобиновый метод,
в основе которого лежит переход всех известных соединений гемоглобина
в устойчивое производное — циангемоглобин. Концентрация гемоглобин-
цианида определяется на спектрофотометре при длине волны 540 нм и
сравнивается с известным стандартом.
Определение различных органических ингредиентов плазмы производит-
ся или фотометрическим, или иммуноферментным методом, с использова-
нием меченых антител или антигенов. Концентрация отдельных ингреди-
ентов определяется по интенсивности окраски и сравнивается с имею-
щимся эталоном.
Состояние сосудисто-тромбоцитарного гемостаза оценивают по времени
кровотечения при проколе пальца или мочки уха с регистрацией капли
крови на фильтровальной бумаге. Для оценки сосудисто-тромбоцитарного
гемостаза внедряют аппаратные методы. Чаще используют фильтрометр, в
котором регистрируется скорость блокады микрофильтра агрегатами тром-
боцитов при стандартизируемом пропускании через него исследуемой
крови.
Исследование агрегации тромбоцитов осуществляют с помощью прибо-
ров агрегометров. Принцип их работы основан на фотометрической реги-
страции процесса агрегации по падению оптической плотности плазмы.
Применяют различные типы агрегометров, соединенных для обработки
полученных данных с компьютером, а для записи — с принтером. Сущест-
вует стандартный набор агрегирующих агентов (АДФ, коллаген, адрена-
лин, тромбин и другие), с помощью которых активируются тромбоциты и
запускается процесс агрегации. В последние годы нашли применение аг-
регометры, основанные на кондуктометрических принципах склеивания
тромбоцитов между собой и пригодные для исследования цельной крови.
Глава 6
КРОВО- И ЛИМФООБРАЩЕНИЕ
Клетки многоклеточных организмов теряют непосредственный контакт
с внешней средой и находятся в окружающей их жидкой среде — ткане-
вой, или межклеточной, жидкости, откуда черпают необходимые вещества
и куда выделяют продукты обмена.
Состав тканевой жидкости постоянно обновляется благодаря тому, что
она находится в тесном контакте с непрерывно движущейся кровью Из
крови в тканевую жидкость проникают кислород и другие необходимые
клеткам вещества, в кровь, оттекающую от тканей, поступают продукты
обмена клеток От тканей, помимо крови, оттекает лимфа, которая также
уносит часть продуктов обмена веществ.
Кровь движется по кровеносным сосудам благодаря периодическим со-
кращениям сердца. Сердце и сосуды составляют систему кровообращения
(рис 6.1).
Оттекающая от тканей венозная кровь поступает по полым венам в пра-
вое предсердие, а оттуда в правый желудочек сердца При сокращении его
кровь нагнетается в легочную артерию Протекая через легкие, она отдает
СО? и насыщается О2 Система легочных сосудов — легочные артерии, ка-
пилляры и вены — образует малый (легочный) круг кровообращения Обо-
гащенная кислородом кровь из легких по легочным венам поступает в левое
предсердие, а оттуда в левый желудочек При сокращении последнего кровь
нагнетается в аорту и поступает в артерии, артериолы и капилляры всех ор-
ганов и тканей, а оттуда по венам притекает в правое предсердие. Система
этих сосудов образует большой круг кровообращения.
6.1. ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ СЕРДЦА
6.1.1. Электрические явления в сердце, возникновение
и проведение возбуждения
Сокращения сердца происходят вследствие периодически возникающих в
нем процессов возбуждения Сердечная мышца (миокард) обладает рядом
свойств, обеспечивающих ее непрерывную ритмическую деятельность, —
автоматизмом, возбудимостью, проводимостью, сократимостью
Возбуждение в изолированном из организма сердце возникает периодиче-
ски под влиянием процессов, протекающих в нем самом. Это явление полу-
чило название автоматизма Способностью к автоматизму обладают опреде-
ленные участки миокарда, состоящие из специфической (атипическая) мы-
шечной ткани, бедной миофибриллами, богатой саркоплазмой и напомина-
-ющей эмбриональную мышечную ткань. Специфическая мускулатура образует
в сердце проводящую систему, состоящую из синусно-предсердного (синоат-
риальный, СА) узла — внутрисердечного генератора ритма, расположенного
в стенке предсердия у устьев полых вен и предсердно-желудочкового (атрио-
вентрикулярный, АВ) узла, расположенного в межпредсердной перегородке
на границе правого предсердия и желудочка. Предсердно-желудочковый узел
переходит в тонкий ствол — предсердно-желудочковый пучок (атриовентри-
кулярный пучок, АВП), или пучок Гиса, который проходит между фиброз-
274
Рис. 6.2. Строение проводящей си-
стемы и хронотопография распро-
странения возбуждения в сердце
СА — синоатриальный узел, АВ — ат-
риовентрикулярный узел, АВП — атрио-
вентрикулярный пучок Цифры обозна-
чают охват возбуждением отделов серд-
ца (в секундах) от момента зарождения
импульса в синоатриальном узле
ными кольцами предсердно-же-
лудочковой перегородки и у вер-
хнезаднего отдела мышечной ча-
сти межжелудочковой перего-
родки делится на правую и ле-
вую ножки. В области верхушки
сердца ножки предсердно-желу-
дочкового пучка загибаются
вверх и переходят в сеть сердеч-
ных проводящих миоцитов (во-
локна Пуркинье), погруженных
в рабочий (сократительный) ми-
окард желудочков (рис. 6.2).
6.1.1.1. Электрическая активность клеток
миокарда
В естественных условиях клетки миокарда находятся в состоянии рит-
мической активности (возбуждения), поэтому об их потенциале покоя
можно говорить лишь условно. У клеток сократительного миокарда он со-
ставляет около —90 мВ и определяется почти целиком концентрационным
градиентом К+
Потенциалы действия (ПД), зарегистрированные в разных отделах
сердца при помощи внутриклеточных микроэлектродов, существенно
различаются по форме, амплитуде и длительности (рис 6.3, А). На рис
6.3, Ба схематически показан ПД одиночной клетки миокарда желудочка
В ПД различают следующие фазы: деполяризации — фаза 0, быстрая
начальная реполяризация — фаза 1; медленная реполяризация, так на-
зываемое плато, — фаза 2; быстрая конечная реполяризация — 3, фаза
покоя — 4.
Фаза 0 в клетках миокарда предсердий, сердечных проводящих миоци-
тов (волокна Пуркинье) и миокарда желудочков имеет ту же природу, что
и восходящая фаза ПД нервных и скелетных мышечных волокон — она
обусловлена повышением натриевой проницаемости, т е. активацией бы-
стрых натриевых каналов клеточной мембраны. Во время пика ПД в клет-
ках миокарда желудочков происходит изменение знака мембранного по-
тенциала (с —90 до +30 мВ).
Деполяризация мембраны вызывает активацию медленных натрий-каль-
циеБых каналов. Поток ионов Са2+ внутрь клетки по этим каналам приво-
дит к развитию плато ПД (фаза 2). В период плато натриевые каналы
инактивируются и клетка находится в состояний" абсолютной рефрактер-
ности Вместе с тем происходит активация калиевых каналов. Выходящий
из клетки поток ионов К+ обеспечивает быструю реполяризацию мембра-
275
Рис. 6.3. Различные типы потенциалов действия кардиомиоцитов, коррелирован-
ные с временным ходом ЭКГ
А — конфигурация потенциалов действия кардиомиоцитов различных отделов сердца; СА —
синоатриальный узел, П — предсердие; АВ — атриовентрикулярный узел; АВП — атриовен-
трикулярный пучок (пучок Гиса); ПП и ЛП — правая и левая ножки пучка, Ж — желудочки,
1—6 — потенциалы действия клеток миокарда; 7 — ЭКГ
Б — потенциал действия одиночного кардиомиоцита; а — ПД желудочка. Стрелками показа-
ны преобладающие потоки Na+, Са2+, К+, ответственные за различные фазы (0—4) ПД; б —
авторитмическая активность синусно-предсердного (синоатриального) узла. Стрелками по-
казана медленная диастолическая деполяризация.
ны (фаза 5), во время которой кальциевые каналы закрываются, что уско-
ряет процесс рёПиляризацйИ? поскольку падает"входящий кальциевый ток,
деполяризующий мембрану.
В клетках рабочего миокарда предсердий и желудочков потенциал
покоя (в интервалах между следующими друг за другом ПД) поддержи-
вается на более или менее постоянном уровне. Однако в клетках синус-
но-предсердного узла, выполняющего роль внутрисердечного генератора
ритма, наблюдается спонтанная диастолическая деполяризация (рис. 6.3,
Eg), при достижении критического уровня которой (примерно —50 мВ)
возникает новый ПД. На этом механизме основана авторитмическая ак-
тивность указанных кардиомиоцитов.
Биоэлектрическая активность этих клеток имеет и другие важные осо-
бенности: 1) малую крутизну подъема ПД; 2) малую выраженность плато,
плавно переходящую в фазу быстрой реполяризации, во время которой
мембранный потенциал достигает уровня -60 мВ (вместо —90 мВ в рабо-
чем миокарде), после чего вновь начинается фаза медленной диастоличе-
ской деполяризации. Сходные черты имеет электрическая активность кле-
ток предсердно-желудочкового узла, однако скорость спонтанной диасто-
лической деполяризации у них значительно ниже, чем у клеток синус-
но-предсердного узла, соответственно ритм их потенциальной автоматиче-
ской активности меньше.
276
6.1.1.2. Функции проводящей системы сердца
Проводящая система выполняет две функции: она является внутрисер-
дечным генератором ритма сердца, что обеспечивает свойство автоматиз-
ма и проводит возбуждение в сердце, определяя последовательность со-
кращений предсердий и желудочков, а также синхронность сокращения
участков миокарда желудочков.
Генерация ритмических импульсов является результатом слаженной де-
ятельности многих клеток синусно-предсердного узла. Возникнув в синус-
но-предсердном узле, возбуждение распространяется по проводящей сис-
теме на сократительный миокард.
Существует так называемый градиент автоматизма, выражающийся в
убывающей способности к автоматизму различных участков проводящей
системы по мере их удаления от синуснр-предсердного узла, генерирую-
щего импульсы с частотой 60—80 в 1 мин.
В обычных условиях автоматизм всех нижерасположенных участков
проводящей системы подавляется более частыми импульсами, поступаю-
щими из синусно-предсердного узла. В случае поражения и выхода из
строя этого узла водителем ритма может стать предсердно-желудочковый
узел. Импульсы при этом будут возникать с частотой 40—50 в 1_мин. Если
окажется выключенным и этот узел, водителем ритма могут стать долркна
пррдс.ерпнр-жепудпчкпвпго пучка. Частота сердечных сокращений в этом
случае не превысит 30—40 в 1 мин. Если выйдут из строя и эти водители
ритма, то процесс возбуждения спонтанно может возникнуть в клетках во-
локон Пуркинье. Ритм сердца при этом будет очень редким — примерно
2Q в 1 мин.
Отличительной особенностью проводящей системы сердца является на-
личие в ее клетках большого количества межклеточных контактов — не-
ксусов. Эти контакты являются местом перехода возбуждения с одной
"клетки на другую- Такие же контакты имеются и между клетками проводя-
щей системы и рабочего миокарда. Благодаря наличию контактов мио-
кард, состоящий из отдельных клеток, работает как единое целое. Сущест-
вование большого количества межклеточных контактов увеличивает на-
дежность проведения возбуждения в миокарде.
Возникнув в синусно-предсердном узле, возбуждение распространяется
по предсердиям, достигая предсердно-желудочкового (атриовентрикуляр-
ный) узла. В сердце теплокровных животных существуют специальные
проводящие пути между синусно-предсердным и предсердно-желудочко-
вым узлами, а также между правым и левым предсердиями. Скорость рас-
пространения возбуждения в этих проводящих путях ненамного превосхо-
дит скорость распространения возбуждения по рабочему миокарду.
В предсердно-желудочковом узле благодаря небольшой толщине его мы-
шечных волокон и особому способу их соединения возникает некоторая
задержка проведения возбуждения. Вследствие задержки возбуждение до-
ходит до предсердно-желудочкового пучка и сердечных проводящих мио-
цитов (волокна Пуркинье) лишь после того, как мускулатура предсердий
успевает сократиться и перекачать кровь из предсердий в желудочки.
Следовательно, атриовентрикулярная задержка обеспечивает необходи-
мую последовательность (координация) сокращений предсердий и желу-
дочков.
Скорость распространения возбуждения в предсердно-желудочковом
пучке составляет I—Ц5 м/с, а в диффузно расположенных сердечных про-
277
водящих миозитах достигает 4J>—5 м/с, что в 5 раз больше скорости рас-
пространения возбуждения по рабочему (сократительному) миокарду. Бла-
годаря этому клетки миокарда желудочков вовлекаются в сокращение поч-
ти одновременно, т.е. синхронно. Синхронность сокращения клеток по-
вышает мощность миокарда и эффективность нагнетательной функции
желудочков. Если бы возбуждение проводилось не через предсердно-желу-
дочковый пучок, а по клеткам рабочего миокарда, то период асинхронного
сокращения продолжался бы значительно дольше, клетки миокарда вовле-
кались в сокращение не одновременно, а последовательно, и желудочки
потеряли до 50 % своей мощности.
6.1.1.3. Динамика возбудимости миокарда
и экстрасистола
ПД клеток миокарда_желудочков у человека при частоте сердцебиений
75 раз в 1 мин длится около 0,3 с. С момента возникновения ПД и до
конца его плато (во время фаз 0, 1 и 2) мембрана клетки_становится не-
восприимчивой к действию других раздражителей, т.е.'находится в абсо-
лютней -рефрактерности. Соотношения между потенциалом' действия
клетки миокарда,'сокращением мышцы желудочка и динамикой его воз-
будимости показаны на рис. 6.4. Различают период абсолютной рефрак-
терности (полная невозбудимость), который в миокарде человека про-
дол жается 0,27 с; период относительной рефрактерности, во^ время ко-
торого сердечная мышца может ответить сокращением лишена очень си-
льныё раздражения (продолжается 0,03 с и соответствует фазе быстрой
реполяризации ПД), и период супернормальной возбудимости^-котра сер-
дечная мышца может отвечать сокращением на подпороговые раздра-
жения.
Сокрдщеш1е^<цгстола)-миокарда.продолжается дколоЛХс—что по вре-
мени примерно совпадает с общей рефрактерностью, представляющей
собой сумму абсолютной и„ртносительной рефрактерности. Сдедователь-
но/рттгериоде сокращения сердце неспособно реагировать на другие раз-
дражители. Наличие длительной рефрактерной фазы препятствует раз-
витию непрерывного укорочения (тетанус).сердечной мышцы, что приве-
ло бы к невозможности осуществления сердцем нагнетательной функ-
ции.
Раздражение, нанесенное на миокард в период расслабления (диасто-
ла), когда его возбудимость частично или полностью восстановлена, вызы-
вает внеочередное сокращение сердца — экстрасистолу. Если внеочеред-
ное возбуждение возникает в синусно-предсердном узле в тот момент,
когда рефрактерный период закончился, но очередной автоматический
импульс еще не появился, наступает раннее сокращение сердца — синусо-
вая экстрасистола. Пауза, следующая за такой экстрасистолой, длится та-
кое же время, как и обычная.
Внеочередное возбуждение, возникшее в миокарде желудочков, не от-
ражается на автоматизме синусно-предсердного узла. Этот узел своевре-
менно посылает очередной импульс, который достигает желудочков в тот
момент, когда они еще находятся в рефрактерном состоянии после экст-
расистолы, поэтому миокард желудочков не отвечает на очередной им-
пульс, поступающий из предсердия. Затем рефрактерный период желудоч-
ков кончается и они опять могут ответить на раздражение, но проходит
некоторое время, пока из синусно-предсердного узла придет следующий
278
Рис. 6.4. Соотношение между механо-
кардиограммой (а), потенциалом дейст-
вия кардиомиоцита желудочка (б) и ди-
намикой возбудимости миокарда желу-
дочка (в).
а — механокардиограмма; б — потенциал
действия: 0; 1; 2; 3; 4 — фазы потенциала
действия; в — динамика возбудимости: пун-
ктирной линией обозначена исходная возбу-
димость, 1 — абсолютная рефрактерность,
2 — относительная рефрактерность, 3 — су-
пернормальная возбудимость. Вертикальная
линия, проходящая через все кривые демон-
стрирует, что начало восстановления возбу-
димости [граница между абсолютной и от-
носительной рефрактерностью (кривая в)
соответствует началу фазы 3 потенциала
действия (кривая б) и началу диастолы
(кривая а)].
импульс. Таким образом, экстрасистола, вызванная возбуждением, воз-
никшим в одном из желудочков (желудочковая экстрасистола), приводит к
продолжительной, так называемой компенсаторной паузе желудочков при
неизменном ритме работы предсердий.
У человека экстрасистолы могут появиться при наличии очагов раз-
дражения в самом миокарде, в области предсердного или желудочковых
водителей ритма. Экстрасистолы могут возникать в результате влияний,
поступающих к сердцу из ЦНС. Наличие или отсутствие экстрасистол,
а также их характер определяются при регистрации электрокардио-
граммы.
Трепетание и мерцание сердца. В патологии можно наблюдать своеоб-
разное состояние мышцы предсердий или желудочков сердца, называемое
трепетанием и мерцанием (фибрилляция). При этом происходят чрезвы-
чайно частые и асинхронные сокращения мышечных волокон предсердий
или желудочков — до 400 (при трепетании) и до 600 (при мерцании) в
1 мин. Главным отличительным признаком фибрилляции служит неодно-
временность сокращений отдельных мышечных волокон данного отдела
сердца. При таком сокращении мышцы предсердий или желудочков не
могут осуществлять нагнетание крови. У человека фибрилляция желудоч-
ков, как правило, смертельна, если немедленно не принять меры для ее
прекращения. Наиболее эффективным способом прекращения фибрилля-
ции желудочков является воздействие сильным (напряжение в несколько
киловольт) ударом электрического тока, по-видимому, вызывающим од-
новременно возбуждение мышечных волокон желудочка, после чего вос-
станавливается синхронность их сокращений.
279
б. 1.1.4. Электрокардиограмма
Охват возбуждением огромного количества клеток рабочего миокарда
вызывает появление отрицательного заряда на поверхности этих клеток.
Сердце становится электрогенератором. Ткани тела обладают сравнитель-
но высокой электропроводностью, что позволяет регистрировать электри-
ческие потенциалы сердца с поверхности тела. Такая методика исследова-
ния электрической активности сердца, введенная в практику В. Эйнтхове-
ном, А.Ф. Самойловым, Т. Льюисом, В.Ф. Зелениным и др., получила на-
звание электрокардиографии, а регистрируемая с ее помощью кривая на-
зывается электрокардиограммой (ЭКГ). Электрокардиография широко
применяется в медицине как диагностический метод, позволяющий оце-
нить динамику распространения возбуждения в сердце и'судить о наруше-
ниях сердечной деятельности.
В настоящее время пользуются специальными приборами — электро-
кардиографами. Запись кривых производят на движущейся бумажной лен-
те. Разработаны также приборы, при помощи которых записывают ЭКГ на
расстоянии от обследуемого. Эти приборы — телеэлектрокардиографы —
основаны на принципе передачи ЭКГ с помощью радиосвязи. Таким спо-
собом регистрируют ЭКГ у спортсменов во время соревнований, у космо-
навтов в космическом полете и др. Созданы установки для передачи элек-
трических потенциалов, возникающих при деятельности сердца, по теле-
фону, сети Интернет и др.
Вследствие определенного положения сердца в грудной клетке и свое-
образной формы тела человека электрические силовые линии, возникаю-
щие между возбужденными и невозбужденными участками сердца, рас-
пределяются по поверхности тела неравномерно. По этой причине в зави-
симости от места приложения электродов форма ЭКГ и вольтаж ее зубцов
будут различны. Для регистрации ЭКГ производят отведение потенциалов
от конечностей и поверхности грудной клетки. Обычно используют три
так называемых стандартных отведения от конечностей: I отведение: пра-
вая рука — левая рука; II отведение: правая рука — левая нога; III отведе-
ние: левая рука — левая нога (рис. 6.5). Кроме того, регистрируют три
униполярных усиленных отведения по Гольдбергеру: aVR; aVL; aVF. При
регистрации усиленных отведений два электрода, используемые для реги-
страции стандартных отведений, объединяются в один и регистрируется
разность потенциалов между объединенными и активным электродами.
Так, при aVR активным является электрод, наложенный на правую руку,
при aVL — на левую руку, при aVF — на левую ногу.
Вильсоном предложена регистрация шести грудных отведений. Для от-
ведения потенциалов от грудной клетки рекомендуют прикладывать пер-
вый электрод к одной из шести точек на передней поверхности грудной
клетки. Вторым электродом служат три соединенных вместе электрода,
наложенных на обе руки и левую ногу. В этом случае форма ЭКГ отражает
электрические изменения только на участке приложения грудного элект-
рода. Объединенный электрод, приложенный к трем конечностям, являет-
ся индифферентным, ил!Г<<нулевым», так как его потенциал не изменяется
на протяжении всего сердечного цикла. Такие электрокардиографические
отведения называются униполярными, или 'однополюсными. Эти отведения
обозначают латинской буквой V (V], V2 и др.).
Взаимоотношение амплитуды зубцов в трех стандартных отведениях
было установлено Эйнтховеном. Он нашел, что электродвижущая сила
сердца, регистрируемая во II стандартном отведении, равна сумме элект-
280
Рис. 6.5. Положение электродов при стандартных отведениях электрокардиограм-
мы (1—III) и конфигурация зубцов ЭКГ при этих отведениях.
родвижуших сил в I и III отведениях. Выражением электродвижущей силы
является высота зубцов, поэтому зубцы II отведения по своей величине
равны алгебраической сумме зубцов I и III отведения.
Нормальная ЭКГ человека, полученная во II стандартном отведении,
приведена на рис. 6.6. При анализе ЭКГ определяют амплитуду зубцов в
мВ (mV), время их протекания в секундах, длительность сегментов — уча-
стков изопотенциальной линии между соседними зубцами и интервалов,
включающих в себя зубец и прилегающий к нему сегмент.
Формирование ЭКГ (ее зубцов и интервалов) обусловлено распростра-
нением возбуждения в сердце и отображает этот процесс. Зубцы возника-
ют и развиваются, когда между участками возбудимой системы имеется
разность потенциалов, т.е. какая-то часть системы охвачена возбуждени-
ем, а другая нет. Изопотенциальная линия возникает в случае, когда в
пределах возбудимой системы нет разности потенциалов, т.е. вся система
не возбуждена или, наоборот, охвачена возбуждением. С позиций электро-
кардиологии сердце состоит из двух возбудимых систем — двух мышц:
мышцы предсердий и мышцы желудочков. Эти две мышцы разделены со-
единительнотканной фиброзной перегородкой. Связь между двумя мыш-
цами и передачу возбуждения осуществляет проводящая система сердца.
В силу того что мышечная масса проводящей системы мала, генерируемые
281
Рис. 6.6. Амплитудно-временные параметры электрокардиограммы во II стандарт-
ном отведении
в ней потенциалы при обычных усилениях стандартных электрокардиогра-
фов не улавливаются. Следовательно, зарегистрированная ЭКГ отражает
последовательный охват возбуждением сократительного миокарда пред-
сердий и желудочков
Зубец Р отображает охват возбуждением предсердий, называется пред-
сердным Далее возбуждение распространяется на предсердно-желудочко-
вый узел и движется по проводящей системе желудочков В- это время
электрокардиограф регистрирует изопотенциальную линию (оба предсер-
дия полностью возбуждены, оба желудочка еще не возбуждены, а движе-
ние возбуждения по проводящей системе желудочков не улавливается
электрокардиографом — сегмент PQ на ЭКГ).
В предсердиях возбуждение распространяется преимущественно по со-
кратительному миокарду лавинообразно от синусно-предсердной-к пред-
сердно-желудочковой области. Скорость распространения возбуждения по
специализированным внутрипредсердным пучкам в норме примернсГравна
скдрости'распространения по сократительному миокарду-предсердия, по-
этому охват возбуждением предсердий отображается монофазным зубцом
/г-Охват_врзбужденисм желудочков-осуществляется посредством передачи
возбуждения с элементов проводящей системы на сократительный мио-
кард, что^обусловливает сложный характер комллексй~^7?5Готражающего
охват возбуждением желудочков. При этом зубец Q обусловлен-возбужде-
нием верхушки серлпа. .правой сосочковой йыпгцьги внутреннего слоя
миокарда желудочков^ зубец R — возбуждением основания сердца и на-
ружного слоя миокарда желудочков. Процесс полного охваТЦвбзбуждени-
ем миокарда желудочков завершается к окончанию формирования зубца S
Теперь оба желудочка возбуждены, и сегмент ST находится на изопотен-
циал ьной линии вследствие отсутствия разности пдтенЦиаловТГ возбуди-
мои системе желудочков.
Зубец Т отражает процессы реполяризации, те восстановление мемб-
ранного потенциала клеток миокарда. Эти процессы в различных клетках
возникают не строго синхронно Вследствие этого появляется разность по-
тенциалов между еще деполяризованными участками миокарда и участка-
ми миокарда, восстановившими положительный заряд на поверхности
кардиомиоцитов, что регистрируется в виде зубца Т Этот зубец самая
изменчивая часть ЭКГ. Между зубцом Т и последующим зубцом Р решет -
282
рируется-изопотенннальная-диния, так как в это время в миокарде желу-
дочков и в миокарде—предсердий нет разности потенциалов Видимого
отображения ня ^>кТ_луБца_ соответствующегоредоляризации предсердии,
нет в связи с тем, что он _пр времени совпадает с мощным комплексом
QRS и поглощается им При поперечной блокаде сердца, когда неважный
зубец F сопровождается комплексом QRS, наблюдается предсердный зубец
Та (Г-атриум), отображающий реполяризацию предсердий.
Общая продолжительность электрической систолы желудочков (Q—T)
почти совпадает с длительностью механической систолы (механическая си-
стола начинается несколько позже, чем электрическая).
Электрокардиограмма позволяет оценить характер нарушений проведе-
ния возбуждения "в" сердце Так, по величине интервала P—Q (от начала
зубца Р и до начала зубца Q) можно судить о том, совершается ли прове-
дение возбуждения от предсердий к желудочкам с нормальной скоростью.
В норме это время равно 0.12—0?2~с~О1ш1аядтродолжительность комплек-
са QITS отражает время охвата возбуждением сократительного миокарда
желудочков и составляет 0,06—0,1 с.
Возможности обычной электрокардиографии значительно расширяются
при непрерывной регистрации биоэлектрической активности сердца на
протяжении суток и более в условиях обычной бытовой и трудовой актив-
ности человека (холтеровское мониторирование электрокардиограммы).
Запись электрокардиограммы осуществляется на магнитную ленту или
цифровым способом с помощью портативного регистратора, который об-
следуемый носит с собой Последующий ускоренный компьютерный, а
при необходимости и визуальный, анализ электрокардиограммы дает ин-
формацию об изменениях сердечного ритма и проводимости, положения
сегмента S—T. При мониторировании, а также при записи ЭКГ во время
движений человека (например, во время физической работы на велоэрго-
метре) используют отведение по Небу При этом отведении электрод для
правой руки фиксируют у места прикрепления второго ребра к грудине
(справа) Электрод для левой руки закрепляют по заднеаксиллярной
линии на высоте верхушечного сердечного толчка. Электрод для левой
ноги — непосредственно в области верхушки сердца.
Внутрисердечное электрофизиологическое исследование сердца выполня-
ется в условиях рентгенооперационной. Через бедренную и подключич-
ную вены в полости сердца обычно вводят 4 зонда-электрода для эндо-
кардиальной электростимуляции и регистрации внутрисердечных элект-
рограмм Одновременно используется обычная поверхностная электро-
кардиография. Методика позволяет регистрировать электрограммы пра-
вого предсердия, правого желудочка, пучка Гиса, оценивать ретроград-
ную проводимость через атриовентрикулярный узел, по проводящей сис-
теме сердца, измерять рефрактерные периоды различных участков право-
го предсердия, правого желудочка и др. Несколько менее информатив-
ной, но и менее травматичной является электростимуляция предсердий и
регистрация электрограмм отдельных участков сердца посредством элект-
родов вмонтированных в пищеводный зонд (чреспищеводная электрости-
муляция)
Изменение ритма сердечной деятельности. Электрокардиография по-
зволяет детально, анализировать изменения сердечного ритма. В норме
частрта_сердечных сокращений в покое составляет 60—80 уд/мцн, при
более редком ритме — брадикардии — 40—50, а при более частом — тахи-
кардии -—-превышает 90—10Q и доходит до 150 и более ударов в I мин
Брадикардия часто регистрируется у спортсменов в состоянии покоя, а
283
тахикардия — при интенсивной мышечной работе и эмоциональном воз-
буждении
У молодых людей выражено регулярное изменение ритма сердечной дея-
тельности в связи с дыханием — дыхательная аритмия. Она состоит в том,
что в конце каждого выдоха частота сердечных сокращений урежается.
~ ЭТСГ не позволяет оценить нагнетательную функцию сердца. ПД клеток
миокарда представляют собой лишь пусковой механизм сокращения кар-
диомицитбв, включающий определенную последовательность внутрикле-
точных процессов, заканчивающихся укорочением миофибрилл. Эта цепь
последовательных процессов получила название сопряжения возбуждения и
сокращения,
6.1.2. Нагнетательная функция сердца
Сердце нагнетает кровь в сосудистую систему благодаря периодическо-
му синхронному сокращению мышечных клеток, составляющих миокард
предсердий и желудочков Сокращение миокарда вызывает повышение
давления крови и изгнание ее из камер сердца Вследствие наличия общих
слоев миокарда у обоих предсердий и у обоих желудочков и одновремен-
ного прихода возбуждения к клеткам миокарда по сердечным проводящим
миоцитам (волокнам Пуркинье) сокращение обоих предсердий, а затем и
обоих желудочков осуществляется одновременно.
Сокращение предсердий начинается в области устьев полых вен, вслед-
ствие чего устья сжимаются, поэтому кровь может двигаться только в од-
ном направлении — в желудочки через предсердно-желудочковые отвер-
стия. В этих отверстиях расположены клапаны. Во время диастолы желу-
дочков створки клапанов расходятся, клапаны раскрываются и пропуска-
ют кровь из предсердий в желудочки. В левом желудочке находщоя-девый
предсердно-желудочковый (двустворчатый, или митральный) клапан, в
правом — правый предсердно-желудочковый (трехстворчатый). При со-
кращении желудочков кровь устремляется в сторону предсердий и захло-
пывает створки клапанов. Открыванию створок в сторону предсердий пре-
пятствуют сухожильные нити, при помощи которых края створок при-
крепляются к сосочковым мышцам. Последние представляют собой выро-
сты внутреннего мышечного слоя стенки желудочков. Являясь частью ми-
окарда желудочков, сосочковые мышцы сокращаются вместе с ним, натя-
гивая сухожильные нити, которые, подобно вантам парусов, удерживают
створки клапанов
Повышение давления в желудочках при их сокращении приводит к изг-
нанию крови из левогб Желудочка — в аорту, а из правого желудочка в ле-
гочную артерию, В устьях аорты и легочной артерии имеются полулунные
клапаны — клапан аорты и клапан легочного ствола соответственно."Каж-
дый из них состоит из трех лепестков, прикрепленных наподобие наклад-
ных карманов к внутренней поверхности указанных артериальных сосу-
дов При систоле желудочков выбрасываемая ими кровь прижимает эти
лепестки к внутренним стенкам сосудов. Во время диастолы кровь по гра-
диенту давления устремляется из аорты и легочной артерии обратно в же-
лудочки и при этом захлопывает лепестки клапанов. Эти клапаны могут
выдерживать большое давление; они не пропускают кровь из аорты и ле-
гочного ствола в желудочки
Во время диастолы предсердий и желудочков давление в камерах сердца
снижается, вследствие чего кровь начинает притекать из вен в предсердия
284
и далее через предсердно-желудочковые отверстия — в желудочки, в кото-
рых давление снижается до нуля и ниже
Наполнение сердца кровью. Поступление крови в сердце обусловлено
рядом причин. Первой из них является остаток движущей силы, созданной
предыдущим сокращением сердца О наличии этой остаточной силы свидете-
льствует то, что из периферического конца нижней полой вены, перере-
занной вблизи сердца, течет кровь, что было бы невозможно в случае,
если бы сила предыдущего сердечного сокращения была полностью израс-
ходована
Среднее давление крови в венах большого круга кровообращения равно
7 мм рт.ст В полостях сердца во время диастолы оно близко к нулю Гра-
диент давления, обеспечивающий приток венозной крови к сердцу, около
7 мКГрт? ст" Это величина очень небольшая, и поэтому любые препятствия
току венозной крови (например, легкое случайное сдавливание полых вен
во время хирургической операции) могут полностью прекратить доступ
крови к сердцу. Сердце нагнетает в артерии лишь ту кровь, которая прите-
кает к нему из вен, поэтому прекращение венозного притока немедленно
приводит к прекращению выброса крови в артериальную систему, паде-
нию артериального давления
Вторая причина притока крови к сердцу — сокращение скелетных мышц и
наблюдающееся при этом сдавливание вен конечностей и туловища В венах
имеются клапаны, пропускающие кровь только в одном направлении —
к сердцу. Периодическое сдавливание вен вызывает систематическую под-
качку крови к сердцу Этот так называемый мышечный насос обеспечива-
ет значительное увеличение притока венозной крови к сердцу, а значит, и
сердечного выброса при физической работе.
Третья причина поступления крови в сердце — присасывание ее грудной
клеткой, особенно во время вдоха Грудная клетка представляет собой гер-
метически закрытую полость, в которой вследствие эластической тяги лег-
ких существует отрицательное давление. В момент вдоха сокращение на-
ружных межреберных мышц и диафрагмы увеличивает эту полость: орга-
ну грудной полости, в частности полые вены, подвергаются растяжению и
давление в полых венах и предсердиях становится отрицательным. Имен-
но поэтому к ним сильнее притекает кровь с периферии.
Имеются данные о существовании механизма, непосредственно приса-
сывающего кровь в сердце Он состоит в том, что во время систолы желу-
дочков, когда укорачивается их продольный размер, предсердно-желудоч-
ковая перегородка оттягивается книзу, что вызывает расширение предсер-
дий и приток в них крови из полых вен Предполагают наличие и других
механизмов, активно доставляющих кровь в сердце. Наконец, определен-
ное значение имеет присасывающая сила__расслабляющихся желудочков,
которые? подобно отпущенной резиновой груше, восстанавливая свою
Форму во время диастолы, создают разрежение в полостях.
Во время диастолы в желудочки притекает более 70 % общего объема
крови Прй^сйстбле предсердий в желудочки подкачивается еще до 30 %
этого объема Таким образом, значение нагнетательной функции миокарда
предсердий для кровообращения сравнительно невелико. Предсердия яв-
ляются резервуаром для притекающей крови, легко изменяющим свою
вместимость благодаря небольшой толщине стенок. Объем этого резервуа-
ра может возрастать за счет наличия дополнительных емкостей — ушек
предсердий, напоминающих кисеты, способные при расправлении вмес-
тить значительные объемы крови.
285
6.1.2.1. Сердечный цикл
Сердечный цикл охватывает одно сокращение — систолу, и одно рас-
слабление — диастолу предсердий и желудочков. Сокращение сердца со-
провождается изменениями давления в его полостях и артериальных сосу-
дах, возникновением тонов сердца, появлением в сосудах пульсовых волн
и др При одновременной графической регистрации этих явлений можно
определить длительность периодов и фаз сердечного цикла.
Пример синхронной регистрации ряда процессов при деятельности
сердца представлен на рис 6 7 Кривые записаны при частоте сердечных
сокращений _75^ уд/мин В этом случае общая длительность сердечного
цикла равна 0,8 с, Сокращение сердца нач~йнается~с~систолы предсердий,
длящейся 0,1 с Давление в ппелсерлиях при этом поднимается до
5—8 мм pi. ст. Систола поепсерпий сменяется систолой желудочков про-
должительностью_0,33 с. Систола жедудочкав-разделяетея-йаигериадн.на-
пряжения и изгнания* "
Период напряжения длится 0,08 с и сострит ил двух фаз.
Фаза асинхронного сокращения миокарда желудочков длитс$Ц),05-г. Точ-
кой отсчета начала этой фазы служит зубец Q ЭКГ, свидетельствующий о
начале возбужденця_Л<елудочков В течение этой фазы процесс возбужде-
ния и “следующий за ним процесс сокращения распространяются по мио-
карду желудочков. Давление в желудочках еще близко к нулю. К кднцу
фазы сокращение охватывает все волокна миокарда, а давление вжелудоч-
ках" начинает быстро нарастать.
Фаза изометрического сокращения (0,03 с) начинается с захлопывания
створок предсердно-желудочковых (атриовентрикулярные) клапанов. При
этом возникает I, или систолический, тон сердца Смещение створок и
крови в сторону предсердий вызывает подъем давления в предсердиях. На
кривой регистрации давления в предсердиях виден небольшой зубец Дав-
ление в желудочках быстро нарастает до 70—80 мм рт. ст. в левом и до
15—20 мм рт. ст. в правом.
Створчатые и полулунные клапаны («вход» и «выход» из желудочков)
еще закрыты, объем крови в желудочках остается постоянным. Вследст-
вие того что жидкость практически несжимаема, длина волокон миокар-
да не изменяется, увеличивается только их напряжение. Стремительно
растет давление крови в желудочках К концу периода напряжения быст-
ро нарастающее давление в левом и правом желудочках становится выше
давления в аорте и легочном стволе, полулунные клапаны открываются и
кровь из желудочков устремляется в эти сосуды. Начинается период изг-
нания крови.
Период изгнания крови из желудочков длится 0,25 с и состоит из фазы
быстрого (0,12 с) и фазы медленного изгнания (0,13 с). Давление в желу-
дочках при этом нарастает в левом до 120—130 мм рт.ст., а в правом до
25 мм рт. ст. В конце фазы медленного изгнания миокард желудочков
начинает расслабляться, наступает его диастола (0,47 с). Давление в же-
лудочках падает, кровь из аорты и легочного ствола устремляется обрат-
но в полости желудочков и захлопывает,полулунные клапаны, при этом
возникает II, или диастолический, тон сердца.
Время от начала расслабления желудочков до захлопывания полулунных
клапанов называется протодиастолическим периодом (0,04 с). После захло-
пывания полулунных клапанов давление в желудочках продолжает снижа-
ться Створчатые клапаны в это время еще закрыты, объем крови, остав-
шейся в желудочках, а следовательно, и длина волокон миокарда не изме-
286
Рис. 6.7. Давление в правых (А) и
левых (Б) отделах сердца, тоны серд-
ца (В), объем левого желудочка (Г) и
электрокардиограмма (Д)
I—IV — тоны сердца, I — систола пред-
сердий, 2 — фаза асинхронного сокраще-
ния желудочков, 3 — фаза изометрическо-
го сокращения желудочков, 4 — период
изгнания, 5 — протодиастолический пе-
риод, 6 — период изометрического рас-
слабления желудочков, 7 — фаза быстрого
наполнения желудочков, 8 — фаза мед-
ленною наполнения желудочков
няются, поэтому данный период
назван периодом изометрического
расслабления (0,08 с) К концу его
давление в желудочках становится
ниже, чем в предсердиях, откры-
ваются предсердно-желудочковые
клапаны и кровь из предсердии
поступает в желудочки Начина-
ется период наполнения желудоч-
ков кровью, который длится 0,25 с
и делится на фазы быстрого
(0,08 с) и медленного (0,17 с) на-
полнения
Колебания стенок желудочков
вследствие быстрого притока кро-
ви к ним вызывают появление III
тона сердца К концу фазы мед-
ленного наполнения возникает
систола предсердий Предсердия
нагнетают в желудочки дополни-
тельное количество крови (пресис-
толический период, равный 0,1 с),
после чего начинается новый цикл
1 23 4 56 7 8
CTI
мм рт
40 -
20-
oL
Правый желудочек
Легочная артерия
Правое предсердие
деятельности желудочков
Последовательность отдельных фаз цикла деятельности желудочков мо-
жет быть представлена следующим образом
Систола желудочков — 0,33 с
Период напряжения — 0,08 с
Фаза асинхронного сокращения 0,05 с
Фаза изометрического сокращения 0,03 с
Период изгнания крови., / 0,25 с
Фаза быстрого изгнания , 0,12 с
Фаза медленного изгнания /Д 0,13 с
Jhj0 /
Диастола желудочков — 0,47 с
Период протодиастолический — 0,04 с
Период изометрического рас-
слабления — 0,08 с
Период наполнения кровью — 0,25 с
Фаза быстрого наполнения 0,08 с
Фаза медленного наполнения 0,17 с
Период пресистолический — 0,10 с
Для фазового анализа цикла сердечной деятельности у человека катетери-
зацию сердца обычно не проводят, а используют ряд неинвазивных методов,
в частности метод поликардиографии, основанный на синхронной регистра-
ции ЭКГ, фонокардиограммы (ФКГ) и сфигмограммы (СГ) сонной артерии
287
Рис. 6.8. Критерии разделения цикла
сердца на фазы. Объяснение в тексте.
(рис. 6.8). На синхронной записи
этих кривых по интервалу R—R
ЭКГ определяют продолжитель-
ность цикла (1), по интервалу от
начала зубца Q на ЭКГ до начала
II тона на ФКГ продолжитель-
ность систолы (2); по интервалу от
начала анакроты до инцизуры на
СГ продолжительность периода
изгнания (3); по разности между
продолжительностью систолы и
периода изгнания — период на-
пряжения (4); по интервалу между
началом зубца Q ЭКГ и началом I
тона ФКГ — период асинхронного
сокращения (5); по разнице между
продолжительностью периода на-
пряжения и фазы асинхронного
сокращения — фазу изометриче-
ского сокращения (6).
6.1.2.2. Сердечный выброс
Основной физиологической функцией сердца является нагнетание кро-
ви в сосудистую систему.
Количество крови, выбрасываемой желудочком сердца в 1 мин, являет-
ся однимТ^Тважнёйшйх показателей функционального состояния сердца и
называется минутным объемом, крови (МОК). Он одинаков для правого и
левого желудочков. Когда человек находится в состоянии покоя1 МОК со-
ставляет в среднем 4,5—5,0 л. Разделив минутный объем на число сокра-
щений сердца в 1 мин, можно вычислить систолический объем крови. При
ритме сердечных сокращений 70—75 уд/мин систолический объем равен
65—70 мл крови. Следует заметить, что в покое в систолу из._желудочков
изгоняется примерно"половина находящейся в них крови. Оставшаяся в
желудочках кровь составляет конечный систолический объем, являющийся
резервом, который может быть мобилизован при необходимости .быстрого
и значительного увеличения сердечного выброса.
Принято также рассчитывать величину сердечного индекса^ представля-
ющего собой отношение МОК в л/мин. к поверхности тела. Средняя'вели-
чина этого' показателя для «стандартного» мужчины равна 3 л/мин м2.
Минутный и систолический объем крови и сердечный индекс объединя-
ютс>Г общим понятием — сердечный выброс.
Наиболее точный способ определения__МОК у человека предложен Фиком
(1870). МОК вычисляют, зная разницу между содержанйем~кислорода-в-артериа-
льной и венозной крови и объем кислорода, потребляемого человеком в минуту.
Допустим, что в 1 мин через легкие в кровь поступило 400 мл кислорода, "и содер-
жание кислорода в артериальной крови на 8 об.% больше, чем в "венозной. Это
означает, что каждые 100 мл крови поглощают в легких 8 мл кислородаТСледова-
288
тельно, чтобы усвоить все количество кислорода, который поступил через легкие в
кровь за минуту (в нашем примере 400 мл), необходимо, чтобы через легкие про-
шло
100 400 сллл
-------= 5000 мл крови.
Это количество крови и составляет МОК.
При использовании метода Фика венозную кровь у человека берут из правой
половины сердца при помощи катетера, вводимого в правое предсердие через пле-
чевую вену. Метод Фика, являясь наиболее точным, не получил широкого распро-
странения в практике из-за технической сложности и трудоемкости (необходи-
мость катетеризации сердца, пунктирование артерии, определение газообмена).
Для определения МОК разработан ряд других методов. Многие из них основа-
ны на принципе разведения индикаторов, который состоит в том, что находят раз-
ведение и скорость циркуляции какого-либо вещества, введенного в вену. В на-
стоящее время широко применяют некоторые краски и радиоактивные вещества.
Введенное в вену вещество проходит через правые отделы сердца, малый круг кро-
вообращения, левые отделы сердца и поступает в артерии большого круга крово-
обращения, где и определяют его концентрацию. Сначала она волнообразно нара-
стает, затем падает. Через некоторое время, когда порция крови, содержавшая
максимальное количество вещества, вторично пройдет через левые отделы сердца,
его концентрация в артериальной крови вновь немного увеличивается (так назы-
ваемая волна рециркуляции) Замечают время от момента введения вещества до
начала рециркуляции и вычерчивают кривую разведения, т.е. изменения концент-
рации (нарастание и убыль) исследуемого вещества в крови. Зная количество ве-
щества, введенного в кровь и содержащегося в артериальной крови, а также вре-
мя, потребовавшееся на прохождение всего количества введенного вещества через
систему кровообращения, можно вычислить МОК в л/мин по формуле1
мок =
с т
где J — количество введенного вещества, мг; С — средняя концентрация вещест-
ва, вычисленная по кривой разведения, мг/л; Т — длительность первой волны
циркуляции, с.
Используют также метод интегральной реографии. Реография (импен-
дансография) — метод регистрации электрического сопротивления тканей
человеческого тела электрическому току, пропускаемому через тело. Что-
бьГнё вызвать повреждения тканей, используют токи сверхвысокой'часто-
ты и очень небольшой силы. Сопротивление крови значительно меньше
чем сопротивление тканей, поэтому увеличение кровенаполнения тканей
значительно снижает их электрическое сопротивление. Если регистриро-
вать суммарное электрическое сопротивление грудной клеткгГв несколь-
ких направлениях, то периодические резкие уменьшения его возникают i
момент выброса сердцем в аорту и легочный’ствол систолического объем;
крови. При этом величина уменьшения сопротивления пропорциональна
величине систолического выброса. Помня об этом и используя формулы
учитывающие размеры тела, особенности конституции и др., можно пс
реографическим кривым определить величину систолического объем;
крови, а умножив ее на ЧСС, получить величину МОК. В кардиохирурги
ческой практике для определения МОК используют методы оценки объ
емной скорости кровотока в аорте, так как через аорту протекает вес;
МОК, за исключением коронарного кровотока. Методы определения объ
емной скорости потока в сосудах (ультразвуковая и электромагнитна;
флоуметрия) описаны ниже.
28'
Сердечно-легочный препарат. Влияние различных условий на величину
систолического объема крови можно исследовать в остром опыте на сер-
дечно-легочном препарате. У животного большой круг кровообращения
заменяют искусственным. Венечное кровообращение, а также малый круг
кровообращения (через легкие) сохраняют неповрежденными. В аорту и
полую вену вводят канюли, которые соединяют с системой пластиковых
сосудов и трубок. Кровь, выбрасываемая левым желудочком в аорту, течет
по этой искусственной системе, поступает в полые вены, затем в правое
предсердие и правый желудочек. Отсюда она направляется в легочный
круг. Пройдя легкие, которые вентилируют аппаратом искусственного ды-
хания, кровь, обогащенная Oj и отдавшая СО2, так же как и в нормальных
условиях, возвращается в левый отдел сердца, откуда она вновь течет в ис-
кусственный большой круг кровообращения.
В остром опыте имеется возможность увеличивать или уменьшать при-
ток крови к правому предсердию, меняя сопротивление, встречаемое кро-
вью в искусственном большом круге кровообращения. Таким образом,
сердечно-легочный препарат позволяет по желанию изменять нагрузку на
сердце. Опыты с сердечно-легочным препаратом позволили Старлингу
установить «закон сердца» (закон Франка—Старлинга): при увеличении кро-
венаполнения сердца в диастолу и, следовательно, при увеличении растяже-
ния мышцы сердца сила сердечных сокращений возрастает. В условиях цело-
стного организма действие закона Франка — Старлинга ограничено влия-
нием других механизмов регуляции деятельности сердца.
6.1.2.3. Механические и звуковые проявления сердечной
деятельности
Сокращения сердца сопровождаются рядом механических и звуковых
проявлений, регистрируя которые можно получить представление о дина-
мике сокращения сердца. В пятом межреберье слева, на 1 см кнутри от
среднеключичной линии, в момент сокращения сердца ощущается верху-
шечный толчок.
В период диастолы сердце напоминает эллипсоид, ось которого направ-
лена сверху вниз и справа налево. При сокращении желудочков форма
сердца приближается к шару, при этом продольный диаметр сердца уме-
ньшается, а поперечный возрастает. Уплотненный миокард левого желу-
дочка касается внутренней поверхности грудной стенки. Одновременно
опущенная к диафрагме при диастоле верхушка сердца в момент систолы
приподнимается и ударяется о переднюю стенку грудной клетки. Все это
вызывает появление верхушечного толчка.
При работе сердца возникают звуки, которые называют тонами сердца.
При выслушивании (аускультация) тонов сердца на поверхности левой по-
ловины грудной клетки слышны два тона: I (систолический), II — в нача-
ле диастолы (диастолический). Тон I более протяжный и низкий, II — ко-
роткий и высокий.
Детальный анализ тонов сердца стал возможным благодаря примене-
нию электронной аппаратуры. Если к груди обследуемого приложить мик-
рофон, соединенный с усилителем и осциллографом, то можно зарегист-
рировать тоны сердца в виде кривых — фонокардиограммы (ФКГ). Эта
методика называется фонокардиографией.
Сужение отверстий между створками клапанов (стеноз) или неплотное
их смыкание (недостаточность) вызывает появление сердечных шумов, воз-
290
никающих вследствие вихреобразного (турбулентное) движения крови че-
рез отверстия клапанов. Эти шумы имеют важное диагностическое значе-
ние при поражениях клапанов сердца.
На ФКГ, помимо I и II тонов, регистрируются III и IV тоны сердца
(более тихие, чем I и II, поэтому неслышные при обычной аускультации).
Тон III возникает вследствие вибрации стенки желудочков при быст-
ром притоке крови в желудочки в начале их наполнения.
Тон IV имеет два компонента; первый из них возникает при сокраще-
нии миокарда предсердий и перемещении из них крови в желудочки, а
второй появляется в самом начале расслабления предсердий и падения
давления в них.
К внешним проявлениям деятельности сердца относят артериальный
пульс, характер которого отражает не только деятельность сердца, но и
функциональные состояния артериальной системы. Артериальный пульс
отражает ритм сердца, скорость изгнания крови левым желудочком и ве-
личину систолического объема, т.е. факторы, определяющие кинетиче-
скую энергию выброшенной сердцем крови. Это в какой-то мере позволя-
ет судить о силе сердечных сокращений.
6.1.2.4. Методы исследования функций сердца
При описании отдельных функций и параметров деятельности сердца
были приведены методы их оценки (электрокардиография для характери-
стики биоэлектрических явлений, фонокардиография — звуковых, пара-
метры сердечного выброса — нагнетательной функции и т.д.). Наряду с
этим существует ряд методов, позволяющих интегрально оценить ряд по-
казателей деятельности сердца в их взаимосвязи.
Эхокардиография (ультразвуковое исследование сердца) является неин-
вазивным (без внедрения в организм) методом исследования, позволяю-
щим оценивать форму, размеры и деятельность структур сердца.
Регистрация отраженных ультразвуковых колебаний (локация) в М-ре-
жиме (motion — движение) дает возможность получать характеристики
движущихся структур. Датчик эхокардиографа, работающего в таком ре-
жиме, позволяет получать отраженное изображение участков сердца по-
следовательно в различных направлениях с разверткой получаемых сигна-
лов во времени. Такая одномерная эхокардиография дает информацию о
функциональном состоянии левого желудочка и левого предсердия, мит-
рального, аортального и трикуспидального клапанов, восходящей аорты.
Метод позволяет измерить конечный систолический (КСР) и конечный
диастолический (КДР) размеры (внутренний диаметр) левого желудочка.
Нормальными считаются величины КДР 38—55 мм, а КСР — 22—40 мм.
Зная КДР и КСР, можно рассчитать степень укорочения переднезаднего
размера его полости(% Д S) по формуле:
% д S - >00.
КДг
Нормальные значения % Д S составляют 30—40 %.
Используя эти же показатели, удается определять объем полости левого
желудочка в конце систолы или диастолы:
V = —7,2 D3,
2,4 + D
291
где у/ — объем полости левого желудочка в конце систолы или диастолы;
9 _ соответственно конечный систолический или конечный диастоличе-
ский размер левого желудочка, 7,0 и 2,4 — коэффициенты.
Ударный объем (УО) определяют как разность между конечным диасто-
лическим (КДО) и конечным систолическим объемами (КСО):
УО = КДО - КСО.
В норме УО в покое варьирует от 60 до 80 мл, КДО — от 110 до 145 мл,
а КСО — от 45 до 75 мл.
При изгнании из желудочков поступает в сосудистую систему только
часть крови, находящейся в них при диастоле, составляющая УО. Его от-
ношение к конечному диастолическому объему обозначается как фракция
выброса (ФВ) и определяется по формуле:
ФВ левого желудочка отражает его нагнетательную функцию и в норме
колеблется от 55 до 75 %.
Для расчета массы миокарда левого желудочка (ММЛЖ) используют
формулу:
ММЛЖ = 1,04 [(ТЗС + ТМЖП + КДР)3 - КДР3] - 13,6,
где ТЗС — толщина задней стенки левого желудочка в диастолу; ТМЖП —
толщина межжелудочковой перегородки в диастолу; КДР — конечный
диастолический размер левого желудочка.
Поскольку ММЛЖ (в норме 100—190 г) находится в прямой зависимо-
сти от размеров тела, ее индексируют к площади тела, определяемой с по-
мощью номограммы по росту и массе тела человека. В норме индекс
ММЛЖ составляет 60—100 г/м2, причем у мужчин несколько больше, чем
у женщин.
Эхокардиография в В-режиме (двухмерная) выполняется посредством
перемещения датчика по поверхности грудной клетки. На экране осцилло-
скопа вследствие длительного послесвечения формируется непрерывное
двухмерное изображение структур сердца в реальном режиме времени
(секторальное сканирование). В этом случае визуализируются (становятся
видимыми на дисплее) движения клапанов, сокращение и расслабление
миокарда желудочков и предсердий. Таким способом можно получить
изображение в выбранной плоскости и обнаружить нарушения движения
стенки сердца (асинергии) в результате ишемии или рубцовых изменений.
В процессе двухмерной эхокардиографии при возможности используют
видеозапись получаемого изображения. В дальнейшем специальное
устройство позволяет установить, какой фазе сердечного цикла соответст-
вует «остановленная» картинка.
Двухмерная эхокардиография дает возможность повысить точность вы-
числения объемных параметров левого желудочка путем использования
более сложного дискового метода. Он предполагает многократное измере-
ние внутренних диаметров левого желудочка через равные небольшие про-
межутки вдоль продольной оси с последующим суммированием рассчиты-
ваемых объемов всех дисков, на которые искусственно разделяется по-
лость левого желудочка.
292
В современных аппаратах также используется эффект Допплера с при-
менением постоянных или импульсных ультразвуковых колебаний. При
этом подвергаются анализу изменения частоты посылаемого и принимае-
мого сигналов. Допплер-эхокардиография применяется для определения
скоростных параметров движения крови из предсердий в желудочки, дви-
жений клапанов, кровотока в магистральных сосудах.
Чреспищеводная эхокардиография по сравнению с обычной трансторака-
льной за счет использования датчика, вводимого в пищевод, позволяет
значительно улучшить визуализацию отдельных структур сердца. Она дает
возможность точнее оценивать состояние аорты, предсердий, легочной ар-
терии, а также характер кровотока (ламинарный или турбулентный) в про-
ксимальных отделах коронарных артерий.
На информативность эхокардиографии большое влияние оказывает
качество получаемого изображения. Почти в 10% случаев проведение
полноценного исследования невозможно из-за конституциональных осо-
бенностей или патологических состояний. В случае невозможности вы-
полнения эхокардиографии применяется магнитно-резонансная томогра-
фия (МРТ), основанная на оценке изменений электромагнитных колеба-
ний, возникающих при работе сердца. Она имеет наиболее высокую про-
странственную разрешающую способность, приблизительно равную
0,5—1 мм. При эхокардиографии этот показатель может достигать лишь
1—2 мм. Кроме возможностей, предоставляемых ультразвуковым иссле-
дованием сердца, МРТ позволяет более детально изучать регионарную
сократимость миокарда.
Полную информацию о состоянии системной и внутрисердечной гемо-
динамики, сократительной функции миокарда и его кровоснабжения уда-
ется получать с помощью таких неинвазивных радионуклидных методов ис-
следования, как радиокардиография, радионуклидная вентрикулография и
перфузионная сцинтиграфия.
Метод радиокардиографии основан на регистрации радиоактивности в
виде кривых в прекардиальной области после введения в кровоток испу-
скающих гамма-кванты препаратов. С помощью радиокардиографии мож-
но определять ударный и минутный объемы крови, массу циркулирующей
крови, объем крови, циркулирующей в легких, время кровотока в малом
круге кровообращения и ряд других производных показателей.
Радионуклидная вентрикулография основана на регистрации и компь-
ютерной обработке изменений радиоактивности левого желудочка во вре-
мя сердечного цикла. При этом визуализацию полостей сердца осуществ-
ляют с помощью гамма-камеры, используя короткоживущий нуклид 99тТс
(технеций) и меченные им соединения, в частности альбумин плазмы кро-
ви человека. Данный метод позволяет оценивать общую и локальную со-
кратимость левого желудочка в покое и при функциональных нагрузках.
6.13. Регуляция деятельности сердца
Сердце человека, непрерывно работая, даже при спокойном образе
жизни нагнетает в артериальную систему около 10 т крови в сутки, 4000 т
в год и около 300 000 т за 75 лет жизни. При этом сердце всегда точно реа-
гирует на потребности организма, поддерживая постоянно необходимый
уровень кровотока.
Приспособление деятельности сердца к изменяющимся потребностям
организма происходит при помощи ряда регуляторных механизмов. Часть
293
из них локализована в самом сердце — это внутрисердечные регуляторные
механизмы. К ним относятся внутриклеточные (миогенные) механизмы
регуляции, регуляция межклеточных взаимодействий и нервные механиз-
мы — внутрисердечные рефлексы. Вторая группа представляет собой
внесердечные экстракардиальные нервные и гуморальные регуляторные
механизмы
6.1.3.1. Внутрисердечные регуляторные механизмы
Внутриклеточные механизмы регуляции Электронная микроскопия
позволила установить, что миокард не является синцитием, а состоит из
отдельных клеток — миоцитов. В каждой клетке действуют механизмы
регуляции синтеза белков, обеспечивающих сохранение ее структуры
и функций. Скорость синтеза каждого из белков регулируется собствен-
ным ауторегуляторным механизмом, поддерживающим уровень воспро-
изводства данного белка в соответствии с интенсивностью его расходова-
ния.
При увеличении нагрузки на сердце (например, при регулярной мы-
шечной деятельности) синтез сократительных белков миокарда и структур,
обеспечивающих их деятельность, усиливается Появляется так называе-
мая рабочая (физиологическая) гипертрофия миокарда, часто наблюдаю-
щаяся у спортсменов
Внутриклеточные механизмы регуляции обеспечивают и изменение
интенсивности деятельности миокарда в соответствии с количеством
притекающий к сердцу крови. Этот механизм получил название «закон
сердца» (закон Франка—Старлинга); сила сокращения сердца (миокарда)-
пропорциональна степениего кровенаполнения в диастолу (степени рас -
тяжения). т.е исходной?д1диыс--е^-мъицечнь1х волокон Усиленный при-
ток "крови к сердцу в момент диастолы вызывает более сильное растяже-
ние миокарда. При этом внутри каждой миофибриллы актиновые нити в
большей степени^выдвигэти 1 ся МЗ-тоомежутков между миозиновыми ни-
тями" а значит, растет количество резервных мостиков.,.т.е. тех активных
центров, которые образуют соедйнёния~с миозиновыми нитями в момент
сокращения- Следовательно, чем больше растянута каждая, кдетка-мио-
карда во время диастолы, тем больше она сможет укоротиться ни время
систолы. ПсГэтой причине сердце перекачивает в артерия явную систему
то^едичестводфови, котороелтритекает к нему из вен. Лдкой тип мио-
геннещ-регуляции сократимости. миокарда получил название
(т е. зависимой от переменной величины — исходной длины Во-
лошин мИОкарда) регуляции Под_ай^«алея10ш<а«ш1 -понимают
изменение силы сокращений при немешпо^ ппине воло-
кон миокарда Это прежде всего ритмозависимые изменения силы сокра-
щен и ш Если стимулировать полоску миокарда при_ равном растяжении
со все увеличивающейся частотой, то можно наблюдать увеличение силы
каждого, последующего, сокращения («лестница» Боудича) В_качестве те-
ста на гомеометрическую регуляцию используют-также пробу Анрепа —
резкое увеличение" coiiротивления" выбросу крови из левого_желудрчка в
аорту. Это приводит "к увеличению в определенных границах силы сокра-
щений миокарда. ТГрй проведении пробы выделяют 2 фазы Вначале при
увеличении сопротивления выбросу крови растет конечный диастоличе-
ский объем и увеличение силы сокращений реализуется по гетерометри-
ческому механизму На втором этапе конечный диастолический объем
294
стабилизируется и возрастание силы сокращений определяется гомеомет-
рическим механизмом.
Регуляция межклеточных взаимодействий. Установлено, что вставочные
диски, соединяющие клетки миокарда, имеют различную структуру. Одни
участки вставочных дисков выполняют чисто механическую функцию,
другие обеспечивают транспорт через мембрану кардиомиоцита необходи-
мых ему веществ, третьи — нексусы, или тесные контакты, проводят воз-
буждение с клетки на клетку.
К. межклеточным взаимодействиям следует отнести и взаимоотношения
кардиомиоцитов с соединительнотканными клетками миокарда. Послед-
ние представляют собой не просто механическую опорную структуру. Они
поставляют для сократительных клеток миокарда ряд сложных высокомо-
лекулярных продуктов, необходимых для поддержания структуры и функ-
ции сократительных клеток Подобный тип межклеточных взаимодейст-
вий получил название креаторных связей.
Внутрисердечные периферические рефлексы. Более высокий уровень
внутриорганной регуляции деятельности серина пррдгтаалем -внутрисер-
дечными нервными механизмами В сердце возникают так называемые
периферические .рефлексы, дуга~кот6рых замыкается не в ЦНС, а в инт-
рамуральных ганглиях миокарда После гомотрансплантации сердца теп-
локровных животных и дегенерации всех нервных элементов экстракар-
диального происхождения “в сердце сохраняется и^функционирует вну-
триорганная нервнай_СИСТёма7 о'рганизованная по рефлекторному прин-
ципу^
В экспериментах показано, что увеличение растяжения миокарда пра-
вого предсердия (в естественных условиях оно возникает при увеличении
притока крови к сердцу) приводит к усилению сокращений миокарда ле-
вого желудочка. Таким образом, усиливаются сокращения не только того
"4 WU
отдела сердца, миокард которого непосредственно растягивается притека-
ю щей „кровью, нб2агдру1 их и । леттовг'чтоб,БГ~<<~б'свободить'место» притекаю-
щей крови и ускорить выброс ее в артериальную систему. Доказано, что
эти реакции осуществляются ^..помощью внутрисердечных перифериче-
ских. рефлексовДиИ. Косицкий).
В естественных условиях внутрисердечная нервная система не является
автономной. Она лишь низшее звено сложной иерархии нервных механиз-
мов, регулирующих деятельность сердца.
6.1.3.2. Внесердечные регуляторные механизмы
Нервная экстракардиальная регуляция осуществляется импульсами, по-
ступающими к сердцу из ЦНС по блуждающим и симпатическим нервам
(рис 6.9).
Подобно всем вегетативным нервам, сердечные образованы двумя
нейронами. Тела первых нейронов, отростки которые составляют блужда-
ющие нервы, (парасимпатический отдел автономной нервной системы),
Расположены в продолговатом мозге. Отростки этих нейронов заканчива-
ются в интрамуральных ганглиях сердца. Здесь находятся вторые нейро-
ны, отростки которых идут к проводящей системе, миокарду и коронар-
ным сосудам
Первые нейроны симпатической части автономной нервной системы, пе-
редающие импульсы_к сердцу, расположены в боковых рогах пяти, верхних
сегментов грудного отдела спинного мозга. Отростки этих нейронов за-
295
Рис. 6.9. Экстракардиальные
нервы сердца.
С — сердце; МО — продолгова-
тый мозг; С.1. — ядро, вызываю-
щее торможение деятельности
сердца; С.А. — ядро, вызываю-
щее учащение сердечной деятель-
ности; L.H. — боковой рог спин-
ного мозга; T.S. — симпатиче-
ский ствол; V — эфферентные
волокна блуждающего нерва;
D — нерв «депрессор» (аффе-
рентные волокна блуждающего
нерва); S — симпатические во-
локна; А — спинномозговые аф-
ферентные волокна; C.S. — каро-
тидный (сонный) синус; В — аф-
ферентные волокна от правого
предсердия и полой вены.
кацыиваются-в-шейных и верхних грудных симпатических узлах. В этих уз-
лах-находятся вторыв-цейроны, отростки которых и пут к сердцу. Большая
часть-симпатичееких нервных волокон, иннервирующих сердце, “отходит
от звездчатого узла.
Влияние на сердце блуждающих нервов описали бпатья Reftep (1R45).
Они установили,.что длительное непрерывное раздражение.зтих нервов
урежает сокращения сердца вплоть до полной его остановки в диастолу.
Это явление называется отрицательным хронотропным эффектом. Одно-
временно" отмечается "уменьшение силы "сокращений — отрицательный
инотропный эффект, понижение возбудимости мышцы сердца^зиарыца-
тельный батмотропный эффект, замедление проведения возбуждения в
сердце — отрицательный дромотропный эффект, падение скорости.нарас-
тания давления в фазу изометрического сокращения — отрицательный
клинотропный эффект.
Микроэлектродные отведения потенциалов от одиночных мышечных
волокон предсердий при раздражении блуждающего нерва показали уме-
ньшение скорости диастолической деполяризации, приводящую к уреже-
нию сердцебиений, а при сильном раздражении блуждающего нерва уве-
личение мембранного потенциала — гиперполяризацию, приводящую к
остановке сердца.
Пщ^дтродолжительном раздражении блуждающего нерва прекративши-
еся вначале сокращения сердца восстанавливаются, несмотря на продол-
жающееся раздражение. Это явление называют ускользанием сердца из-под
влияния блуждающего нерва.
Влияние на сердце симпатических нервов впервые было изучено братья-
ми Цион (1867), а затем И.П. Павловым. Братья Цион описали учащение
сердечной деятельности..при раздражении симпатических нервов сердца —
296
положительный хронотропный эффект: .соответствующие волокнаони на-
звали nn. accelcrantes cordis, (ускорители сердца).
При раздражении симпатических нервов ускоряется диастолическая де-
пгупяризяпия кпртри^— водителей ритма, что ведет к учашению.сердеимктх
сокращений.
Раздражение сердечных ветвей симпатического нерва увеличивает силу
сокращений сердца (положительный инотропный эффект), улучшает про-
ведение возбуждения в нем (положительныйфраиотропный эффект), повы-
шает возбудимость сердца (положительный батмотропный эффект), а так
же увеличивает скорость нарастания давления во время изометрического
сокращения — положительный клинотропный эффект. Влияние раздраже-
ния симпатического нерва наблюдается после большого латентного перио-
да (10 с и более) и продолжается еще долго после прекращения раздраже-
ния нерва.
И.П. Павлов (1887) обнаружил нервные волокна, раздражение которых
усиливает сердечные сокращения без заметного учащения-ритма (усцдива-
юищйлепв}.
Положительный инотропный эффект «усиливающего» нерва хорошо
виден при регистрации внутрижелудочкового давления электроманомет-
ром. Выраженное влияние «усиливающего» нерва на сократимость мио-
карда проявляется особенно при нарушениях сократимости. Одной из та-
ких крайних форм нарушения сократимости является альтернация сердеч-
ных сокращений, когда одно «нормальное» сокращение миокарда (в желу-
дочке развивается давление,_превышающеё давление в аорте «-осуществ-
ляется выброс крови из желудочка в аорту) чередуется со «слабым» сокра-
щением миокарда, при котором давление в желудочке в систолу не дости-
гает давления в аорте и выброса крови не происходит. «Усиливающий»
нерв не только усиливает обычные сокращения желудочков, но и устраня-
ет альтернацию, восстанавливая неэффективные сокращения до обычных
(рис. 6.10). По мнению^И.П. Павлова, эти волокна являются специально
трофическими, т.е. стимулирующими процессы обмена веществ.
Химический механизм передачи нервных импульсов в сердце. При-Раз-
дражении периферических отрезков блуждающих нервов в их окончаниях
в сердпе нылепяется япетипхлпим (АХ), а при раздражении_^ймпаТиче-
ских нервов — норадреналин. Этй вещества получили название медиато-
ров~-£~пёрелатчикпи нервныхллияний. Существование медиаторов было
показано Леви-(1921), Он раздражал блуждающий нерв изолированного
сердиОягушки, а затем переносил жидкость из этого сердца в другое,
тоже изолированное, но не подвергавшееся нервному влиянию — второе
сердце давало такую же реакцию (рис. 6.11). Эффект передачи нервного
влшшТЕГжидкой Средой наблюдается в аналогичном опыте и при раздра-
жении симпатического нерва (рис. 6.12). Следовательно, при, раздраже-
нии нервов первого сердца в питающую его жидкость переходит соответ-
ствующий медиатор. На нижних кривых можно видеть эффекты,Тьвыва-
емыё перенесенным раствором Рингера, находившимся в сердце во время
раздражения.
АХ, образующийся в окончаниях блуждающего нерва, быстро разруша-
ется_ферментом ацетилхолинэстеразой, присутствующим в Кфови и клет-
ках, поэтому оказывает только местное действие. Норадреналин разруша-
ется значительно медленнее, чем АХ, и потому действует дольше: Этим
объясняется то, что после прекращения раздражения симпатического нер-
ва в течение некоторого времени сохраняются учащение и усиление сер-
дечных сокращений.
297
Б
Рис. 6.10. Влияние «усиливающего» нерва на сердца (по В.М. Покровскому).
А — влияние «усиливающего» нерва на динамику сокращений сердца; Б — устранение «уси-
ливающим» нервом альтернации силы сокращений сердца; а — до раздражения; б — во вре-
мя раздражения нерва; 1 — ЭКГ; 2 — давление в аорте; 3 — давление в левом желудочке до
и во время раздражения нерва.
Полученные данные свидетельствуют о том, что при возбуждении наря-
ду с ^стговным^медтгаторнъ™^ в синаптическую щель,поступают
и ДРУгйеПойблбгически активные вещества, находящиеся в пресинаптиче-
ских терминалях и клетках проводящей системы, в частности пептиды.
Участие Регуляторных пептидов в реализации нервных влияний на сердце
обеспечивает избирательность и надежность'нервных^воздействий.
ПОЙ
I I 1 1 t I I I t I I I II 1 1_L LI I I I I 1 M 1 I I I 1 I 1 I 1 1 1 1 1 1 I I I 1 I ИНН 1 I I 1Щ
Рис. 6.11. Влияние раздражения блуждающего нерва на сердце лягушки.
А — запись сокращений изолированного сердца, под кривой — отметка раздражения блуж-
дающего нерва; Б — запись сокращений второго изолированного сердца. Стрелкой отмечен
момент переноса жидкости, питавшей сердце во время раздражения, во второе сердце.
Рис. 6.12. Влияние раздражения симпатического нерва на сердце лягушки.
А — резкое усиление и учащение сердечных сокращений при раздражении симпатического
нерва (отметка раздражения на нижней линии); Б — действие физиологического раствора,
взятого из первого сердца во время стимуляции симпатического нерва, на второе сердце, не
подвергавшееся раздражению.
6.1.3.3. Влияние центральной нервной системы
на деятельность сердца
Центры блуждающих и симпатических нервов, интегрируя рефлектор-
ные и нисходящие из высших отделов головного мозга влияния, форми-
руют сигналы, управляющие деятельностью сердца, в том числе опреде-
ляющие ритм его сокращений. Более высокая ступень иерархии структур
и механизмов, обеспечивающих регуляцию деятельности сердца, — цент-
ры гипоталамической области. При локальном раздражении некоторых
299
пунктов гипоталамуса получены изолированные реакции: изменение рит-
ма сердца, силы сокращений левого желудочка, степени расслабления ле-
вого желудочка и др. Гипоталамус представляет собой интегративный
центр, который может изменять параметры сердечной деятельности с
тем, чтобы обеспечить потребности организма при поведенческих реак-
циях, возникающих в ответ на изменение условий внешней и внутренней
среды.
Гипоталамус является лишь одним из уровней иерархии центров, регу-
лирующих деятельность сердца. Он обеспечивает перестройку функций
сердечно-сосудистой системы (и других систем) организма по сигналам,
поступающим из расположенных выше отделов мозга — лимбической сис-
темы и новой коры. Раздражение их наряду с двигательными реакциями
изменяет функции сердечно-сосудистой системы: АД, ЧСС и др.
Анатомическая близость и обилие связей в коре большого мозга цент-
ров, ответственных за возникновение двигательных и сердечно-сосуди-
стых реакций, способствует оптимальному вегетативному обеспечению
поведенческих реакций организма.
6.1.3,4. Рефлекторная регуляция
деятельности сердца
Рефлекторная регуляция деятельности сердца осуществляется при учас-
тии всех перечисленных отделов ЦНС. Рефлекторные изменения работы
сердца возникают при раздражении различных рецепторов. Особое значе-
ние в регупявыи работы сердца имеют рецепторы, расположенные вИеют-
торых участках сосудистой системы и возбуждающиеся при изменении
давления крови в сосудах или при воздействии гуморальных {химические)
раздражителей. Участки, где сосредоточены такие рецепторы, получили
название сосудистых рефлексогенных зон. Наиболее значительна роль реф-
лексогенных зон, расположенных в дуге аорты и в области .бифуркации
сонной артерии. Здесь находятся окончания центростремительных нервов,
раздражение которых-рефлекторно вызывает уоежение сердечных сокоа-
щений. Эти нервные окончания представляют собой механорецепторы. Ес-
тественным их раздражителем служит растяжение, сосудистой чтецки при
повышении давления в тех сосудах, где они расположеныГЧем вы_ше_дав-
ление -крови- в ддцупигтдй рефяеггогенной зоне, тем ^ащ8 афШеуёнтншг-
ИМпульбация.
Рефлекторные изменения сердечной деятельности вызываются раздра-
жением рецепторов и в кровеносных сосудах многих внутренних органов.
Например, при повышении давления-в-легочной артерии замедляется ра-
ботахердца
Обнаружены также рецепторы_леамом,сердце: эндокарде, миокарде и
эпикарде; их раздражение рефлекторно изменяет и работу сердца, и тонус
сосудов. -------
В правом предсердии и в устьях полых вен имеются механорецепторы,
реагирующие на растяжение (при повышении' давления в полостиТред-
сердия или в полых венах). Залпы афферентных импульсовш этих рецеп-
торов проходят по центростремительным волокнам блуждающих нервов к
группе нейронов ретикулярной формации ствола мозга, получивших на-
звание «сердечно-сосудистый центр». Афферентная стимуляция этих ней-
ронов приводит к активации нейронов симпатического отдела автономной
нервной системы и вызывает рефлекторное учащение сердечных сокраще-
300
ний. Импульсы, идущие в ЦНС от механорецепторов предсердий, ваиятлт
и на раооту других органов.
Классический пример вагусного рефлек£а_рписал в 60-х годах._дрошло-
го века Гольц: легкое поколачивание по желудку и кишечнику лягушки
вызывает остановку или замедление сокращений сердца. Остановка сердца
при ударе по передней брюшной стенке наблюдалась также у меловека.
Центростремительные пути этого рефлекса идут от желудка и кишечника
по чревному нерву в спинной мозг и по его восходящим путям достигают
ядер блуждающих нервов в продолговатом мозге. Отсюда начинаются цен-
тробежные пути, образованные ветвями блуждающих нервов, идущими к
сердцу. К числу вагусных рефлексов относится .также глазосердечный реф-
лекс Ашнера (урежение сердцебиений на 10—20 уд/мин при .надавливании
на глазные яблоки).
Рефлекторное учащение и усиление сердечной деятельности наблюда-
ются при болевых раздражениях и эмоциональных состояниях: ярости,
гневе, радости, а также при мышечной работе. Изменения сердечной дея-
тельности при этом вызываются импульсами, поступающими к сердцу по
симпатическим нервам.
6.1.3.5. Условнорефлекторная регуляция
деятельности сердца
Убедительные данные о наличии корковой регуляции деятельности сер-
дца получены экспериментально с помощью метода условных рефлексов.
Если какой-нибудь, например звуковой, раздражитель сочетать много-
кратно с надавливанием на глазные яблоки, вызывающим уменьшение
ЧСС, то затем один этот раздражитель вызывает урежение сердечной дея-
тельности.^ условный глазосердечный рефлекс.
Условнорефлекторные реакции лежат в основе тех явлений, которые
характеризуют так называемое предстартовое состояние спортсменов. Пе-
ред соревнованием у них наблюдаются изменения дыхания, обмена ве-
ществ, сердечной деятельности такого же характера, как и во время самого
соревнования. У конькобежцев на старте сердечный ритм увеличивается
на 22—35 уд/мин. Изменение ритма и силы сердечных сокращений можно
наблюдать у человека при одном упоминании или воспоминании о факто-
рах, вызывающих у него определенные эмоции.
Кора большого мозга обеспечивает приспособительные реакции орга-
низма не только к текущим, но и к. будущим событиям. По механизму
условных рефлексов сигналы, предвещающие наступление этих событий
или значительную вероятность их возникновения, могут вызвать пере-
стройку функций сердца и всей сердечно-сосудистой системы в той мере,
в какой это необходимо, чтобы обеспечить предстоящую деятельность ор-
ганизма.
При чрезвычайно сложных ситуациях (действие «чрезвычайных раздра-
жителей», по И.П. Павлову) возможны нарушения и срывы этих корковых
высших регуляторных механизмов (неврозы по И.П. Павлову). При этом
наряду с расстройствами поведенческих реакций и невротическими изме-
нениями психологического статуса человека могут появиться значитель-
ные нарушения деятельности сердца. В некоторых случаях эти нарушения
могут закрепиться по типу патологических условных рефлексов. При этом
нарушения сердечной деятельности могут возникнуть при действии одних
лишь условных сигналов.
301
6.1.3.6. Гуморальная регуляция деятельности
сердца
Изменения работы сердца наблюдаются при действии на него ряда био-
логически активных веществ, циркулирующих в крови.
Катехоламины (адреналин^ норадреналин) увеличивятпт сипу и учдшяют
ритм сердечных сокращений, що -имеет важноеЛиолоишеское-значение.
При физических, нагрузках или. ..эмоциональном напряжении мозговой
слой надпочечников выбрасывает в кровь большое кодичегтво- адренали-
на, что приводит дс_усидению сердечной деятельности, крайне необходи-
мому в данных условиях.
указанный эффект ъозникаегв-результате стимуляцшикатехоламинами
рецепторов миокарда, вызывающей активацию ..Фермента аденилатцикла-
зы.~ которая ускоряет образование 3'.5'-циклического аденозинмонофос-
(Ьата (цамф). Он активирует фосфорилазу, вызывающую расщепление
внутримышечного гликогена и.образование глюкозы (источника энергии
для сокращающегося миокарда). Помимо этого, катехоламины повышают
проницаемость клеточных мембран для ионов Са2+, способствуя, с одной
стороны, усилению поступления их из межклеточного пространства в
клетку, а с другой — мобилизации ионов Са2+ из внутриклеточных депо.
Активация аденилатциклазы отмечается в миокарде и при действии глюка-
гона — гормона, выделяемого А-клетками панкреатических островков, что
также вызывает положительный инотропный эффект.
Кардиотропный эффект других гормонов, как правило, носит не пря-
мой, а опосредованный характер. Положительное инотропное влияние на
сердце оказывают ангиотензин, кортикостероиды. Гормоны щитовидной
железы увеличивают ЧСС.
6.1.3.7. Интеграция механизмов регуляции
деятельности сердца
Описанные регуляторные системы сердца на внутрисердечном уровне
(клеточный и органный), выраженные влияния на него нервных и гумора-
льных факторов составляют в организме человека и животных единый ме-
ханизм, обеспечивающий адекватные реакции сердца на постоянно меня-
ющиеся условия. Для сердца, прекращение деятельности которого даже на
секунды ведет к потере сознания, а при продолжающейся остановке и к
гибели организма, наличие надежной системы сохранения и быстрого из-
менения параметров его деятельности приобретает особый смысл. Отме-
чая, что высокая надежность функционирования организма основана на
дублировании механизмов осуществления функций, Дж. Баркрофт писал:
«Меня всегда удивляет, что в организме имеется только одно сердце!».
Наиболее ярко взаимодействие многоуровневого каскада регуляторных
механизмов прослеживается при формировании ритма сердца.
Сложившиеся представления о механизмах формирования ритма серд-
ца состоят в следующем: ритм сердца рождается в самом органе в его спе-
циализированных структурах, обладающих способностью к автоматизму
(внутрисердечный генератор ритма); автономная нервная система оказы-
вает на ритм сердца корригирующее влияние, при котором симпатический
нерв учащает сердцебиения, парасимпатический — урежает. Эксперимен-
тальным обоснованием для таких представлений явились опыты с пере-
резкой и искусственной стимуляцией экстракардиальных (парасимпатиче-
ский и симпатический) нервов. Показано, что эффект обусловлен увели-
302
чением скорости спонтанной деполяризации клеток водителя ритма при
стимуляции симпатического нерва и, наоборот, уменьшением скорости
деполяризации под влиянием парасимпатического.
В последние годы получены данные, позволяющие критически переос-
мыслить факты и представления о механизмах формирования ритма сердца.
Так, классический феномен, наблюдаемый при стимуляции периферическо-
го конца блуждающего нерва, проявляющийся в урежении сердцебиений
вплоть до остановки сердца, нельзя считать адекватной моделью для понима-
ния процессов нервной регуляции ритма сердца. Прежде всего реакции рез-
кого торможения деятельности сердца не наблюдается в процессе естествен-
ной регуляции, при которой никогда не возбуждаются сразу все эфферент-
ные волокна блуждающего нерва, как при искусственной сверхпороговой
стимуляции нерва. С другой стороны, при искусственной стимуляции нерв
обычно раздражают непрерывным потоком импульсов, в естественных же
условиях по нерву идут импульсы, сгруппированные в «залпы» («пачки»).
Система новых научных фактов позволила сформулировать принципиа-
льно новые представления о механизме формирования ритма сердца в це-
лостном организме: наряду с существованием внутрисердечного генератора
ритма сердца имеется и генератор ритма сердца в ЦНС — в эфферентных
структурах сердечного центра продолговатого мозга. Возникающие там нер-
вные сигналы в форме «залпов» импульсов поступают к сердцу по блуждаю-
щим нервам и, взаимодействуя с внутрисердечными ритмогенными струк-
турами, вызывают генерацию возбуждения в сердце в точном соответствии
с частотой залпов (В.М. Покровский). Таким образом, по функционально-
му значению сигналы, приходящие из ЦНС, являются пусковыми — каж-
дый залп импульсов сопровождается одним сокращением сердца.
Факты, положенные в основу таких представлений, могут быть объеди-
нены в 2 группы. Первую группу составляют данные, полученные при ис-
кусственной стимуляции периферического конца перерезанного на шее
блуждающего нерва залпами импульсов. Вторую группу представляют
факты, полученные в наблюдениях, демонстрирующих возможность усво-
ения сердцем ритма залпов импульсов, сформированного в ЦНС.
При стимуляции периферического конца перерезанного блуждающего
нерва «залпами» импульсов, следовавших с постепенно возрастающей час-
тотой, ритм сердцебиений урежается. При этом, когда нарастающая часто-
та следования «залпов» становится равной частоте сердцебиений, наступа-
ет синхронизация вагусного и сердечного ритмов. Теперь сердце на каж-
дый «залп» импульсов отвечает отдельным сокращением, наступающим
через определенный промежуток времени. Для каждой характеристики
залпа существует соответствующий диапазон, в пределах границ которого
сердце воспроизводит поступающую по нерву частоту сигналов в форме
залпов импульсов (рис. 6.13).
Описанный феномен был исследован на многих видах животных (обе-
зьяны, кошки, кролики, собаки, белые крысы, морские свинки, нутрии,
голуби, утки, лягушки). Оказалось, что он воспроизводится у всех иссле-
дованных животных и подчиняется общим закономерностям, что свидете-
льствует о его общебиологической значимости.
Биоэлектрические механизмы реализации феномена управления ритмом сердца
изучались в экспериментах на животных с компьютерным картированием области
синоатриального узла. В 64 точках регистрировали биоэлектрическую активность,
и компьютер строил изохронную карту распространения возбуждения по синоат-
риальной области. Оказалось, что в исходном состоянии, а также при брадикар-
303
—^Лг>——|д—•——
2
Tft--------------------ГЛ----------------------«I------- 1
Trf--------------------------П7---------------------------rrr
-V
Рис. 6.13. Воспроизведение сердцем ритма стимуляции блуждающего нерва залпа-
ми импульсов.
а — до стимуляции нерва; б, в — соответственно верхняя и нижняя границы диапазона син-
хронизации. 1 — отметка стимуляции нерва залпами импульсов; 2 — электрокардиограмма,
регистрируемая при помощи биполярного электрода, находящегося на конце зонда, введен-
ного в правое предсердие (зубец Р усилен).
дии, вызванной традиционным раздражением блуждающего нерва, первоначаль-
ный очаг возбуждения определялся в форме точки и располагался под одним из
электродов. При феномене управления ритмом сердца, достигаемом залповой сти-
муляцией блуждающего нерва, очаг инициации возбуждения становился широким
и охватывал не 1, а 2—11 точек. Таким образом, электрофизиологическим марке-
ром факта воспроизведения сердцем ритма сигналов, поступающих по блуждаю-
щим нервам, явилось резкое расширение зоны одновременно возбуждающихся
элементов (зоны инициации возбуждения) в области синоатриального узла.
Эти факты свидетельствуют о существовании надежного общебиологического
феномена, проявляющегося в том, что при поступлении к синоатриальному узлу
залпов импульсов по блуждающему нерву в узле в ритме этих залпов генерируется
ритм сердца.
Для выяснения условий реализации обнаруженного феномена в целост-
ном организме были созданы приемы, которые позволили наблюдать фор-
мирование ритма сердца в организме посредством сигналов, генерирован-
ных в ЦНС и переданных к сердцу по блуждающим нервам.
Основой для этого послужила тесная связь центральных механизмов формирова-
ния ритма сердца и частоты дыхания (ЧД). Обычно человек и животные дышат су-
щественно реже, нежели сокращается сердце. В то же время дыхание среди всех ве-
гетативных функций обладает уникальной особенностью — возможностью произво-
льного управления. В целях создания заданной величины учашения ритма сердца
взрослым людям предлагалось дышать в такт миганиям лампочки фотостимулятора,
частота которых на 5—10 % превышала исходную частоту сердцебиений; через
20—30 сердечных циклов наступала синхронизация ЧД и ЧСС. При этом диапазон
304
управляемой ЧСС составил 10—20 синхронных кардиореспираторных циклов. Эти
синхронные с дыханием биения сердца явились результатом сигналов, пришедших
к сердцу по блуждающим нервам.
В эксперименте этот факт был проанализирован у животных.Так как у живот-
ных невозможно произвольное учащение дыхания, в опытах на собаках использо-
вали иную модель. У собак выражено учащение дыхания при перегревании. Для
получения тахипноэ животных помещали в термокамеру, температуру в которой
поддерживали на уровне 38 °C. Через 1,0—1,5 ч ЧД у собак достигала ЧСС,
и вскоре ритмы дыхания и сердцебиения синхронизировались при частоте около
180 уд/мин. Далее в ходе опытов ЧД могла увеличиваться или уменьшаться, что
приводило к синхронному изменению ЧСС. Ширина диапазона синхронной ЧСС
и ЧД составила 50 в 1 мин. Если во время синхронизации сердечного и дыхатель-
ного ритмов перерезали предварительно выведенный под кожу шеи блуждающий
нерв, то синхронизация прекращалась. Аналогичный эффект наблюдался при вве-
дении животному атропина, который нарушает передачу возбуждения с оконча-
ний блуждающего нерва на сердце.
Наблюдения на людях и эксперименты на животных показали, что при высокой
частоте возбуждения дыхательного центра происходит вовлечение в эту ритмику и
сердечных эфферентных нейронов в продолговатом мозге. Сигналы, сформиро-
ванные в форме залпов импульсов, поступают по блуждающим нервам к сердцу,
которое сокращается в ритме этих залпов.
Совершенно очевидно, что рассмотренные модели с синхронизацией
дыхательного и сердечного ритмов являются лишь способом демонстра-
ции скрытой, не выявляющейся при обычном наблюдении, возможности
формирования сердечного ритма за счет возникающих в центре дискрет-
ных сигналов, приходящих к сердцу по блуждающим нервам. В естествен-
ных условиях сердечные центры имеют собственную периодику.
В основу дальнейших исследований был положен синтез фактов, полученных в
острых опытах с картированием синоатриального узла, показавших, что электрофи-
зиологическим маркером воспроизведения сердцем ритма сигналов, поступающих
по блуждающим нервам, является резкое увеличение зоны инициации возбуждения
в синоатриальном узле, а также фактов, свидетельствующих о возможности форми-
рования сигналов в блуждающих нервах в строгом соответствии с ритмом дыха-
ния — факты выявления сердечно-дыхательного синхронизма у животных и человека.
После подшивания зонда с электродами над областью синоатриального узла в
хронических опытах на собаках посредством картирования устанавливалась область
инициации возбуждения в синоатриальном узле. Оказалось, что во время хирурги-
ческого вмешательства под наркозом очаг инициации возбуждения определяется од-
ной точкой. После выхода животного из наркоза и установления адекватных отно-
шений со средой (общение с персоналом, прием пищи и др.) очаг инициации рас-
ширился, что на основании предыдущих наблюдений позволило думать о включе-
нии центрального ритмовождения. Атропинизация животных или перерезка предва-
рительно выведенных под кожу блуждающих нервов, т.е. прекращение поступления
сигналов по ним, приводили к уменьшению зоны инициации возбуждения вновь до
одной точки. Тот факт, что резкое уменьшение зоны инициации возбуждения в си-
ноатриальном узле связано именно с прекращением в блуждающих нервах сигна-
лов, синхронных с сокращениями сердца, обнаружен также у этих животных при
сердечно-дыхательном синхронизме, вызванном термотахипноэ. Во время синхро-
низма зона инициации возбуждения в синоатриальном узле резко увеличивалась.
Картирование области синоатриального узла при становлении центра-
льного ритмовождения у человека полностью воспроизводит закономер-
ности, выявленные в хронических опытах на животных. На рис. 6.14 пред-
ставлены фрагменты картирования области синоатриального узла, выпол-
ненного с целью диагностики восстановления центрального ритмовожде-
ния сердца у человека, перенесшего кардиохирургическую операцию.
305
Рис. 6.14. Динамика оча-
га инициации возбужде-
ния в синоатриальном
узле сердца человека при
восстановлении центра-
льного ритмовождения
(объяснение в тексте).
Ориентиры расположения
крупных вен и отделов серд-
ца: НВП — нижняя полая
вена, ВПВ — верхняя полая
вена, ПЖ — правый желудо-
чек, ПУ — правое ушко.
От области синоатриального узла посредством зонда, несущего 6 платиновых
отводящих электродов, информация через аналогоцифровой преобразователь по-
ступала в компьютер, который, используя специальную программу, фиксировал
динамику очага инициации возбуждения в узле. Картирование, выполненное не-
посредственно после операции, выявило очаг инициации только под одним элект-
родом (рис. 6.14, а), что свидетельствовало о генерации возбуждения в синоатриа-
льном узле. На 2-е сутки очаг охватывал уже площадь между двумя электродами
(рис. 6.14, б), на 4-е сутки утром — тремя (рис. 6.14, в), днем — пятью (рис. 6.14,
г) и вечером — шестью электродами (рис. 6.14, д), что демонстрировало включе-
ние и становление центрального ритмовождения. Описанная динамика очага ини-
циации возбуждения коррелировала с восстановлением общего состояния пациен-
та и восстановлением возможности получения сердечно-дыхательного синхрониз-
ма при дыхании в такт мигания лампочки фотостимулятора.
Совокупность накопленных фактов свидетельствует о существовании
наряду с генератором ритма в самом сердце генератора ритма в ЦНС.
Внутрисердечный генератор является фактором жизнеобеспечения, сохра-
няя насосную функцию сердца тогда, когда ЦНС находится в состоянии
глубокого торможения. Центральный генератор организует адаптивные ре-
акции сердца в естественных регуляторных реакциях организма. Воспро-
изведение сердцем центрального ритма обеспечивается спецификой элект-
рофизиологических процессов во внутрисердечном пейсмекере. Наличие
двух уровней ритмогенеза обеспечивает надежность и функциональное со-
вершенство системы формирования ритма сердца.
6.1.4. Эндокринная функция сердца
Миоциты предсердий образуют атриопептид, или натрийуретический
гормон. Стимулируют секрецию этого гормона растяжение предсердий
притекающей кровью, изменение уровня натрия в крови, содержание в
крови вазопрессина, а также влияния экстракардиальных нервов. Натрий-
уретический гормон обладает широким спектром физиологической актив-
306
ности. Он повышает экскрецию почками ионов Na+ и СГ, подавляя их
реабсорбцию в канальцах нефронов. Повышение диуреза осуществляется
посредством увеличения клубочковой фильтрации и подавления реабсорб-
ции воды в канальцах. Натрийуретический гормон подавляет секрецию
ренина, ингибирует эффекты ангиотензина II и альдостерона. Натрийуре-
тический гормон расслабляет гладкие мышечные клетки мелких сосудов,
способствуя тем самым снижению артериального давления, а также глад-
кую мускулатуру кишечника.
6.2. ФУНКЦИИ СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ
6.2.1. Основные принципы гемодинамики.
Классификация сосудов
Гемодинамика описывает механизмы движения крови в сердечно-сосу-
дистой системе. Согласно законам гидродинамики, количество жидкости
(Q), протекающее через любую трубу, прямо пропорционально разности
давлений в начале (Pj) и в конце (Р2) трубы и обратно пропорционально
сопротивлению (R) току жидкости:
Если применить это уравнение к сосудистой системе, то следует иметь
в виду, что давление в конце данной системы, т.е. в месте впадения полых
вен в сердце, близко к нулю. В этом случае уравнение можно записать так:
где Q — количество крови, изгнанное сердцем в минуту; Р — величина
среднего давления в аорте; R — величина сосудистого сопротивления.
Из этого уравнения следует, что Р = Q • R, т.е. давление (Р) в устье аор-
ты прямо пропорционально объему крови, выбрасываемому сердцем в ар-
терии в 1 мин (Q) и величине периферического сопротивления (R). Давле-
ние в аорте (Р) и минутный объем крови (Q) можно измерить непосредст-
венно. Зная эти величины, вычисляют периферическое сопротивление —
важнейший показатель состояния сосудистой системы.
Периферическое сопротивление сосудистой системы складывается из
множества отдельных сопротивлений каждого сосуда. Любой из таких со-
судов можно уподобить трубке, сопротивление которой (R) определяется
по формуле Пуазейля:
R =
ЯГ4
где L — длина трубки; р — вязкость протекающей в ней жидкости; п — от-
ношение окружности к диаметру; г — радиус трубки.
Сосудистая система состоит из множества отдельных трубок, соединен-
ных параллельно и последовательно. При последовательном соединении
трубок их суммарное сопротивление равно сумме сопротивлений каждой
трубки:
R = R| + R2 + R3 + ... + Rn.
307
При параллельном соединении трубок их суммарное сопротивление
вычисляют по формуле:
7ri + ‘/я: + 7r3 + + 7ип
Точно определить сопротивление сосудов по этим формулам невозмож-
но, так как геометрия сосудов изменяется вследствие сокращения сосуди-
стых мышц. Вязкость крови также не является величиной постоянной.
Например, если кровь протекает через сосуд диаметром меньше 1 мм, вяз-
кость крови значительно уменьшается. Чем меньше диаметр сосуда, тем
меньше вязкость протекающей в нем крови. Это связано с тем, что в кро-
ви наряду с плазмой имеются форменные элементы, которые располага-
ются в центре потока. Пристеночный слой представляет собой плазму,
вязкость которой намного меньше вязкости цельной крови. Чем тоньше
сосуд, тем большую часть площади его поперечного сечения занимает
слой с минимальной вязкостью, что уменьшает общую величину вязкости
крови. Теоретический расчет сопротивления капилляров невозможен, так
как в норме открыта только часть капиллярного русла, остальные капил-
ляры являются резервными и открываются по мере усиления обмена ве-
ществ в тканях.
Из приведенных уравнений видно, что наибольшей величиной сопро-
тивления должен обладать капилляр, диаметр которого 5—7 мкм. Однако
вследствие того что огромное количество капилляров включено в сосуди-
стую сеть, по которой осуществляется ток крови, параллельно их суммар-
ное сопротивление меньше, чем суммарное сопротивление артериол.
Основное сопротивление току крови возникает в артериолах. Систему
мелких артерий и артериол называют сосудами сопротивления, или рези-
стивными сосудами.
Артериолы представляют собой тонкие сосуды (диаметр 15—70 мкм).
Стенка их содержит толстый слой циркулярно расположенных гладкомы-
шечных клеток, при сокращении которого просвет сосуда может значите-
льно уменьшаться. При этом резко повышается сопротивление артериол.
Изменение сопротивления артериол меняет уровень давления крови в ар-
териях. При увеличении сопротивления артериол отток крови из артерий
уменьшается и давление в них повышается. Снижение тонуса артериол
увеличивает отток крови из артерий, что приводит к уменьшению артериа-
льного давления. Наибольшим сопротивлением среди всех участков сосу-
дистой системы обладают именно артериолы, поэтому изменение их про-
света является главным регулятором уровня общего артериального давле-
ния. Артериолы — «краны сердечно-сосудистой системы» (И.М. Сеченов).
Открытие этих «кранов» увеличивает отток крови в капилляры соответст-
вующей области, улучшая местное кровообращение, а закрытие резко
ухудшает кровообращение данной сосудистой зоны.
Итак, артериолы играют двоякую роль: участвуют в поддержании необ-
ходимого организму уровня АД и в регуляции величины местного крово-
тока через тот или иной орган или ткань. Величина органного кровотока
соответствует потребности органа в кислороде и питательных веществах,
определяемой уровнем рабочей активности органа.
В работающем органе тонус артериол уменьшается, что обеспечивает
повышение притока крови. Чтобы АД при этом не снизилось, в других,
неработающих, органах тонус артериол повышается. Суммарная величина
общего периферического сопротивления и уровень артериального давле-
308
ния остаются примерно постоянными, несмотря на непрерывное перерас-
пределение крови между работающими и неработающими органами.
О сопротивлении в различных сосудах можно судить по разности давле-
ния крови в начале и в конце сосуда: чем выше сопротивление току крови,
тем большая сила затрачивается на ее продвижение по сосуду и, следова-
тельно, тем значительнее снижение давления на протяжении данного со-
суда. Как показывают прямые измерения давления крови в разных сосу-
дах, давление на протяжении крупных и средних артерий падает всего на
10 %, а в артериолах и капиллярах — на 85 %. Это означает, что 10 %
энергии, затрачиваемой желудочками на изгнание крови, расходуется на
продвижение крови в крупных и средних артериях, а 85 % — на продвиже-
ние крови в артериолах и капиллярах.
Зная объемную скорость кровотока (количество крови, протекающее
через поперечное сечение сосуда), измеряемую в миллилитрах в секунду,
можно рассчитать линейную скорость кровотока, которая выражается в
сантиметрах в секунду. Линейная скорость (V) отражает скорость продви-
жения частиц крови вдоль сосуда и равна объемной (Q), деленной на пло-
щадь поперечного сечения кровеносного сосуда:
Линейная скорость, вычисленная по этой формуле, есть средняя ско-
рость. В действительности линейная скорость различна для частиц крови,
продвигающихся в центре потока и у сосудистой стенки. В центре сосуда
линейная скорость максимальна, около стенки сосуда она минимальна в
связи с тем, что здесь особенно велико трение частиц крови о стенку.
Объем крови, протекающей в 1 мин через аорту или полые вены и че-
рез легочную артерию или легочные вены, одинаков. Отток крови от серд-
ца соответствует ее притоку. Из этого следует, что объем крови, протек-
ший в 1 мин через всю артериальную и всю венозную систему большого и
малого круга кровообращения, одинаков. При постоянном объеме крови,
протекающей через любое общее сечение сосудистой системы, линейная
скорость кровотока не может быть постоянной. Она зависит от общей ши-
рины данного отдела сосудистого русла. Это следует из уравнения, выра-
жающего соотношение линейной и объемной скорости: чем больше общая
площадь поперечного сечения сосудов, тем меньше линейная скорость
кровотока. В кровеносной системе самым узким местом является аорта.
При разветвлении артерий, несмотря на то что каждая ветвь сосуда уже
той, от которой она произошла, наблюдается увеличение просвета суммар-
ного русла, так как сумма просветов артериальных ветвей больше просвета
разветвившейся артерии. Наибольшее расширение русла отмечается в ка-
пиллярной сети: сумма просветов всех капилляров примерно в 500—600
раз больше просвета аорты. Соответственно этому кровь в капиллярах
движется в 500—600 раз медленнее, чем в аорте.
В венах линейная скорость кровотока снова возрастает, так как при
слиянии вен друг с другом суммарный просвет кровяного русла суживает-
ся. В полых венах линейная скорость кровотока достигает половины ско-
рости в аорте.
В связи с тем что кровь нагнетается сердцем отдельными порциями,
кровоток в артериях имеет пульсирующий характер, поэтому линейная и
объемная скорости непрерывно меняются: они максимальны в аорте и ле-
гочной артерии в момент систолы желудочков и уменьшаются во время
309
диастолы. В капиллярах и венах линейная скорость кровотока постоянна.
В превращении пульсирующего кровотока в постоянный имеют значение
свойства артериальной стенки.
Непрерывный ток крови по всей сосудистой системе обусловливают
выраженные упругие свойства аорты и крупных артерий. В сердечно-сосу-
дистой системе часть кинетической энергии, развиваемой сердцем во вре-
мя систолы, затрачивается на растяжение аорты и отходящих от нее круп-
ных артерий. Последние образуют эластическую, или компрессионную,
камеру, в которую поступает значительный объем крови, растягивающий
ее; при этом кинетическая энергия, развитая сердцем, переходит в энер-
гию эластического напряжения артериальных стенок. Когда систола за-
канчивается, растянутые стенки артерий стремятся спадаться и проталки-
вают кровь в капилляры, поддерживая кровоток во время диастолы.
С позиций функциональной значимости для системы кровообращения
сосуды подразделяют на несколько групп.
д Упруго-растяжимые — аорта с крупными артериями в большом круге
кровообращения, легочная артерия с ее ветвями — в малом круге, т.е. со-
суды эластического типа.
Д Сосуды сопротивления (резистивные сосуды) — артериолы, в том числе
и прекапиллярные сфинктеры, т.е. сосуды с хорошо выраженным мы-
шечным слоем.
Д Обменные (капилляры) — сосуды, обеспечивающие обмен газами и дру-
гими веществами между кровью и тканевой жидкостью.
Д Шунтирующие (артериовенозные анастомозы) — сосуды, обеспечиваю-
щие «сброс» крови из артериальной в венозную систему сосудов, минуя
капилляры.
Д Емкостные — вены, обладающие высокой растяжимостью. Благодаря
этому в венах содержится 75—80 % крови.
Процессы, обеспечивающие непрерывность циркуляции (кругооборот)
крови по системе последовательно соединенных сосудов, называют сис-
темной гемодинамикой. Процессы, протекающие в параллельно подклю-
ченных к аорте и полым венам сосудистых руслах, обеспечивающие кро-
воснабжение органов, называют регионарной, или органной гемодинамикой.
6.2.2. Движение крови по сосудам
6.2.2.1. Артериальное давление крови и периферическое
сопротивление
Артериальное давление (АД) является одним из ведущих параметров ге-
модинамики. Оно наиболее часто измеряется и служит предметом кор-
рекции в клинике.
Факторами, определяющими величину АД, являются объемная ско-
рость кровотока (ОСК) и величина общего периферического сопротивле-
ния сосудов (ОПСС). ОСК для сосудистой системы большого круга крово-
обращения является минутным объемом крови (МОК), нагнетаемым серд-
цем в аорту. ОПСС зависит от тонуса сосудов мышечного типа (преиму-
щественно артериол), определяющего их радиус, длины сосуда и вязкости
протекающей крови. Рассчитать ОПСС можно по упрощенной формуле:
W = В,
310
где W — ОПСС в дн/см2, р — среднее артериальное давление, I — сердеч-
ный индекс.
ОПСС может быть выражен также в условных единицах и рассчитан по
формуле:
w _ Ср. АД х поверхность тела
w “ дмо
где ДМО — должный минутный объем, который можно рассчитать по
формуле:
должный основной обмен
ДМО =--------422------------
Методы определения МОК и сердечного индекса даны в разделе 6.1.2.2.
Среднее значение общего периферического сопротивления для мужчин
19—22 лет составляет 289 • 104 дн/см2 (36,2 усл. ед.), для женщин того же
возраста — 310 104 дн/см2 (38,8 усл. ед). С возрастом периферическое со-
противление возрастает и у лиц обоего пола старше 70 лет составляет
380 104 дн/см2 (47,5 усл. ед.).
Способы измерения артериального давления. Давление в артериях у жи-
вотного, а иногда и у человека, измеряют путем введения в артерию стек-
лянной канюли или катетера, соединенного с манометром трубкой с жест-
кими стенками. Такой способ определения давления называют прямым
(инвазивный). Катетер и соединительную трубку заполняют раствором
противосвертывающего вещества, чтобы кровь в них не свертывалась.
Давление крови в артериях не является постоянным: оно непрерывно
колеблется в пределах некоторого среднего уровня. На кривой артериаль-
ного давления эти колебания имеют различный вид.
Волны первого порядка (пульсовые) — самые частые. Они синхронизиро-
ваны с сокращениями сердца. Во время каждой систолы порция крови по-
ступает в артерии и увеличивает их эластическое растяжение, при этом
давление в артериях повышается. Во время диастолы поступление крови
из желудочков в артериальную систему прекращается и происходит только
отток крови из крупных артерий: растяжение их стенок уменьшается и
давление снижается. Колебания давления, постепенно затухая, распро-
страняются от аорты и легочной артерии на все их разветвления. Наиболь-
шая величина давления в артериях (систолическое, или максимальное, дав-
ление) наблюдается во время прохождения вершины пульсовой волны, а
наименьшая (диастолическое, или минимальное, давление) — во время про-
хождения основания пульсовой волны. Разность между систолическим и
диастолическим давлением, т.е. амплитуда колебаний давления, называет-
ся пуйБсовым давлением. Онб~ создает волну первого порядка. Пульсовое
давление при прочих равных условиях пропорционально количеству кро-
ви, выбрасываемой сердцем при каждой систоле.
В мелких артериях пульсовое давление снижается и, следовательно,
разница между систолическим и диастолическим давлением уменьшается.
В артериолах и капиллярах пульсовые волны артериального давления от-
сутствуют.
Кроме систолического, диастолического и пульсового артериального
давления, определяют так называемое среднее артериальное давление. Оно
представляет собой ту среднюю величину давления, при которой в отсут-
ствие пульсовых колебаний наблюдается такой же гемодинамический эф-
фект, как и при естественном пульсирующем давлении крови, т.е. среднее
311
артериальное давление — это равнодействующая всех изменений давления
в сосудах.
Продолжительность понижения диастолического давления больше, чем
повышения систолического, поэтому среднее давление ближе к величине
диастолического давления. Среднее давление в одной и той же артерии
представляет собой более постоянную величину, а систолическое и диа-
столическое изменчивы.
Кроме пульсовых колебаний, на кривой АД наблюдаются волны второго
порядка, совпадающие с дыхательными движениями грудной клетки. По-
этому их называют дыхательными волнами: у человека вдох сопровождается
незначительным понижением, а выдох — повышением АД.
В некоторых случаях на кривой АД отмечаются волны третьего поряд-
ка. Это еще более редкие и плавные повышения и понижения давления,
каждое из которых охватывает несколько дыхательных волн. Указанные
волны обусловлены периодическими изменениями тонуса сосудодвигате-
льных центров. Они наблюдаются чаще всего при недостаточном снабже-
нии мозга кислородом, например при подъеме на высоту, после кровопо-
тери или отравлениях некоторыми ядами.
Кроме прямого, применяют косвенные, или бескровные, способы опре-
деления давления. Они основываются на измерении давления, которому
нужно подвергнуть стенку данного сосуда извне, чтобы прекратить по
нему ток крови. Для такого исследования применяют сфигмоманометр Ри-
ва-Роччи или тонометры. Обследуемому накладывают на плечо полую ре-
зиновую манжету, которая соединена с резиновой грушей, служащей для
нагнетания воздуха, и с манометром. При надувании манжета сдавливает
плечо, а манометр показывает величину этого давления. Для измерения
давления крови с помощью этого прибора, по предложению Н.С. Корот-
кова, выслушивают сосудистые тоны, возникающие в артерии к перифе-
рии от наложенной на плечо манжеты.
При движении крови в несдавленной артерии звуки отсутствуют. Если
давление в манжете поднять выше уровня систолического АД, то манжета
полностью сдавливает просвет артерии и кровоток в ней прекращается.
Звуки при этом также отсутствуют. Если теперь постепенно выпускать
воздух из манжеты (т.е. проводить декомпрессию), то в момент, когда дав-
ление в ней станет чуть ниже уровня систолического АД, кровь при про-
хождении по артерии вершины пульсовой волны преодолевает сдавленный
участок и прорывается за манжету. Удар о стенку артерии порции крови,
движущейся через сдавленный участок с большой скоростью и кинетиче-
ской энергией, порождает звук, слышимый ниже манжеты. Давление в
манжете, при котором появляются первые звуки в артерии, соответствует
моменту прохождения вершины пульсовой волны и характеризует величи-
ну максимального, т.е. систолического, давления. При дальнейшем сниже-
нии давления в манжете наступает момент, когда оно становится ниже
диастолического, кровь начинает проходить по артерии как во время вер-
шины, так и основания пульсовой волны. В этот момент звуки в артерии
ниже манжеты исчезают. Давление в манжете в момент исчезновения зву-
ков в артерии соответствует величине минимального, т.е. диастолическо-
го, давления. Величины давления в артерии, определенные по способу Ко-
роткова и зарегистрированные у этого же человека путем введения в арте-
рию катетера, соединенного с электроманомстром, существенно не отли-
чаются друг от друга.
В клинической практике АД определяют обычно в плечевой артерии.
У здоровых людей в возрасте 15—50 лет максимальное давление, измерен-
312
нос способом Короткова, составляет 110—125 мм рт. ст. В возрасте старше
50 лет оно, как правило, повышается.
У 60-летних максимальное давление равно в среднем 135—140 мм рт. ст.
У новорожденных максимальное АД 50 мм рт. ст., но уже через несколько
дней становится 70 мм рт. ст. и к концу 1-го месяца жизни — 80 мм рт. ст.
Минимальное АД у взрослых людей среднего возраста в плечевой арте-
рии в среднем равно 60—80 мм рт. ст., пульсовое — 35—50 мм рт. ст. а
среднее — 90—95 мм рт. ст.
При помощи сфигмоманометра Рива-Роччи можно измерить давление
посредством пальпации пульса лучевой артерии (способ Рива-Роччи). Для
этого в манжету, наложенную на плечо, нагнетают воздух до полного ис-
чезновения пульса. Понижая давление в манжете, улавливают момент по-
явления пульса — это соответствует максимальному давлению в артерии.
Минимальное давление этим способом точно определить не удается.
Мониторирование артериального давления — методика, позволяющая
многократно, через произвольно устанавливаемые промежутки времени
(чаще 30 мин), регистрировать его уровень с помощью портативной авто-
матической системы. В большинстве используемых для мониторирования
АД приборах применяется осциллометрический, в меньшей части — обыч-
ный аускультативный метод его регистрации. Анализ получаемых таким
способом результатов измерений, сохраняемых в блоке памяти аппарата,
позволяет определять суточный профиль АД в условиях обычной жизнеде-
ятельности человека, во сне и др.
Компенсационный способ регистрации артериального давления основан на
непрерывной оценке объема сосудов пальца методом фото плетизмографии.
Метод обеспечивает длительную непрерывную регистрацию АД, что ранее
было возможно только при прямом (кровавом) методе его определения. Не-
достатком такого способа является зависимость величины АД, особенно
диастолического, от вазоспастического состояния артерий пальца. Систо-
лическое АД молодых, как правило, завышается, а у пожилых занижается.
6.2.2.2. Артериальный пульс
Артериальным пульсом называют ритмические колебания стенки арте-
рии, обусловленные повышением давления в период систолы. Пульсацию
артерий можно легко обнаружить прикосновением к любой доступной
ощупыванию артерии: лучевой, височной, наружной артерии стопы и др.
Пульсовая волна, или колебательные изменения диаметра или объема
артериальных сосудов, обусловлена волной повышения давления, возни-
кающей в аорте в момент изгнания крови из желудочков. В это время дав-
ление в аорте резко повышается и стенка ее растягивается. Волна повы-
шенного давления и вызванные этим растяжением колебания сосудистой
стенки распространяются от аорты до артериол и капилляров, где пульсо-
вая волна гаснет.
Скорость распространения пульсовой волны не зависит от скорости
движения крови. Максимальная линейная скорость течения крови по ар-
териям не превышает 0,3—0,5 м/с, а скорость распространения пульсо-
вой волны у людей молодого и среднего возраста при нормальных АД и
эластичности сосудов равна в аорте 5,5—8,0 м/с, а в периферических ар-
териях — 6,0—9,5 м/с. С возрастом по мере понижения эластичности со-
судов скорость распространения пульсовой волны, особенно в аорте, уве-
личивается.
313
Методы регистрации и оценки пульса. Скорость пульсовой волны опре-
деляют посредством чрескожного допплеровского исследования. Для этого
одновременно регистрируют кровоток в дуге аорты и в бедренной артерии.
Затем рассчитывают среднее время задержки пульсовой волны (t) между
двумя точками регистрации за 10 сердечных сокращений. Расстояние (D),
пройденное пульсовой волной, измеряют по поверхности тела. Скорость
пульсовой волны рассчитывают как отношение D/t.
Для детального анализа отдельного пульсового колебания производят
его графическую регистрацию при помощи специальных приборов —
сфигмографов. В настоящее время для исследования пульса используют
датчики, преобразующие механические колебания сосудистой стенки в
электрические потенциалы, которые и регистрируют.
В пульсовой кривой (сфигмограмма) аорты и крупных артерий различают
две основные части — подъем и спад. Подъем кривой — анакрота — возни-
кает вследствие повышения АД и вызванного этим растяжения, которому
подвергаются стенки артерий под влиянием крови, выброшенной из сердца в
начале фазы изгнания. В конце систолы желудочка, когда давление в нем на-
чинает падать, происходит спад пульсовой кривой — катакрота. В тот мо-
мент, когда желудочек начинает расслабляться и давление в его полости ста-
новится ниже, чем в аорте, кровь, изгнанная в артериальную систему,
устремляется назад к желудочку; давление в артериях резко снижается и на
пульсовой .кривой крупных артериипоявляетсЙТЛУбокая выемка — HHWjypa,
Д вижение крови обратно к'сердцу встречает препятствие, Так как полулун-
ные клапаны под влиянием обратного тока крови закрываются и препятству-
ют поступлению ее в сердце. Волна крови отражается от клапанов и создает
вторичную волну повышения давления, вызывающую вновь растяжение ар-
териальных стенок. В результате на сфигмограмме появляется вторичная,
или дикротическая, волна. Крутизна нарастания катакроты и снижения ана-
кроты характеризует скорость пульса: при крутом подъеме и спаде пульс бы-
стрый, при пологом — медленный. Формы кривой пульса аорты и отходящих
непосредственно от нее крупных сосудов, так называемого центрального пу-
льса, и кривой пульса периферических артерий несколько различаются.
Исследование пульса, как пальпаторное, так и инструментальное, посред-
ством регистрации сфигмограммы дает ценную информацию о функциони-
ровании сердечно-сосудистой системы. Это исследование позволяет оценить
как сам факт наличия биений сердца, так и частоту его сокращений, ритм
(ритмичный или аритмичный пульс). Колебания ритма могут иметь и физио-
логический характер. Так, «дыхательная аритмия», проявляющаяся в увели-
чении частоты пульса на вдохе и уменьшении при выдохе, обычно выражена
у молодых людей. Напряжение (твердый или мягкий пульс) определяют при
пальпаторном исследовании по величине усилия, которое необходимо при-
ложить для того, чтобы пульс в дистальном участке артерии исчез. Напряже-
ние пульса в определенной мере отображает величину среднего АД.
6.2.2.3. Объемная скорость кровотока
Объемная скорость тока крови зависит от развития сосудистой сети в
данном органе и интенсивности обмена в нем. Величина кровотока в раз-
ных органах представлена в табл. 6.1.
При работе органов в них происходит расширение сосудов и, следова-
тельно, уменьшается сопротивление. Объемная скорость тока крови в со-
судах работающего органа увеличивается.
314
Таблица 6.1. Величина кровотока в органах
(на 100 г массы)
Орган Кровоток, мл/мин
Щитовидная железа 560
Почки 420
Печень 150
Сердце (коронарные сосуды) 85
Селезенка 70
Мозг 65
Кишечник 50
Желудок 35
Мышцы рук и ног (в покое) 2-3
Для измерения скорости кровотока в сосудах предложено несколько
методов. Один из современных методов — ультразвуковой: к артерии на
небольшом расстоянии-друг от. друга прикладывают две маленькие пьезо-
электрические пластинкик которые способны преобразовывать механиче-
ские колебания в электрические и обратно. На первую пластинку подают
электрическое напряжение высокой частоты. Оно преобразуется в ультра-
звуковые колебания, которые передаются с кровью на вторую пластинку,
воспринимаются ею-~и-преобразуются в высокочастотные электрические
колебания. Определив, как быстро распространяются ультразвуковые ко-
лебания по тбку-крбвй от первой пластинки ко второй и в обратном на-
правлении, т.е. против тока крови, можно рассчитать скорость кровотока.
Чем быстрее ток крови, тем быстрее будут распространяться ультразвуко-
вые колебания в одном направлении и медленнее — в противоположном.
Достаточно широкое распространение получил метод электромагнит-
ной флоуметрии. Он основан на принципе электромагнитнойиндукции.
Сосуд располагают между полюсами подковообразного магнита. Кровь,
являясь проводящей средой, двигаясь вдоль сосуда, пересекает магнитное
пбле и создает электродвижущую силу (ЭДС), которая направлена перпен-
дикулярно магнитному полю и движению крови. Величина ЭДС пропор-
циональна напряженности поля и скорости движения в нем крови. Вос-
принимает ЭДС датчик, выполненный в виде незамкнутого кольца, наде-
ваемого на сосуд. Измеряя ЭДС, определяют скорость движения крови.
Объемную скорость кровотока у человека в конечности можно опреде-
лить-яосредством плетизмографии. Методика состоит в регистрации изме-
нений объема~органа или части тела, зависящих от их кровенаполнения,
т.е. от разности между притоком крови по артериям и оттоком ее по ве-
нам. При плетизмографии конечность или ее часть заключают в жесткий
герметичный сосуд, соединенный с манометром для измерения малых ко-
лебаний давления. В случае изменения кровенаполнения конечности из-
меняется ее объем, что вызывает увеличение или уменьшение давления в
сосуде, в который помещена конечность; давление регистрируется мано-
метром и записывается в виде кривой - плетизмограммы. Для определения
объемной скорости кровотока в конечности на несколько секунд прерыва-
ют венозный отток, сжимая вены. Поскольку приток крови по артериям
продолжается, а венозного оттока нет, увеличение объема конечности со-
ответствует количеству притекающей крови. Такая методика получила на-
звание окклюзионной плетизмографии.
315
6.2.2.4. Движение крови в капиллярах. Микроциркуляция
Капилляры представляют собой тончайшие сосуды диаметром 5—7 мкм,
длиной 0,5— 1,1 мм. Эти сосуды пролегают в межклеточных пространствах,
сообщаясь с клетками органов и тканей организма посредством межклеточ-
ной жидкости. Суммарная длина всех капилляров тела человека составляет
около 100 000 км, т.е. нить, которой можно было бы 3 раза опоясать земной
шар по экватору. Физиологическое значение капилляров состоит в том, что
через их стенки осуществляется обмен веществ между кровью и тканями.
Стенки капилляров образованы только одним слоем клеток эндотелия,
снаружи которого находится тонкая соединительнотканная базальная мем-
брана.
Скорость кровотока в.капиллярах невелика — .0,5—1 мм/с. Таким образом,
каждая частица крови находится в капилляре примерноТс. Небольшая тол-
щина слоя крови (5—7 мкм) и тесный контакт его с клетками органов и тка-
ней, а также непрерывная смена крови в капиллярах обеспечивают возмож-
ность обмена веществ между кровью и тканевой (межклеточной) жидкостью.
В тканях, отличающихся интенсивным обменом веществ, число капил-
ляров на 1 мм2 поперечного сечения больше, чем в тканях, в которых об-
мен веществ менее интенсивный. Так, в сердце на 1 мм2 сечения в 2 раза
больше капилляров, чем в скелетной мышце. В сером веществе мозга, где
много клеточных элементов, капиллярная сеть значительно более густая,
чем в белом.
Различают два вида функционирующих капилляров. Одни из них обра-
зуют кратчайший путь между артериолами и венулами {магистральные ка-
пилляры). Другие представляют собой боковые ответвления от первых: они
отходят от артериального конца магистральных капилляров и впадают в их
венозный конец. Эти боковые ответвления образуют капиллярные сети.
Объемная и линейная скорости кровотока в магистральных капиллярах
больше, чем в боковых ответвлениях. Магистральные капилляры играют
важную роль в распределении крови в капиллярных сетях.
Давление крови в капиллярах можно измерить прямым способом: под
контролем микроскопа в капилляр вводят тончайшую канюлю, соединен-
ную с электроманометром. У человека давление на артериальном конце
капилляра равно 32 мм рт. ст., а на венозномьшлхешт., на вершине
петли капилляра ногтевого ложа — 24 мм рт. ст. В капиллярах почечных
клубочков давление достигает 65—70 мм рт. ст., а в капиллярах, оплетаю-
щих почечные канальцы, — всего 14—18 мм рт. ст. Невелико давление в
капиллярах легких — в среднем 6 мм рт. ст. Измерение капиллярного дав-
ления производят в положении тела, при котором капилляры исследуемой
области находятся на одном уровне с сердцем. В случае расширения арте-
риол давление в капиллярах повышается, а при сужении понижается.
В состоянии функционального покоя ткани кровь течет лишь в «дежур-
ных» капиллярах. Часть капилляров выключена из кровообращения. В пери-
од интенсивной деятельности органов (например, при сокращении мышц
или секреторной активности желез), когда обмен веществ в них усиливается,
количество функционирующих капилляров значительно возрастает.
Регулирование капиллярного кровотока нервной системой, влияние на
него физиологически активных веществ — гормонов и метаболитов — осу-
ществляются при воздействии их на артерии и артериолы. Сужение или
расширение артерий и артериол изменяет как количество функционирую-
щих капилляров, распределение крови в ветвящейся капиллярной сети,
так и состав крови, протекающей по капиллярам, т.е. соотношение эрит-
316
роцитов и плазмы. При этом общий кровоток через метартериолы и ка-
пилляры определяется сокращением гладких мышечных клеток артериол,
а степень сокращения прекапиллярных сфинктеров (гладкие мышечные
клетки, расположенные у устья капилляра при его отхождении от метарте-
риол) определяет, какая часть крови пройдет через истинные капилляры.
В некоторых участках тела, например в коже, легких и почках, имеются
непосредственные соединения артериол и венул — артериоло-венулярные
анастомозы. Это наиболее короткий путь между артериолами и венулами.
В обычных условиях анастомозы закрыты и кровь проходит через капил-
лярную сеть. Если анастомозы открываются, то часть крови может посту-
пать в вены, минуя капилляры.
Артериоло-венулярные анастомозы играют роль шунтов, регулирующих
капиллярное кровообращение. Примером этого является изменение ка-
пиллярного кровотока в коже при повышении (свыше 35 'С) или пониже-
нии (ниже 15 ’С) температуры окружающей среды. Анастомозы в коже от-
крываются, и устанавливается ток крови из артериол непосредственно в
вены, что играет большую роль в процессах терморегуляции.
Структурной и функциональной единицей кровотока в мелких сосудах
является сосудистый модуль — относительно обособленный в гемодинами-
ческом отношении комплекс микрососудов, снабжающий кровью опреде-
ленную клеточную популяцию органа. При этом имеет место специфич-
ность васкуляризации тканей различных органов, что проявляется в осо-
бенностях ветвления микрососудов, плотности капилляризации тканей
и др. Наличие модулей позволяет регулировать локальный кровоток в от-
дельных микроучастках тканей.
Микроциркуляция — собирательное понятие. Оно объединяет механизмы
кровотока в мелких сосудах и теснейшим образом связанный с кровото-
ком обмен водой и растворенными в ней газами и веществами между кро-
вью и тканевой жидкостью.
Специального рассмотрения заслуживают процессы обмена между кро-
вью и тканевой жидкостью. Через сосудистую систему за сутки проходит
8000—9000 л крови. Через стенку капилляров профильтровывается около
20 л жидкости и 18 л реабсорбируется в кровь. По лимфатическим сосудам
оттекает около 2 л жидкости. Закономерности, обусловливающие обмен
жидкости между капиллярами и тканевыми пространствами, были описа-
ны Старлингом. Гидростатическое давление крови в капиллярах (Ргк) яв-
ляется основной силой, направленной на перемещение жидкости из ка-
пилляров в ткани. Основной силой, удерживающей жидкость в капилляр-
ном русле, является онкотическое давление плазмы в капилляре (Рок).
Определенную роль играют также гидростатическое давление (Ргт) и он-
котическое давление тканевой жидкости (Рот).
На артериальном конце капилляра Ргк составляет 30—35 мм рт. ст., а на
венозном — 15—20 мм рт. ст. Рок на всем протяжении остается относитель-
но постоянным и составляет 25 мм рт. ст. Таким образом, на артериальном
конце капилляра осуществляется процесс фильтрации — выхода жидкости,
а на венозном — обратный процесс — ее реабсорбция. Определенные кор-
рективы вносит в этот процесс Рот, равное примерно 4,5 мм рт. ст., которое
удерживает жидкость в тканевых пространствах, а также отрицательная
величина Ргт (-3—9 мм рт. ст.).
Следовательно, объем жидкости, переходящей через стенку капилляра
за одну минуту (V), при коэффициенте фильтрации К равен:
V = (Ргк + Рот + Ргт - Рок) К.
317
На артериальном конце капилляра V положителен, здесь происходит
фильтрация жидкости в ткань, а на венозном — V отрицателен, и жид-
кость реабсорбируется в кровь. Транспорт электролитов и низкомолеку-
лярных веществ, например глюкозы, осуществляется вместе с водой.
Капилляры различных органов отличаются по своей ультраструктуре,
а следовательно, по способности пропускать в тканевую жидкость белки.
Так, 1 л лимфы, образующейся в печени, содержит 60 г белка, в миокар-
де — 30 г, в мышцах — 20 г и в коже — 10 г. Белок, проникший в ткане-
вую жидкость, с лимфой возвращается в кровь. При усиленной функции
любого органа или ткани возрастает интенсивность процессов метаболиз-
ма и повышается концентрация продуктов обмена (метаболиты) — оксида
углерода (СОг) и угольной кислоты, аденозиндифосфата, фосфорной и
молочной кислот и других веществ. Увеличивается осмотическое давление
(вследствие появления значительного количества низкомолекулярных
продуктов), уменьшается величина pH в результате накопления водород-
ных ионов. Все это и ряд других факторов приводят к расширению сосу-
дов в работающем органе. Гладкая мускулатура сосудистой стенки очень
чувствительна к действию этих продуктов обмена.
Попадая в общий кровоток и достигая с током крови сосудодвигатель-
ного центра, многие из этих веществ повышают его тонус. Возникающее
при центральном действии указанных веществ генерализованное повыше-
ние тонуса сосудов в организме приводит к увеличению системного АД
при значительном возрастании кровотока через работающие органы.
В скелетной мышце в состоянии покоя на 1 мм2 поперечного сечения
приходится около 30 открытых, т.е. функционирующих, капилляров, а при
максимальной работе мышцы число открытых капилляров на 1 мм2 возра-
стает в 100 раз.
Для оценки параметров движения крови в микрососудах в последние
годы получил распространение метод лазерной допплеровской флоумет-
рии, основанный на оптическом зондировании тканей монохромати-
ческим сигналом и анализе частотного спектра сигнала, отраженного от
движущихся в тканях эритроцитов. Регистрируемый при этом сигнал ха-
рактеризует кровоток в микрососудах в объеме 1—1,5 мм3 ткани.
6.2.2.5. Движение крови в венах
Движение крови в венах обеспечивает наполнение полостей сердца во
время диастолы. Ввиду небольшой толщины мышечного слоя стенки вен
гораздо более растяжимы, чем стенки артерий, поэтому в венах может
скапливаться большое количество крови. Даже если давление в венозной
системе повысится всего на несколько миллиметров, объем крови в венах
увеличится в 2—3 раза, а при повышении давления в венах на 10 мм рт. ст.
вместимость венозной системы возрастет в 6 раз. Вместимость вен может
также изменяться при сокращении или расслаблении гладкой мускулатуры
венозной стенки. Таким образом, вены (а также сосуды малого круга кро-
вообращения) являются резервуаром крови переменной емкости, что ярко
продемонстрировано в исследованиях Б.И. Ткаченко.
Венозное давление. Давление в венах у человека можно измерить, вводя
в поверхностную (обычно локтевую) вену полую иглу и соединяя ее с чув-
ствительным электроманометром. В венах, находящихся вне грудной по-
лости, давление равно 5—9 мм рт. ст.
Для определения венозного давления необходимо, чтобы данная вена
располагалась на уровне сердца. Это важно потому, что к величине кровя-
318
ного давления, например в венах ног в положении стоя, присоединяется
гидростатическое давление столба крови, наполняющего вены.
В венах грудной полости, а также в яремных венах давление близко к
атмосферному и колеблется в зависимости от фазы дыхания. При вдохе,
когда грудная полость расширяется, венозное давление понижается и ста-
новится отрицательным, т.е. ниже атмосферного. При выдохе происходят
противоположные изменения и давление повышается (при обычном выдо-
хе оно не поднимается выше 2—5 мм рт. ст.). Ранение вен, лежащих вбли-
зи грудной полости (например, яремных вен), опасно, так как давление в
них в момент вдоха является отрицательным. При вдохе возможно поступ-
ление атмосферного воздуха в полость вен и развитие воздушной эмболии,
т.е. перенос пузырьков воздуха кровью и последующая закупорка ими ар-
териол и капилляров, что может привести к смерти.
Скорость кровотока в венах. Кровяное русло в венозной части шире,
чем в артериальной, в связи с чем скорость тока крови в венах меньше,
чем в артериях. Скорость тока крови в периферических венах среднего ка-
либра 6—14 см/с, в полых венах достигает 20—25 см/с.
Движение крови в венах происходит прежде всего вследствие разности
давления крови в мелких и крупных венах (градиент давления), т.е. в на-
чале и в конце венозной системы. Эта разность, однако, невелика, и пото-
му кровоток в венах обеспечивается рядом добавочных факторов. Одним
из них является то, что эндотелий вен (за исключением полых вен, вен во-
ротной системы и мелких венул) образует клапаны, пропускающие кровь
только по направлению к сердцу. Скелетные мышцы, сокращаясь, сдавли-
вают вены, что вызывает передвижение крови; обратно кровь не идет
вследствие наличия клапанов. Этот механизм перемещения крови в венах
называют мышечным насосом.
Таким образом, силами, обеспечивающими перемещение крови по ве-
нам, являются градиент давления между мелкими и крупными венами, со-
кращение скелетных мышц («мышечный насос»), присасывающее дейст-
вие грудной клетки.
Венный пульс. В мелких и средних венах пульсовые колебания давления
крови отсутствуют. В крупных венах вблизи сердца отмечаются пульсовые
колебания — венный пульс, имеющий иное происхождение, чем артериа-
льный пульс. Он обусловлен затруднением потока крови из вен в сердце
во время систолы п~редсерДйи^и желудочков. Во время систолы этих отде-
лов сердца давление в венах повышается, происходят их расширение и ко-
лебания стенок. Удобнее всего записывать венный пульс яремной вены.
На кривой венного пульса — флебограмме — различают три зубца: о, с,
и. Зубец а совпадает, .с. систолой, правого предсердия и обусловлен тем, что
в момёПт’Тйстолы предсердия устья полых вён’зажимаются кольцом мы-
шечных волокон‘,“вследствие чего приток крови в предсердия из вен вре-
менно приостанавливается. Во время диастолы предсердий доступ в них
крови становится вновь свободным, и в это время кривая венного пульса
круто снижается. Вскоре на кривой венного пульса появляется небольшой
зубец с. Он обусловлен толчком пульсирующей сонн<5йтциер.ии, лежащей
вблиз^уяремной-вены. После зубца с начинается падение кривой, которое
сменяется новым подъемом — зубцом у. Последний обусловлен, тем, что к
концу систолы желудочков предсердия наполнены кровью, дальнейшее
поступление в них крови невозможно, происходят застой крови в венах и
растяжение их стенок. После зубца v наблюдается падение кривой, со-
впадающее с диастолой желудочков и поступлением в них крови из пред-
сердий. /
о V /У
319
6.2.2.6. Время кругооборота крови
I Время полного кругооборота крови — это время, необходимое для того,
чтобы она прошла через большой и малый круг кровообращения.
Для измерения времени полного кругооборота крови применяют ряд
способов, принцип которых заключается в том, что в вену вводят ка-
кое-либо безвредное вещество, не встречающееся обычно в организме, и
определяют, через какой промежуток времени оно появляется в одно-
именной вене другой стороны. Скорость кругооборота (или только в ма-
лом, или только в большом круге) определяют при помощи радиоактивно-
го изотопа натрия и счетчика электронов. Для этого несколько таких счет-
чиков помещают на разных частях тела вблизи крупных сосудов и в облас-
ти сердца. После введения в локтевую вену радиоактивного изотопа на-
трия определяют время появления радиоактивного излучения в области
сердца и исследуемых сосудов.
Время полного кругооборота крови у человека составляет в среднем 27
систол сердца. При ЧСС 70—80 уд/мин кругооборот крови происходит
приблизительно за 20—23 с, однако скорость движения крови по оси сосу-
да больше, чем у его стенок. Поэтому не вся кровь совершает полный кру-
гооборот так быстро и указанное время является минимальным.
Исследования показали, что % времени полного кругооборота крови
приходится на прохождение крови по малому кругу кровообращения и % —
по большому.
6.2.3. Регуляция движения крови по сосудам
Каждая клетка, ткань и орган нуждаются в кислороде и питательных
веществах в количестве, соответствующем их метаболизму, т.е. интенсив-
ности их функции. В связи с этим тканям необходимо поступление строго
определенного количества крови в единицу времени, обеспечивающей до-
ставку кислорода и питательных веществ. Эта потребность достигается
благодаря поддержанию постоянного уровня АД и одновременно непре-
рывного перераспределения протекающей крови между всеми органами и
тканями в соответствии с их потребностями в каждый данный момент.
Механизмы, регулирующие кровообращение, можно подразделить на
две. кате гори и: 1) центральные, определяющие величину АД и системное
кровообращение, и 2) местные, контролирующие величину кровотока че-
рез отдельные органы и ткани. Хотя такое разделение является удобным,
оно в значительной мере условно, так как процессы местной регуляции
осуществляются с участием центральных механизмов, а управление сис-
темным кровообращением зависит от деятельности местных регуляторных
механизмов.
Постоянство АД сохраняется благодаря непрерывному поддержанию
точного соответствия между величиной сердечного выброса и величиной
общего периферического сопротивления сосудистой системы, которое за-
висит от тонуса сосудов.
Гладкие мышцы сосудов постоянно, даже после устранения всех внеш-
них нервных и гуморальных регуляторных влияний, находятся в состоя-
нии исходного (базального) тонуса, обусловленного местными механизма-
ми. Кроме того, гладкие мышцы сосудистых стенок находятся под влия-
нием постоянной тонической импульсации, поступающей по волокнам
320
симпатических нервов. Симпатические влияния формируются в сосудо-
двигательном центре и поддерживают определенную степень сокращения
гладкой мускулатуры сосудов.
6.2.3.1. Иннервация сосудов
Сужение артерий и артериол, снабженных преимущественно симпати-
ческими нервами (вазоконстрикция), было впервые обнаружено А.П. Валь-
тером (1842) в опытах на лягушках, а затем К. Бернаром (1852) в экспери-
ментах на ухе кролика. Классический опыт Бернара состоит в том, что пе-
ререзка симпатического нерва на одной стороне шеи у кролика вызывает
расширение сосудов, проявляющееся покраснением и потеплением уха
оперированной стороны. Если раздражать периферический конец симпа-
тического нерва на шее, то ухо на стороне раздражаемого нерва бледнеет
вследствие сужения его артерий и артериол, а температура понижается.
Главными сосудосуживающими нервами органов брюшной полости яв-
ляются симпатические волокна, проходящие в составе внутренностного
нерва (n. splanchnicus). После перерезки этих нервов кровоток через сосуды
брюшной полости, лишенной сосудосуживающей симпатической иннерва-
ции, резко увеличивается вследствие расширения артерий и артериол. При
раздражении n. splanchnicus сосуды желудка и тонкой кишки суживаются.
Симпатические сосудосуживающие нервы к конечностям идут в составе
спинномозговых смешанных нервов, а также по стенкам артерий — в их
адвентициальной оболочке. Поскольку перерезка симпатических нервов
вызывает расширение сосудов той области, которая иннервируется этими
нервами, считают, что артерии и артериолы находятся под непрерывным
сосудосуживающим влиянием симпатических нервов.
Чтобы восстановить нормальный тонус артерий после перерезки сим-
патических нервов, достаточно раздражать их периферические отрезки
электрическими стимулами частотой 1—2 в 1 с. Увеличение частоты сти-
муляции может вызвать сужение артериальных сосудов.
Сосудорасширяющие эффекты (вазодилатация) впервые обнаружили
при раздражении нескольких нервных веточек, относящихся к парасимпа-
тическому отделу автономной нервной системы. Например, раздражение
барабанной струны (chorda tympani) вызывает расширение сосудов нижне-
подчелюстной и подъязычной желез и языка, n. cavernosi penis — расшире-
ние сосудов пещеристых тел полового члена.
В некоторых органах, например в скелетной мускулатуре, расширение
артерий и артериол происходит при раздражении симпатических нервов, в
составе которых имеются, кроме вазоконстрикторов, и вазодилататоры.
При этом активация а-адренорецепторов приводит к констрикции сосу-
дов. Активация p-адренорецепторов, наоборот, вызывает вазодилатацию.
Следует заметить, что p-адренорецепторы обнаружены не во всех органах.
Расширение сосудов (главным образом кожи) можно вызвать также
раздражением периферических отрезков задних корешков спинного мозга,
в составе которых проходят афферентные (чувствительные) волокна. Эти
факты, обнаруженные в 70-х годах XX столетия, вызвали среди физиоло-
гов много споров. Согласно теории Бейлиса и Л.А. Орбели, одни и те же
заднекорешковые волокна передают импульсы в обоих направлениях: одна
веточка каждого волокна идет к рецептору, а другая — к кровеносному со-
суду. Рецепторные нейроны, тела которых находятся в спинномозговых
узлах, обладают двоякой функцией: передают афферентные импульсы в
321
спинной мозг и эфферентные импульсы к сосудам. Передача импульсов в
двух направлениях возможна потому, что афферентные волокна, как и все
остальные нервные волокна, обладают двусторонней проводимостью («ак-
сон-рефлекс»).
Согласно другой точке зрения, расширение сосудов кожи при раздра-
жении задних корешков происходит вследствие того, что в рецепторных
нервных окончаниях образуются ацетилхолин и гистамин, которые диф-
фундируют по тканям и расширяют близлежащие сосуды.
6.2.3.2. Сосудодвигательный центр
Ф.В. Овсянников (1871) установил, что нервный центр, обеспечиваю-
щий определенную степень сужения артериального русла — сосудодвига-
тельный центр, — находится в продолговатом мозге. Более детальный ана-
лиз показал, что сосудодвигательный центр продолговатого мозга располо-
жен_на.дне IV желудочка и состоит из двух отделов — "прессорного и де-
прессорного. Раздражение прессорного отдела сосудодвигательного центра
вызывает сужение артерий и подъем АД, а раздражение второго — расши-
рение артерий и падение АД.
Считают, что депрессорный отдел сосудодвигательного центра вызывает
расширение сосудов, понижая тонус прессорного отдела и снижая, таким
образом, эффект сосудосуживающих нервов.
Влияния, идущие от сосудосуживающего центра продолговатого мозга,
приходят к нервным центрам симпатической части вегетативной нервной
системы, расположенным в боковых рогах грудных сегментов спинного
мозга, регулирующих тонус сосудов отдельных участков тела.
Кроме сосудодвигательных центров продолговатого и спинного мозга,
на состояние сосудов оказывают влияние нервные центры промежуточно-
го мозга и больших полушарий.
6.2.3.3. Гуморальные влияния на сосуды
В целостном организме регуляторные влияния на сосуды всегда пред-
ставляют собой интеграцию нервных и гуморальных влияний. Одни гумо-
ральные агенты суживают, а другие расширяют просвет артериальных со-
судов. Включение различных гуморальных факторов в систему регуляции
кровяного давления представлено в разделе 6.2.3.4. Часть вазоактивных гу-
моральных факторов представлена в настоящем разделе.
Сосудосуживающие вещества. К ним относятся гормоны мозгового ве-
щества надпочечников — адреналин и норадреналин, а также нейрогипофи-
за — вазопрессин.
Адреналин и норадреналин суживают артерии и артериолы кожи, орга-
нов брюшной полости и легких, а вазопрессин действует преимуществен-
но на артериолы и прекапилляры.
Адреналин и норадреналин оказывают влияние на сосуды в очень ма-
лых концентрациях. Так, сужение сосудов у теплокровных животных про-
исходит при концентрации адреналина в крови 1 10-7 г/мл. Сосудосужи-
вающий эффект этих веществ обусловливает резкое повышение АД.
К числу гуморальных сосудосуживающих факторов относится серото-
нин (5-гидроокситриптамин), продуцируемый в слизистой оболочке ки-
шечника и в некоторых участках головного мозга. Серотонин образуется
322
также при распаде тромбоцитов; физиологическое значение его в данном
случае состоит в том, что он суживает сосуды и препятствует кровотече-
нию из пораженного сосуда.
Сосудорасширяющие вещества. К сосудорасширяющим веществам от-
носится ацетилхолин (АХ), который образуется в окончаниях парасимпа-
тических нервов и симпатических вазодилататоров. Он быстро разрушает-
ся в крови, поэтому его действие на сосуды в физиологических условиях
местное.
Сосудорасширяющим веществом является также гистамин — вещество,
образующееся в слизистой оболочке желудка и кишечника, а также во
многих других органах, в частности в коже при ее раздражении и в скелет-
ной мускулатуре во время работы. Гистамин расширяет артериолы и уве-
личивает кровенаполнение капилляров. При введении 1—2 мг гистамина в
вену кошке, несмотря на то что сердце продолжает работать с прежней си-
лой, уровень АД резко падает вследствие уменьшения притока крови к
сердцу: очень большое количество крови животного оказывается сосредо-
точенным в капиллярах, главным образом брюшной полости. Снижение
АД и нарушение кровообращения при этом подобны тем, какие возника-
ют при большой кровопотере. Они сопровождаются нарушением деятель-
ности ЦНС вследствие расстройства мозгового кровообращения. Совокуп-
ность перечисленных явлений объединяется понятием «шок». Тяжелые
нарушения, возникающие в организме при введении больших доз гиста-
мина, называют гистаминовым шоком.
6.2.3.4 Физиологические системы регуляции артериального
давления
Адекватный уровень АД, отвечающий изменениям внешней и внутрен-
ней среды организма, обеспечивается постоянным взаимодействием и
тесной функциональной связью ряда механизмов.
Среди них можно выделить: 1) гемодинамические факторы, непосред-
ственно определяющие уровень АД; 2) центральные и периферические
нейрогуморальные механизмы, регулирующие тонус сосудов, работу серд-
ца, объем циркулирующей крови.
6.2.3.4.1. Гемодинамические факторы, определяющие уровень
артериального давления
К таким факторам относятся: 1) минутный объем кровообращения
(МОК); 2) общее периферическое сосудистое сопротивление (ОПСС);
3) напряжение стенок аорты и ее крупных ветвей, создающее эластическое
сопротивление; 4) объем циркулирующей крови; 5) вязкость крови.
Важнейшее влияние на уровень АД оказывают изменения МОК и
ОПСС. К росту эластического сопротивления и повышению систоличе-
ского АД приводит уплотнение стенки аорты и крупных артерий у лиц по-
жилого и старческого возраста.
В физиологических условиях среднее гемодинамическое давление под-
держивается в пределах 90—95 мм рт.ст. При увеличении МОК у здорово-
го человека происходит адекватное снижение ОПСС, вследствие чего вли-
яние возросшего МОК на уровень АД вскоре нивелируется.
323
В то же время сам МОК является производным других гемодинамиче-
ских параметров, прежде всего объема циркулирующей плазмы. При усло-
вии устойчивой емкости сосудов, особенно венозных, и стабильном коли-
честве эритроцитов наполнение сосудистой системы практически полно-
стью зависит от объема циркулирующей плазмы. Даже небольшие его коле-
бания заметно влияют на величину МОК, изменяя приток крови к сердцу.
Объем циркулирующей плазмы находится в тесной связи и в достаточ-
но стабильном равновесии с объемом интерстициальной жидкости. Объем
внутрисосудистой и интерстициальной жидкости в теле человека значите-
льно зависит от содержания ионов Na+ и поэтому связан с регуляцией их
баланса.
6.2.3.4.2. Нейрогуморальная система регуляции артериального
давления
Гайтоном разработана синтетическая концепция регуляции АД. Она
объединяет разнообразные механизмы контроля АД и учитывает относите-
льную их эффективность, быстроту включения и длительность действия.
По Гайтону, регуляторные механизмы сосредоточены в двух основных си-
стемах: 1) адаптационной контрольной системе кратковременного дейст-
вия; 2) системе регуляции АД длительного действия.
J 6.2.3.4.3. Система быстрого кратковременного действия
(адаптационная система регуляции артериального давления)
Система обеспечивает быструю нормализацию давления при внезапных
отклонениях. Она представлена несколькими регуляторными контурами.
Главные из них: а) барорецепторный рефлекс, включающий барорецепто-
ры крупных артерий — центры головного мозга — эффекторные нервы —
резистивные, емкостные сосуды и сердце — АД; б) почечный эндокрин-
ный контур, включающий почки (юкстагломерулярный аппарат, ренин) —
ангиотензин II — резистивные сосуды.
Барорецепторный рефлекс вызывается сигналами от рецепторов самих
сосудов. Особенно важное физиологическое значение имеют рецепторы,
сосредоточенные в дуге аорты и в области разветвления сонной артерии
на внутреннюю и наружную. Указанные участки сосудистой системы по-
лучили название сосудистых рефлексогенных зон.
Рецепторы, расположенные в дуге аорты, являются окончаниями цент-
ростремительных волокон, проходящих в составе аортального нерва. Пио-
ном и Людвигом этот нерв функционально был обозначен как депрессор.
Электрическое раздражение центрального конца перерезанного нерва обу-
словливает снижение АД.
В рефлексогенной зоне сонного синуса (каротидный синус) расположе-
ны рецепторы, от которых идут центростремительные нервные волокна,
образующие синокаротидный нерв (нерв Геринга). Этот нерв вступает в
мозг в составе языкоглоточного нерва. Рецепторы сосудистых рефлексо-
генных зон возбуждаются при повышении давления крови в сосудах, по-
этому их называют прессорецепторами, или барорецепторами. Если пере-
резать синокаротидные и аортальные нервы с обеих сторон, возникает
гипертензия, т.е. устойчивое повышение АД, достигающее в сонной арте-
рии собаки 200—250 мм рт. ст. вместо 100—120 мм рт. ст. в норме.
324
При отклонении АД от заданной величины включаются компенсатор-
ные реакции, восстанавливающие это давление до нормы. Это — регуляция
«по рассогласованию».
Существует еще один механизм регуляции АД системы — «по возмуще-
нию». В данном случае компенсаторные реакции включаются еще до того,
как АД изменится, предупреждая отклонение его от нормы. Необходимые
для этого реакции запускаются сигналами, возникающими в рецепторах
растяжения миокарда и коронарных сосудов, несущих информацию о сте-
пени наполнения кровью полостей сердца и артериальной системы.
Уже через 10—30 с от начала возбуждения сосудистых рецепторов
сложные барорефлексы достигают максимальной эффективности. Непо-
средственная буферная функция барорецепторных механизмов у нормо-
тоников направлена на сведение к минимуму колебаний АД при из-
менениях положения тела, психоэмоциональном возбуждении и других
преходящих воздействиях, т.е. эта система служит противовесом факто-
рам внешней среды, способным вызвать повышение и особенно сниже-
ние АД.
Почечный эндокринный контур. Данный механизм адаптации также в
основном противодействует острой артериальной гипотензии. Началь-
ным звеном почечного эндокринного контура является юкстагломеруляр-
ный аппарат почек, в клетках которого синтезируется ренин. В норме
около 80 % ренина находится в плазме в неактивной или малоактивной
форме (проренин). Главным активатором проренина считается плазмен-
ный калликреин. Поврежденная почка в отличие от здоровой преимуще-
ственно секретирует активный ренин. К увеличению секреции ренина
приводят снижение перфузионного давления в артериолах почек, сниже-
ние транспорта ионов С1_ в восходящем колене петли Генле, усиление
Р-адренергической стимуляции.
Кроме того, секреция ренина зависит от содержания в крови катехол-
аминов, простагландина Ij (простациклина), глюкагона, ионов Na+ и К+,
ангиотензина II. Увеличение концентрации последнего тормозит секре-
цию ренина по механизму отрицательной обратной связи. Образование
ренина снижается при увеличении объема внеклеточной жидкости и со-
держания ионов Na+ в плазме.
При взаимодействии с ангиотензиногеном (аг-глобулином плазмы) об-
разуется ангиотензин I. В физиологических условиях плазменная концент-
рация ангиотензиногена, вырабатываемого в печени, является достаточно
стабильной и регулируется уровнем ангиотензина II по механизму обрат-
ной связи. Ангиотензин I считается промежуточной субстанцией, но так-
же самостоятельно усиливает высвобождение норадреналина из оконча-
ний симпатических нервов и вызывает прессорную сосудистую реакцию
на периферии.
В результате воздействия На ангиотензин I превращающего (конверти-
рующего) фермента образуется ангиотензин II. Ангиотензин II — наибо-
лее мощный вазопрессор, сосудосуживающая активность которого в 50 раз
выше, чем у норадреналина. В случае острого снижения АД образование
ренина и ангиотензина II возрастает. Последний совместно с норадрена-
лином восстанавливает нормальное АД, воздействуя на специфические
ангиотензиновые рецепторы артериол (имеется 2 типа ангиотензиновых
рецепторов, находящихся в различных тканях). При этом увеличивается
концентрация ионов Са2+ в миоплазме гладкомышечных клеток артериол,
что приводит к повышению их тонуса. Для развития максимального эф-
фекта данного механизма требуется около 20 мин.
325
Другие механизмы восстановления АД при развитии острой гипотензии
с участием ангиотензина II реализуются путем непосредственного его
взаимодействия с центральными и периферическими звеньями симпати-
ческого отдела вегетативной нервной системы. Основным местом центра-
льного нейрогенного прессорного эффекта ангиотензина II является area
postrema продолговатого мозга. Быстрый компонент возникающей ответ-
ной реакции обеспечивается благодаря повышению симпатической актив-
ности на периферии. Ангиотензин II, воздействуя на определенные участ-
ки ЦНС, не только способствует повышению системного АД, но и усили-
вает чувство жажды, выделение антидиуретического гормона вазопрессина.
Периферические прессорные реакции ангиотензина II связаны с вы-
свобождением адреналина из мозгового слоя надпочечников и норадрена-
лина из окончаний постганглионарных симпатических волокон. Кроме
того, ангиотензин II повышает чувствительность гладкомышечных клеток
сосудов к сосудосуживающему действию норадреналина.
Ангиотензин II расщепляется с участием ферментов плазмы с образова-
нием ангиотензина III. Периферическая и центральная прессорная актив-
ность последнего в 2 раза ниже, чем ангиотензина II. Разрушение ангио-
тензина II и его удаление из кровеносного русла компенсируются усиле-
нием секреции ренина и новым образованием ангиотензина II. Все три
ангиотензина участвуют в регуляции внутрипочечного кровотока.
6.2.3.4.4. Система регуляции артериального давления длительного
действия
6.2.3.4.4.1. Прессорные механизмы
Местные (локальные) системы ренин—ангиотензин II. Наряду с цирку-
лирующими в крови факторами ренин-ангиотензиновой системы ренин и
ангиотензин обнаружены в почках, надпочечниках, мозге, сердце и других
органах. Синтез ангитензиногена, ангиотензинов и ренина происходит в
этих органах внутриклеточно. Эти факторы оказывают аутокринные («на
себя») и паракринные («на соседние клетки») влияния, изменяя локальные
тканевые функции. Локальные механизмы способны оказывать длитель-
ное воздействие на резистивные сосуды, регулируя их просвет, ОПСС и,
следовательно, АД.
Локальные системы ренин—ангиотензин II совсем незначительно влия-
ют на уровень этих гуморальных факторов в крови. При этом местная ак-
тивность ренин-ангиотензиновой системы примерно в 1000 раз превышает
ее активность в системном кровотоке.
Влияние ангиотензина II на баланс ионов Na+ и воды в организме —
важнейшая роль длительно действующей системы регуляции АД. Увеличе-
ние реабсорбции Na+ обеспечивается: а) непосредственным воздействием
ангиотензина II на почечные канальцы; б) опосредованным усилением
секреции альдостерона клетками клубочкового слоя коры надпочечников.
При ограничении натрия в пище плазменная и местные ренин-ангиотен-
зиновые системы играют ведущую роль в поддержании АД. Избыточное
потребление натрия выводит на первый план в этом процессе увеличение
объема циркулирующей плазмы.
Альдостерон — еще один гормон системы регуляции АД длительного
действия, в основном поддерживающий баланс ионов Na+, К+ и воды.
Скорость биосинтеза и выделение альдостерона регулируются ангиотензи-
326
ном II, секрецией адренокортикотропного гормона, концентрацией ионов
Na+ и К+ в плазме. Даже небольшое увеличение содержания К+ в крови
способно на длительное время усилить секрецию альдостерона.
Непосредственного влияния на секрецию ренина альдостерон не ока-
зывает. Активность юкстагломерулярных клеток тормозится по механизму
обратной связи в ответ на задержку натрия и воды, осуществляющихся
под действием альдостерона.
6.2.3.4.4.2. Депрессорные механизмы
Система простагландинов. Простагландины представляют собой нена-
сыщенные циклические жирные кислоты, продукты метаболизма арахидо-
новой кислоты, которые широко представлены в организме человека и
вызывают многообразные физиологические эффекты. Простагландины
синтезируются в тканях в ответ на различные стимулы, главным образом
проявляя локальную биологическую активность, но также поступают в
кровь, функционируя как гормоны. В выработке простагландинов опреде-
ленных типов имеет место тканевая специфичность. Например, в коро-
нарных артериях и сосудах скелетных мышц преобладающим является
простагландин I2 (простациклин), а в мозговом слое почек главным обра-
зом синтезируются простагландины серий Е, D, F и I, способные вызы-
вать разнонаправленные реакции.
Ведущую роль в регуляции сосудистого тонуса и АД играет простацик-
лин, образующийся в эндотелии и гладкомышечных клетках кровеносных
сосудов. Он циркулирует в крови, оказывая вазодилатирующий эффект.
Простагландины расширяют сосуды путем противодействия вазоконст-
рикции, опосредуемой ангиотензином II и норадреналином, регуляции
содержания циклических нуклеотидов и ионов Са2+ в их гладкомышечных
клетках. К влиянию простагландинов наиболее чувствительны сосуды ске-
летных мышц и чревной области, вносящие главный вклад в формирова-
ние ОПСС.
Мозговое вещество и сосочек почки — зоны наиболее интенсивного
синтеза простагландинов. Почечный простагландин I2 совместно с про-
стагландином G2 и арахидоновой кислотой стимулирует выделение ренина
в юкстагломерулярных клетках, что при участии ангиотензина II ведет к
повышению сопротивления почечных сосудов и снижению скорости клу-
бочковой фильтрации. С другой стороны, увеличение объема внеклеточ-
ной жидкости и плазмы крови, повышение содержания ионов Na+ в орга-
низме сопровождаются усилением синтеза медуллярного простагландина
Ё2, регулирующего концентрационную способность почек и выделение
электролитов.
Таким образом, почечные и местные (сосудистые) простагландины иг-
рают существенную роль в поддержании водно-электролитного гомеостаза
и сохранении нормальной проходимости резистивных сосудов, т.е. в про-
цессах контроля физиологического уровня АД.
Калликреин-кининовая система подразделяется на два физиологических
аппарата — плазменный и почечный (железистый). Калликреин плазмы
способствует отщеплению от кининогена активного сосудорасширяющего
пептида брадикинина.
Калликреин-кининовая система, функционирующая в почках, сущест-
венно отличается от плазменной. Синтезируемый канальциевым эпители-
ем кортикальных сегментов нефрона калликреин поступает в канальцевую
327
жидкость, а затем в мочу. В результате взаимодействия калликреина с ки-
ниногенами в дистальных канальцах образуется лизил-брадикинин. Повы-
шение концентрации кининов в сосудах почек вызывает усиление почеч-
ного кровотока, выделения ионов Na+ и воды из организма. Лизил-бради-
кинин, как и брадикинин плазмы, быстро разрушается кининазами I и И.
Система почечных кининов является антагонистом системы ренин—ан-
гиотензин II.
Допаминергические депрессорные механизмы. Свободный допамин обра-
зуется в почках и является нейромедиатором с самостоятельной физиоло-
гической ролью в ЦНС и на периферии. Существует два типа перифериче-
ских допаминовых рецепторов — постсинаптические в гладкомышечных
клетках сосудов и пресинаптические в окончаниях симпатических нервов.
Активация периферических допаминовых рецепторов в окончаниях
симпатических нервов вызывает торможение высвобождения норадрена-
лина из депо симпатических терминалей, снижает ЧСС и АД. Постсинап-
тические допаминовые рецепторы имеются в почечных артериолах, клу-
бочках и проксимальных канальцах. Их стимуляция усиливает экскрецию
ионов Na+ с мочой, а снижение содержания допамина в почках тормозит
выделение натрия, что является важным компонентом депрессорной сис-
темы почек. Депрессорным эффектом сопровождается и стимуляция допа-
миновых нейронов головного мозга.
Собственно сосудистые депрессорные механизмы. В последние годы
установлена важная роль эндотелия сосудистой стенки в регуляции крово-
тока. Триллион клеток эндотелия выстилает изнутри все древо сердеч-
но-сосудистой системы. У человека с массой тела 75 кг общая поверхность
сосудов, выстланная эндотелием, достигает 1300 м2 и весит около 2 кг.
Эндотелий синтезирует и выделяет факторы, активно влияющие на тонус
гладких мышц сосудов. Клетки эндотелия — эндотелиоциты, под влияни-
ем химических раздражителей, приносимых кровью, или под влиянием
механического раздражения (растяжение) способны выделять вещества,
действующие на гладкие мышечные клетки сосудов, вызывая их сокраще-
ние или расслабление. Срок жизни этих веществ мал, поэтому действие их
ограничивается сосудистой стенкой и не распространяется обычно на дру-
гие гладкомышечные органы. Кроме простациклина, активным фактором,
вызывающим расслабление сосудов, является оксид азота — NO. Расши-
рение сосудов обусловлено диффузией NO из эндотелия к гладкомышеч-
ным клеткам стенки сосуда, активацией в них гуанилатциклазы и образо-
ванием цГМФ. Повышение уровня цГМФ приводит к снижению концент-
рации ионов кальция в цитозоле клеток и ослаблению связи между миози-
ном и актином, что приводит к расслаблению мышечных клеток сосудов.
Показано, что торможение синтеза NO приводит к развитию NO-дефи-
цитной гипертензии.
В скелетных мышцах випроцессе расширения сосудов участвует и аце-
тилхолин, воздействующий через эндотелиальный релаксирующий фактор.
Натрийуретические пептиды. Так называемый предсердный натрийуре-
тический фактор (пептид) синтезируется не только в сердце, но и в ткани
головного мозга. Он способен тормозить активацию симпатической нер-
вной системы, образование ренина в почках, секрецию альдостерона и ва-
зопрессина, вазоконстрикцию, задержку натрия и воды, ограничивает по-
вышение АД, вызываемое ангиотензином II. Даже при нормальном исход-
ном АД физиологические концентрации предсердного натрийуретическо-
го фактора увеличивают диурез и натрийурез, что приводит к снижению
систолического и диастолического АД.
328
Итак, организм человека располагает комплексом хорошо сбалансиро-
ванных прессорных и депрессорных механизмов, обеспечивающих доста-
точное постоянство АД и его адаптацию к изменяющимся физиологиче-
ским условиям.
6.2.3.5. Перераспределительные реакции в системе
регуляции кровообращения
Минутный объем крови, нагнетаемый сердцем при интенсивной физи-
ческой работе, может увеличиться не более чем в 5—6 раз, поэтому возрас-
тание кровоснабжения работающих мышц в 100 раз возможно лишь вслед-
ствие перераспределения крови. Так, в период пищеварения наблюдается
усиленный приток крови к пищеварительным органам и уменьшение кро-
воснабжения кожи и скелетной мускулатуры. Во время умственного на-
пряжения усиливается кровоснабжение мозга.
Напряженная мышечная работа ведет к сужению сосудов пищеварите-
льных органов и усиленному притоку крови к работающим скелетным
мышцам. Приток крови к этим мышцам возрастает в результате местного
сосудорасширяющего действия продуктов обмена, образующихся в рабо-
тающих мышцах, а также вследствие рефлекторного расширения сосудов.
Так, при работе одной руки сосуды расширяются не только в этой, но и в
другой руке, а также в нижних конечностях.
В сосудах работающего органа тонус мышц понижается не только
вследствие накопления продуктов обмена, но и в результате воздействия
механических факторов: сокращение скелетных мышц сопровождается
растяжением сосудистых стенок, что инициирует выделение эндотелием
сосудорасширяющих веществ (оксид азота, простациклин).
Сосуды ряда внутренних органов и тканей обладают индивидуальными
особенностями регуляции, которые объясняются структурой и функцией
каждого из этих органов или тканей, а также степенью их участия в тех
или иных общих реакциях организма. Например, сосуды кожи играют
важную роль в теплорегуляции. Расширение их при повышении темпера-
туры тела способствует отдаче тепла в окружающую среду, а сужение сни-
жает теплоотдачу.
Перераспределение крови происходит также при переходе из горизон-
тального положения в вертикальное. При этом затрудняется венозный от-
ток крови от ног и количество крови, поступающей в сердце по нижней
полой вене, уменьшается (при рентгеноскопии четко видно уменьшение
размеров сердца). Вследствие этого венозный приток крови к сердцу мо-
жет значительно уменьшаться.
6.2.3.6. Регуляция объема циркулирующей крови.
Кровяные депо
Для нормального кровоснабжения органов и тканей, поддержания по-
стоянства АД необходимо определенное соотношение между ОЦК и об-
щей емкостью всей сосудистой системы. Это соответствие достигается при
помощи ряда нервных и гуморальных регуляторных механизмов. При уме-
ньшении ОЦК приток крови к сердцу уменьшается и уровень АД снижает-
ся. В ответ на это возникают реакции, направленные на восстановление
нормального уровня АД, мобилизации крови из кровяных депо и пере-
329
распределение объема воды между плазмой крови и межтканевой жидко-
стью.
В состоянии покоя у человека до 45—50 % всего объема крови, имею-
щейся в организме, находится в кровяных депо: селезенке, печени, под-
кожном венозном сосудистом сплетении и легких.
Резервуарная функция селезенки осуществляется благодаря особой
структуре ее сосудов. Кровь из капилляров поступает сначала в венозные
синусы и лишь затем переходит в вены. Синусы имеют легкорастяжимые
стенки и могут вмещать большое количество крови и, опорожняясь,
изливать эту кровь в селезеночную вену и, следовательно, в общий кро-
воток.
В селезеночных артериях и селезеночных синусах у места впадения их в
венулы имеются сфинктеры, регулирующие приток и отток крови. При
сокращении венозных сфинктеров отток крови затрудняется и кровь за-
держивается в синусах, вызывая увеличение размеров селезенки. При этом
сфинктеры обычно сдавливают просвет сосудов не полностью. Остаются
узкие просветы, задерживающие форменные элементы крови, но пропус-
кающие плазму. При открытых артериальных сфинктерах приток крови в
селезенку не ограничен, давление в ее сосудах растет и повышается уро-
вень фильтрационного давления, вследствие чего плазма крови проходит
через венозные сфинктеры в вены и общий кровоток. Благодаря этому
кровь в сосудах селезенки сгущается. Селезенка может вместить до 20 %
эритроцитов всей крови организма.
При физических и эмоциональных напряжениях влияния, идущие к се-
лезенке по симпатическим нервам, а также адреналин, выбрасываемый в
кровь мозговым веществом надпочечников, вызывают сокращение глад-
кой мускулатуры капсулы, трабекул и сосудов в органе. Венозные сфинк-
теры при этом открываются и депонированная в селезенке кровь выбрасы-
вается в общий кровоток. В кровоток поступает дополнительно и большое
количество эритроцитов. Таким образом, селезенка является основным
депо эритроцитов. Большое количество их, поступая в циркулирующую
кровь при физических и эмоциональных напряжениях, значительно повы-
шает кислородную емкость крови.
Гладкие мышцы селезенки могут вовлекаться в реакции и условнореф-
лекторным путем. Вследствие этого любые сигналы о предстоящей физи-
ческой нагрузке или эмоциональном напряжении могут вызывать сокра-
щение гладких мышц селезенки и выход в кровь большого количества
эритроцитов. Организм оказывается заблаговременно подготовленным к
предстоящим физическим и эмоциональным нагрузкам. Выход крови из
селезенки наблюдается также при кровопотерях, ожогах, травмах, гипок-
сии, асфиксии, анестезии и при ряде других состояний.
Депонирующая роль печени и кожи. Кровь, находящаяся в сосудах пече-
ни и сосудистом сплетении кожи (у человека до 1 л), циркулирует значи-
тельно медленнее (в 10—20 раз), чем в других сосудах. Поэтому кровь в
этих органах задерживается, т. е. они также являются резервуарами крови.
Большую роль в качестве депо играет печень. В стенках крупных ветвей
печеночных вен имеются мышечные пучки, образующие сфинктеры, ко-
торые, сокращаясь, суживают устья вен, что препятствует оттоку крови от
печени. Кровь, находящаяся в печени, не выключается из циркуляции,
как это происходит в селезенке, но ее движение замедляется. Регуляция
кровенаполнения печени, а следовательно, ее функция как депо крови
осуществляется рефлекторным путем. Роль депо крови выполняет вся ве-
нозная система и в наибольшей степени вены кожи.
330
6.2.3.7. Изменения деятельности сердечно-сосудистой
системы при работе
Для обеспечения эффективной деятельности мышц при физической ра-
боте необходимо значительное увеличение доставки к работающим мыш-
цам кислорода. Это становится возможным прежде всего за счет увеличе-
ния МОК. Показано, что МОК и потребление кислорода при мышечной
деятельности возрастают параллельно. При интенсивной мышечной рабо-
те МОК достигает 25—30 л. Это происходит за счет увеличения ЧСС и си-
столического объема посредством использования резервного объема. У не-
тренированных лиц МОК увеличивается обычно за счет учащения сердеч-
ных сокращений. У тренированных при работе средней тяжести происхо-
дит увеличение систолического объема и гораздо меньшее, чем у нетрени-
рованных, учащение ЧСС. В случае очень тяжелой работы, например при
требующих огромного мышечного напряжения спортивных соревновани-
ях, даже у хорошо тренированных спортсменов наряду с увеличением сис-
толического объема отмечается учащение ЧСС. ЧСС у тренированных лю-
дей может достигать при большой нагрузке 200—220 в 1 мин. Увеличение
кровоснабжения работающих мышц наряду с ростом МОК достигается и
перераспределительными реакциями в системе кровообращения: наряду с
расширением сосудов мышц сужаются сосуды брюшной полости. Измене-
ния АД при физической работе менее выражены. АД обычно не увеличи-
вается более чем на 30—40 мм. рт. ст., так как происходит расширение
значительного количества артериол, обеспечивающих увеличенное крово-
снабжение работающих мышц. Более выраженный подъем АД бывает при
статических нагрузках (подъем и удержание тяжестей) вследствие увеличе-
ния периферического сопротивления за счет механического сдавливания
сосудов длительно сокращенными мышцами. Обеспечение кровоснабже-
ния мозга при умственной работе описано в разделе 6.2.4.2.
6.2.4. Регионарное кровообращение
Главное назначение кровообращения, состоящее в обеспечении обмена
газами, веществами и продуктами их метаболизма, а также тепловой
энергией между кровью и клетками тканей, реализуется на уровне сосу-
дистой системы органов.
Именно здесь осуществляется непосредственное соприкосновение об-
менных сосудов с тканевыми элементами, а структурные особенности
строения стенки кровеносных капилляров и низкая линейная скорость
кровотока в них создают оптимальные условия для полноценного осуще-
ствления обменно-транспортной функции кровообращения.
Одним из наиболее важных аспектов физиологии регионарного крово-
обращения является вопрос о соотношении микроциркуляторного русла с
функционирующим органом, который обслуживается этим руслом. Мик-
роциркуляторное русло включено в тканевую среду органа. Благодаря их
функциональному взаимодействию осуществляется единство кровоснаб-
жения, метаболизма и функции данного органа.
Каждые орган и ткань обладают индивидуальными особенностями кро-
воснабжения. Специального рассмотрения требуют кровоснабжение серд-
ца, ЦНС и легких, так как именно нарушения кровоснабжения этих орга-
нов являются наиболее распространенными причинами ранней инвалиди-
зации и смертности населения нашей планеты.
331
6.2.4.1 Коронарное кровообращение
Необходимость непрерывного обеспечения таких физиологических
свойств миокарда, как автоматизм, возбудимость, проводимость, сокра-
тимость, а также пара- и эндокринной функции требует значительных
затрат энергии. Наиболее энергоемкой является сократительная функ-
ция миокарда, которая должна устойчиво поддерживаться в течение всей
жизни организма.
Энергию, необходимую для совершения механической работы, сердце
получает преимущественно за счет окислительного метаболизма питатель-
ных веществ, в связи с чем миокард характеризуется очень высоким по-
треблением кислорода. В условиях функционального покоя организма по-
требление кислорода сердцем достигает 10 мл/100 г/мин, что составляет
примерно 15 % от общего количества потребляемого организмом кислоро-
да. При этом сердце экстрагирует из артериальной крови 60—75 % кисло-
рода, а в условиях выраженной функциональной нагрузки потребление
кислорода миокардом возрастает примерно в 4—5 раз по сравнению с по-
коем.
Когда работа сердца возрастает в результате увеличения ударного объ-
ема без изменений среднего АД и ЧСС, потребление кислорода миокар-
дом увеличивается незначительно. Напротив, если работа сердца увеличи-
вается в результате повышения среднего АД, увеличению внешней работы
сердца соответствует повышение потребления кислорода миокардом. Из
этого следует, что при одной и той же произведенной работе миокард по-
требляет значительно больше кислорода в том случае, когда кровь нагне-
тается против повышенного давления, чем когда изгоняет больший объем
крови при низком давлении.
При колебаниях ЧСС потребление кислорода миокардом изменяется
соответственно изменению произведения длительности систолы на часто-
ту сокращений, поэтому более высокая ЧСС будет сопровождаться боль-
шим потреблением кислорода, следовательно, меньшей эффективностью
миокарда.
Доставка артериальной крови в миокард осуществляется венечными
(коронарные) артериями, которые, разветвляясь и широко анастомозируя
во всех слоях и отделах сердца, образуют густую сеть капилляров и прак-
тически каждое мышечное волокно снабжено собственным обменным со-
судом. Венозный отток от миокарда осуществляется через широкий венеч-
ный (коронарный) синус, открывающийся в полость правого предсердия.
При минимальных энергетических затратах бодрствующего организма
через коронарные сосуды протекает 200—250 мл крови в 1 мин (60—
70 мл/100 г/мин), что составляет примерно 4—5 % МОК. При интенсив-
ной физической работе объемная скорость кровотока в венечных сосудах
возрастает до 350—400 мл/100 г/мин.
Важнейшими показателями кровоснабжения сердца являются доста-
точность коронарного кровотока и резерв кровоснабжения сердца (коро-
нарный резерв).
Критерием достаточности коронарного кровотока служит отношение
поступления кислорода к потребности миокарда в нем. Значения этого от-
ношения ниже 1,2 указывают на критическое уменьшение оксигенации
миокарда. Критерием резерва кровоснабжения сердца — максимального
332
увеличения интенсивности коронарного кровотока при вазодилатации ко-
ронарных артерий — служит отношение разницы между максимально воз-
можной доставкой кислорода к активно работающему сердцу к величине
потребления кислорода в покое. В норме в зависимости от уровня возрас-
тания метаболической потребности миокарда коронарный резерв в состо-
янии обеспечить поставку кислорода в 5 раз больше, чем количество кис-
лорода, потребляемое сердцем при работе в условиях функционального
покоя.
Гемодинамические основы интенсивности коронарного кровотока под-
чиняются принципу: Q = AP/R, согласно которому объемная скорость кро-
вотока (Q) прямо пропорциональна перфузионному градиенту давления в
сосудах (ДР) и обратно пропорциональна сопротивлению сосудистого русла
(R). Однако зависимость интенсивности коронарного кровотока от перфу-
зионного давления в сосудах сердца значительно более сложна, чем в сосу-
дах других органов, поскольку перфузионный градиент в сосудах цикличе-
ски сокращающегося и расслабляющегося сердца определяется не только
разностью между АД и венозным давлением. Он зависит также от цикличе-
ски изменяющихся величин внесосудистого тканевого давления в различ-
ных участках миокарда, поэтому уровень перфузионного давления в коро-
нарном кровообращении выражается формулой:
лр = Р — Р — Р
га гв гтк,
где Ра — артериальное (задающее, входное) давление, Рв — венозное (от-
водящее) давление, Ртк — тканевое (внесосудистое) давление, возрастаю-
щее во время систолы при сокращении миокарда.
Задающее АД для перфузии сердца генерируется непосредственно са-
мим сердцем, поскольку кровяное давление в проксимальном отделе аор-
ты одновременно служит входным давлением для коронарной циркуля-
ции. В свою очередь это же аортальное давление создает сопротивление у
выхода из левого желудочка (постнагрузка левого желудочка), влияя на
уровень производимой сердцем работы и, следовательно, определяет по-
требность миокарда в питательных веществах и кислороде. Поэтому повы-
шение аортального давления, например при физической работе, ведет к
возрастанию перфузионного давления в сосудах сердца и как следствие
коронарного кровотока.
Формирование и природа отводящего давления в коронарном кровооб-
ращении остаются не окончательно выясненными. Очевидно, что оно не
является равным венозному давлению в месте перехода коронарного сину-
са в правое предсердие.
Вклад внесосудистого давления в установление перфузионного давле-
ния в коронарных сосудах характеризуется высокой фазовой изменчиво-
стью, поскольку сдавление венечных сосудов возникает периодически при
сокращениях миокарда, а степень этого сдавления, вызывающего систоли-
ческое ограничение притока артериальной крови, максимальна в глубоких
слоях миокарда левого желудочка, куда кровь поступает преимущественно
во время диастолы. В связи с этим в левой коронарной артерии интенсив-
ность кровотока в систолу составляет %—% кровотока в диастолу.
Таким образом, фазовый характер участия внесосудистого давления в
организации коронарной перфузии обусловливает специфическую функ-
циональную особенность кровоснабжения сердца, состоящую в зависимо-
сти коронарного кровотока от периода сердечного цикла. В связи с этим
интенсивное кровоснабжение сердца наблюдается только в диастолу, тогда
333
мм рт.ст.
0,1 с
Рис. 6.15. Направлен-
ность изменений арте-
риального и венозного
кровотока в сосудах
сердца и ее зависимость
от давления в аорте, си-
столы и диастолы (по
Шмидту и Тевсу, 1996).
как во время систолы коронарный артериальный кровоток уменьшается
вплоть до почти полного его прекращения. Движение крови в коронарных
венах, так же как и артериях сердца, подвержено фазным колебаниям, но
противоположной направленности (рис. 6.15).
Несмотря на выраженное снижение притока артериальной крови во
время систолы, считается, что метаболические потребности миокарда в
этих условиях при нормальной частоте сокращений сердца удовлетворяют-
ся несколькими факторами: 1) высокой экстракцией кислорода миоглоби-
ном мышцы сердца, содержание которого в кардиомиоцитах в 1,5 — 2 раза
больше, чем в скелетной мышце; 2) высокой растяжимостью коронарных
сосудов, превышающей примерно в 6 раз растяжимость сосудов скелетной
мышцы; 3) резким ускорением оттока венозной крови в период систолы;
4) значительным увеличением объемной скорости кровотока в коронар-
ных артериях во время диастолы.
Регуляция коронарного кровообращения. Первостепенная роль в регуля-
ции коронарного кровообращения принадлежит изменению сопротивле-
ния коронарного русла, которое в условиях функционального покоя явля-
ется одним из самых высоких в организме, что свидетельствует о наличии
334
у сосудов сердца выраженного базального тонуса и большого вазодилата-
торного резерва. Изменения тонуса коронарных сосудов происходят в ре-
зультате влияний регуляторных факторов местного и дистанционного про-
исхождения.
К местным факторам регуляции сократительной активности гладкомы-
шечных клеток (ГМК) коронарных сосудов принадлежат воздействия фи-
зической (напряжение сдвига на сосудистой стенке, пульсационная де-
формация сосудистой стенки, трансмуральное давление) и химической
природы, прежде всего POj и продуктов клеточного метаболизма. Из чис-
ла местных метаболических факторов наибольшую активность по отноше-
нию к регуляции коронарного кровотока проявляет аденозин. Наряду с
этим активное местное влияние на просвет коронарных сосудов оказыва-
ют уровень осмолярности, связанный с содержанием К+, Na+, Са2+, Mg2+
в периваскулярном пространстве, РСОг и pH интерстициальной жидко-
сти, а также вазоактивные вещества, продуцируемые сосудистыми эндоте-
лиоцитами (оксид азота, простациклин, эндотелиальный фактор гиперпо-
ляризации, эндотелины), тромбоцитами (серотонин, АДФ, тормбоксан) и
лейкоцитами (лейкотриены).
К дистанционным факторам регуляции тонуса коронарных сосудов от-
носятся влияния циркулирующих с кровью гормонов и других биологиче-
ски активных веществ и вазомоторные нервные волокна.
Вопрос о характере нервной регуляции коронарного кровообращения
выяснен не до конца. Считают, что симпатические адренергические нер-
вные волокна вызывают в ряде случаев (физическая работа, стенические
отрицательные эмоции) расширение венечных сосудов и увеличение кро-
вотока в миокарде. Наряду с этим в других условиях (астенические отри-
цательные эмоции, боль и др.) наблюдаются симпатические коронаросу-
живающие эффекты. Причины таких противоположных влияний связы-
вают с избирательной «настройкой» чувствительности а- и 0-адренорецеп-
торов, широко представленных в мембранах ГМК коронарных сосудов, а
также с концентрацией катехоламинов, которые влияют на метаболизм
ГМК и интерстициальной ткани. Парасимпатические холинергические
влияния, вероятнее всего, опосредованно, угнетая сократительную актив-
ность сердечной мышцы, снижают ее метаболические потребности и тем
самым приводят к снижению кровоснабжения миокарда.
Особая роль в механизмах многофакторного местного и дистанционно-
го контроля коронарного кровотока отводится продуктам синтетической
деятельности сосудистых эндотелиоцитов, которые обладают не только
прямым действием на сократительную активность ГМК сосудов, но также
модулируют сосудистые эффекты других регуляторных факторов.
Методы исследования коронарного кровообращения. Коронарография —
рентгенологический метод исследования венечных сосудов путем их конт-
растирования, используемый с целью выяснения пропускной способности
коронарных сосудов, а также оценки коллатерального кровотока. При
ишемической болезни сердца коронарография служит для уточнения ло-
кализации и протяженности стенозов и окклюзии коронарных сосудов.
Неинвазивную количественную оценку венечного кровотока можно
осуществить с помощью специальных вариантов метода компьютерной то-
мографии коронарных артерий (электронно-лучевая компьютерная томо-
графия и однофотонная эмиссионная компьютерная томография).
Наибольшее распространение получили допплерографические методы
исследования сосудистой системы сердца. Современные эхокардиографи-
ческие методы представлены трансторакальной эхокардиографией и чрес-
335
пищеводной эхокардиографией. Оба метода позволяют неинвазивно визу-
ализировать коронарные сосуды. Однако возможности первого из них
ограничены локацией только проксимальных участков венечных артерий,
тогда как при чреспищеводной эхокардиографии, являющейся более со-
временным вариантом стандартного эхокардиографического исследования
с применением многопланового эндоскопического датчика, вероятность
визуализации коронарных артерий на большем протяжении намного
выше. Перспективной из этой группы методов исследования коронарного
кровообращения представляется контрастная чреспищеводная эхокардио-
графия, позволяющая исследовать кровоток не только в артериях сердца,
но и оценивать функцию венечных шунтов и анастомозов, а также пото-
ковые характеристики коронарного кровотока.
Наиболее полную информацию о состоянии кровоснабжения сердца да-
ет метод позитронной эмиссионной томографии, позволяющий определить
количественные характеристики коронарного кровотока и, что очень важ-
но, оценить коронарный резерв у человека в норме и при патологии сердца.
Перфузионная сцинтиграфия — точный метод изучения кровоснабжения
миокарда, предполагающий использование пирофосфата, меченного 99тТс,
накапливающегося в рубцовой ткани, очагах ишемии и некроза, а также
20,Т1 (таллия), обладающего тропностью к нормально кровоснабжаемому
миокарду. По аналогии с радионуклидной вентрикулографией исследова-
ние выполняют с помощью гамма-камеры, в покое и при нагрузках.
Доступными методами оценки коронарного резерва (способность коро-
нарных артерий пропускать количество крови, адекватное возросшим по-
требностям миокарда) являются пробы с дозированной физической на-
грузкой на велоэргометре и/или тредмиле (бегущая дорожка). В процессе
их выполнения методом контроля служит электрокардиография, обычно в
отведениях по Небу, в которых контролируется положение сегмента ST по
отношению к изоэлектрической линии. Пробы с физической нагрузкой
позволяют определять толерантность обследуемого к ней, изучать характер
изменений АД и ЧСС. Наряду с пробами с физической нагрузкой при
определении расширительного резерва коронарных артерий используют
тест с частой чреспищеводной электростимуляцией предсердий. При этом
увеличение протребления кислорода миокардом происходит только в резу-
льтате прироста ЧСС без значительных сдвигов АД. Прекращение элект-
ростимуляции предсердий сопровождается почти мгновенным восстанов-
лением ЧСС и исходных показателей гемодинамики, что делает данную
пробу более безопасной. Поскольку данное исследование проводят в по-
ложении лежа на спине в состоянии физического покоя, легко удается ре-
гистрировать стандартную электрокардиограмму без существенных иска-
жений.
6.2.4.2. Кровоснабжение головного и спинного мозга
(Нормальная деятельность ЦНС наитеснейшим образом связана с ее по-
стоянно адекватным и хорошо регулируемым кровоснабжением.
Высокая чувствительность нервной ткани к изменениям, в первую оче-
редь РО2, РСО2 и содержания глюкозы, объясняет, почему нарушения
функции ЦНС чаще всего связаны с цереброваскулярной патологией.
Кровоснабжение головного мозга. Головной мозг человека даже в усло-
виях функционального покоя характеризуется непрерывно протекающими
336
энергоемкими процессами аэробного характера, требующими высокого
потребления мозговой тканью кислорода (3—4 мл/100 г/мин) и глюкозы
(У мг/100 г/миа)- Известно, что нервная ткань практически не ооладает ни
субстратом для анаэробных окислительных процессов, ни запасами кисло-
рода, а, значит, для нормального функционирования мозга необходима
высокая интенсивность его кровоснабжения. В связи с этим головной
мозг, в среднем имеющий массу 1400—1500 г (примерно 2 % от общей
массы тела), в состоянии функционального покоя получает около
750 мл/мин kj)obh, что соответствует примерно 15 % общего сердечного
выброса. Обт>.м»ая с корпеть кровотока при этих условиях составляет в
среднем 50— 65 мл/100 г/мин, однако следует отметить, что qqpoe неитест-
вб~обеспечивается кровью интенсивнее, чем белое, что связано с его более
высокой клеточной активностью. У детей 1-го года жизни величина сум-
марного мозгового кровотока на 50 — 55 % больше, а в старческом возрас-
те примерно на 20 % меньше, чем у человека в зрелом возрасте.
В функциональном отношении в сосудистой системе головного мозга
можно выделить две взаимосвязанные гемодинамические подсистемы:
а) макроциркуляция, образующая русло для общего суммарного мозгового
кровотока; б) микроциркуляция, структурно-функциональной единицей
которой в головном мозге является сосудистый модуль — относительно
автономный в гемодинамическом отношении комплекс микрососудов,
снабжающий кровью отдельные функционально специализированные по-
пуляции нервных клеток.
Сосуды макроциркуляции располагаются практически на поверхности
мозга и характеризуются многочисленными анастомозами. В отличие от
них в сосудах микроциркуляции мозга отмечается практически полное от-
сутствие анастомозов, поэтому ишемия нервной ткани, вызванная тромбо-
зом или стойким спазмом внутримозговых микрососудов, как правило, не
компенсируется и сопровождается нарушением тех функций организма,
которые регулировались обескровленным нервным центром.
Регуляция мозгового кровообращения. Главной целью регуляции мозгово-
го кровообращения является гемодинамическое обеспечение оптимальных
физико-химических условий для нормального функционирования мозга.
При этом в норме должны соблюдаться следующие условия: а) минимиза-
ция отклонений физического и химического гомеостаза внутренней среды
мозга при сдвигах системной гемодинамики и ликвородинамики; б) мини-
мизация отклонений физического и химического гомеостаза внутренней
среды мозга при изменениях газового состава крови и ЦСЖ; в) перераспре-
деление кровотока между областями мозга; г) адекватное кровоснабжение
функционально специализированных нейронных ансамблей при измене-
нии их метаболической активности. Эти условия создаются путем реализа-
ции основных сосудистых регуляторных процессов в системе мозгового
кровообращения, краткая характеристика которых представлена в табл. 6.2.
Снижениелнтенсивности кровоснабжения головного мозга чревато раз-
витием дефицита кислорода и глюкозы, что может привести к нарушениям
деятельности мозга. Однако в здоровом организме благодаря надежным ме-
ханизмам ауторегуляции мозгового кровотока питание мозга остается прак-
тически неизменным при падении среднего АД вплоть до 50 мм рт. ст.
Мозг расположен в ригидном костном образовании — черепе (исключе-
ние составляют дети грудного возраста, у которых имеются роднички, при-
дающие некоторую подвижность стенкам черепной коробки). Поскольку
в полости черепа, помимо мозгового вещества, содержатся кровь и ЦСЖ,
являющиеся практически несжимаемыми средами, регуляция кровенапол-
337
Таблица 6.2. Основные регуляторные процессы в системе мозгового кровообра-
щения
Регуляторный процесс Назначение Исполнительные сосуды
Ауторегуляция мозгового кровото- ка при сдвигах системной гемоди- намики и ликвородинамики Стабилизация мозгового кро- вотока в рамках гомеостатиче- ского диапазона Магистральные Пиальные Внутримозговые
Функциональная гиперемия Адекватное кровоснабжение активированных зон, облас- тей и отдельных нейронных ансамблей Пиальные Внутримозговые
Постгиперкапническая и постгипо- ксемическая гиперемия Нормализация РСО2 и РО2 в моговой ткани Магистральные Пиальные Внутримозговые
нения мозга тесно связана с регуляцией в нем объема ЦСЖ. Изменение
количества крови в сосудистой системе мозга сопровождается противо-
направленным изменением количества ликвора и наоборот. Благодаря
этому их общий объем в полости черепа остается постоянным. При избы-
точности же кровоснабжения мозга может произойти излишняя гидрата-
цйзгнервнойТканй'с последующим развитием отека мозга. Основной при-
чиной избыточности кровоснабжения головного мозга_может служить уве-
личение перфузионного давления в сосудах мозга, вызванное повышением
среднего АД. В норме вследствие развития ауторегуляторных сосудистых
реакций мозг предохранен от избыточности кровенаполнения при повы-
шении давления вплоть до 160— 170 мм рт. ст. Основным механизмом
развития ауторегуляторных реакций мозговых сосудов при этом считается
миогенный. Помимо способности к развитию ауторегуляторных сосудис-
тых реакций, предохранение головного мозга от высокого перфузионного
давления и избыточности пульсации кровотока осуществляется и за счет
особенностей ангиоархитектоники сосудистой системы мозга. В частно-
сти, эту функцию достаточно эффективно выполняют многочисленные
изгибы (сифоны) по ходу сосудистого русла, которые способствуют сгла-
живанию пульсирующего характера кровотока.
В активно работающем мозге возникает потребность в увеличении ин-
тенсивности кровоснабжения. Благодаря явлению функциональной-(рабо-
чей) гиперемии такая возросшая'потребность мозга в литании полностью
удовлетворяется.’ Объясняется это специфическими особенностями работы
МЬзга И Йирфрфункциональной организации мозгового кровообращения.
Являясь регулятором всех соматических и висцеральных функций, и глав-
ным органом взаимодействия организма с внешней средой, мозг активен
постоянно; но общий уровень его активности и степень акхивнбета отдель-
ных областей, зон и даже микроучастков мозга различны. При повышении
активности всего организма (усиленная физическая работа, эмоциональ-
ный стресс и др.) суммарный мозговой кровоток может возрасти примерно
на 20—25 %, однако эта гиперемия не оказывает повреждающего механиче-
ского действия на окружающие ткани, поскольку пиальные сосуды распо-
ложены на поверхности больших полушарий в сравнительно широких лик-
ворных каналах и обладают свободным пространством для такого кровена-
полнения. В свою очередь многообразные текущие виды деятельности че-
ловека характеризуются развитием процесса активации в строго соответст-
338
вующих нервных центрах, где и формируются доминантные очаги, клеточ-
ные элементы которых увеличивают свою метаболическую активность и,
следовательно, нуждаются в усиленном кровоснабжении. В этих случаях
нет необходимости в увеличении всего мозгового кровотока, а лишь требу-
ется его внутримозговое перераспределение в пользу нуждающихся участ-
ков или даже микроучастков мозга. Эта потребность реализуется путем раз-
вития локальной функциональной гиперемии только в активированных от-
делах мозга.
Ведущая роль в развитии локальной функциональной гиперемии в моз-
ге отводится местным факторам регуляции сосудистого тонуса, приводя-
щим к дилатации мозговых микрососудов и тем самым создающим усло-
вия для увеличения интенсивности кровотока. Совокупность этих факто-
ров подразделяют на 2 группы в зависимости от их расположения по отно-
шению к ГМК сосудистой стенки. Первую группу образуют факторы, дей-
ствующие на сосудистую стенку со стороны окружающих сосуд тканей
(факторы экстравазарного происхождения), к которым относятся: а) уро-
вень осмолярности периваскулярного пространства; б) величина pH, свя-
занная с изменениями РО2, РСО2 и концентрации кислых метаболитов в
интерстициальном пространстве; в) биологически активные вещества и
нейропептиды тканевого происхождения; г) оксид азота нейроглиального
происхождения. Вторую группу составляют факторы интравазарного про-
исхождения, порождаемые физико-химическими характеристиками крово-
тока, изменениями газового состава крови и содержания в ней биологиче-
ски активных веществ. Сосудорасширяющее действие факторов интрава-
зарного происхождения опосредуется через эндотелиальные клетки сосу-
дистой стенки, которые путем выделения оксида азота, простациклина и
фактора гиперполяризации снижают сократительную способность ГМК.
Методы исследования мозгового кровообращения. К непрямым методам
оценки кровообращения в мозге, позволяющим лишь косвенно судить о
состоянии мозговой гемодинамики, относятся методы оценки кровообра-
щения в сетчатке глаза (офтальмотонометрия, офтальмодинамометрия,
окулосфигмография) и реоэнцефалография.
К группе методов, выявляющих качественные изменения направленно-
сти таких характеристик мозгового кровообращения, как ширина просвета
сосудов, объем крови в них и скорость кровотока, однако не позволяющих
оценивать эти изменения количественно, относятся церебральная рентге-
ноконтрастная ангиография, каротидная ангиография и вертебральная ан-
гиография.
Современные неинвазивные количественные методы измерения мозго-
вого кровотока подразделяют на 3 группы: методы измерения общего кро-
вотока в мозге, кровотока в небольших областях мозга и локального моз-
гового кровотока в глубинных структурах мозга. Среди этих методов наи-
более доступными, информативными и относительно простыми в испол-
нении являются различные варианты ультразвуковой допплерографии (ка-
ротидная допплерография, вертебральная допплерография, транскраниа-
льная допплерография и допплеросонография). Высокой информативно-
стью в оценке микрогемодинамики в корковых и глубинных структурах
мозга, цереброваскулярного резерва обладают радиоизотопный метод с
применением изотопов, не диффундирующих из сосудистого русла в ткань
мозга, методы однофотонной эмиссионной компьютерной томографии,
магнитно-резонансной томографии, позитронной эмиссионной томогра-
фии (ПЭТ). Особую ценность при исследовании цереброваскулярного ре-
зерва представляет ПЭТ, который одновременно с определением величи-
339
ны кровотока в мозговых структурах позволяет установить уровень клеточ-
ного метаболизма кислорода и глюкозы, т.е. оценить условия циркулятор-
но-метаболического гомеостаза в мозговой ткани.
При определении цереброваскулярного резерва с помощью ПЭТ чаще
всего используют функциональный тест в виде ингаляционной пробы с
вдыханием в течение 1—2 мин газовой смеси, содержащей 5—7 % СО2.
Этот функциональный тест активирует механизмы вазодилататорной регу-
ляции мозговых сосудов, ответственные за адекватное метаболическое
обеспечение деятельности мозга.
Кровоснабжение спинного мозга осуществляется корешковыми артерия-
ми, берущими начало главным образом от подключичных и позвоночных
отделов аорты.
Конструкция кровоснабжения ткани спинного мозга характеризуется
сегментарностью. Внутримозговые артерии, отходящие от поверхностной
сети вглубь мозга, ветвятся и образуют капиллярную сеть, которую по-
дразделяют на 3 группы: 1) капилляры, идущие в продольной плоскости
параллельно нервным волокнам и питающие белое вещество; 2) капилля-
ры желатинозной субстанции, образующие продольные сети; 3) капилля-
ры серого вещества спинного мозга. Капилляры спинного мозга, анало-
гично капиллярам головного мозга, имеют стенки, состоящие из плотного
слоя эндотелиальных клеток, и тесно контактируют с сосудистыми ножка-
ми глиальных клеток. Это обстоятельство свидетельствует о функциониро-
вании гематоэнцефалического барьера и на уровне спинного мозга.
Общая объемная скорость кровотока в спинном мозге у человека в усло-
виях функционального покоя составляет в среднем 30—32 мл/100 г/мин.
Однако распределение кровотока по различным отделам спинного мозга и в
пределах каждого из сегментов неодинаково. Наибольшая объемная ско-
рость кровотока наблюдается в шейном (в среднем 34 мл/100 г/мин) и по-
ясничном (в среднем 34 мл/100 г/мин) отделах, тогда как в грудном отделе
кровоток наименьший и составляет в среднем 29 мл/100 г/мин. Во всех сег-
ментах спинного мозга кровоснабжение серого вещества выше, чем белого
вещества, что объясняется более высокими энергоемкими процессами,
протекающими в соме нервных клеток.
При изменениях системного АД кровоток в спинном мозге благодаря
механизмам его ауторегуляции меняется незначительно. Верхняя граница
ауторегуляции кровотока достигает 170 мм рт. ст. Сведения относительно
значений нижней границы ауторегуляции кровотока в спинном мозге от-
сутствуют, однако можно предположить, что она в спинном мозге ниже,
чем в головном, поскольку нейроны спинного мозга менее чувствительны
к недостаточности питания.
6.2.4.3. Легочное кровообращение
Важнейшей особенностью организации кровоснабжения легких являет-
ся ее двухкомпонентный характер, поскольку легкие получают кровь из
сосудов малого круга кровообращения и бронхиальных сосудов большо-
го круга кровообращения.
Функциональное назначение сосудистой системы малого круга крово-
обращения состоит в обеспечении газообменной функции, тогда как
бронхиальные сосуды удовлетворяют собственные метаболические потреб-
ности легочной ткани.
340
Капилляры легких образуют на поверхности альвеол очень густую сеть,
и при этом на одну альвеолу приходится несколько капилляров. В связи с
тем что стенки альвеол и капилляров тесно контактируют, образуя как бы
единую альвеолярно-капиллярную мембрану, создаются наиболее благо-
приятные условия для эффективных вентиляционно-перфузионных взаи-
моотношений. В условиях функционального покоя у человека капилляр-
ная кровь находится в контакте с альвеолярным воздухом в течение при-
мерно 0,75 с. При тяжелой физической работе продолжительность контак-
та укорачивается и составляет в среднем 0,35 с.
В результате слияния капилляров образуются характерные для легочной
сосудистой системы безмышечные посткапиллярные венулы, трансформи-
рующиеся в венулы мышечного типа и далее в легочные вены. Особенно-
стью сосудов венозного отдела являются их тонкостенность и слабая выра-
женность ГМК. Структурные особенности легочных сосудов, в частности
артерий, определяют большую растяжимость сосудистого русла, что соз-
дает условия для более низкого сопротивления (приблизительно в 10 раз
меньше, чем в системе большого круга кровообращения), и, следователь-
но, более низкого кровяного давления. В связи с этим система малого кру-
га кровообращения относится к области низкого давления. Давление в
легочной артерии составляет в среднем 15—25 мм рт. ст., а в венах —
6—8 мм рт. ст. Градиент давления равен примерно 9—17 мм рт. ст., т.е.
значительно меньше, чем в большом круге кровообращения. Несмотря на
это, повышение системного АД или же значительное увеличение кровото-
ка (при активной физической работе) существенно не влияет на транс-
муральное давление в легочных сосудах из-за их большей растяжимости.
Большая растяжимость легочных сосудов определяет еще одну важную
функциональную особенность этого региона, заключающуюся в способно-
сти депонировать кровь и тем самым предохранять легочную ткань от оте-
ка при увеличении минутного объема кровотока.
Распределение кровотока в легких характеризуется неравномерностью
кровоснабжения верхних и нижних долей, так как низкое внутрисосудистое
давление определяет высокую зависимость легочного кровотока от гидро-
статического давления. Так, в вертикальном положении человека верхушки
легкого расположены выше основания легочной артерии, что практически
уравнивает АД в верхних долях легких с гидростатическим давлением. По
этой причине капилляры верхних долей слабо перфузируются, тогда как в
нижних долях благодаря суммированию АД с гидростатическим давлением
кровоснабжение намного обильнее. Описанная особенность легочного кро-
вообращения играет важную роль в установлении неодинаковых перфузи-
онно-вентиляционных отношений в различных долях легкого.
Интенсивность кровоснабжения легких зависит от циклических изме-
нений плеврального и альвеолярного давления в различные фазы дыхате-
льного цикла. Во время вдоха, когда плевральное и альвеолярное давление
уменьшается, происходит пассивное расширение крупных внелегочных и
внутрилегочных сосудов, сопротивление сосудистого русла дополнительно
снижается и интенсивность кровоснабжения легких в фазу вдоха увеличи-
вается.
, Регуляция легочного кровообращения. Местная регуляция легочного кро-
вотока в основном представлена метаболическими факторами, ведущая
роль среди которых принадлежит РО2 и РСО2. При снижении РО2 и/или
повышении РСО2 происходит вазоконстрикция легочных сосудов.
Нервная регуляция легочного кровотока осуществляется в основном
симпатическими сосудосуживающими волокнами. Система легочного кро-
341
вообращения выделяется среди всех сосудистых регионов наибольшей
функциональной взаимосвязью с регуляцией гемодинамики в большом
круге кровообращения. Известно, что рефлексы саморегуляции кровооб-
ращения с баро- и хеморецепторов каротидного синуса сопровождаются
активными изменениями легочного кровотока. В свою очередь рецепторы
сосудов малого круга кровообращения являются рефлексогенной зоной,
порождающей рефлекторные изменения в сердечно-сосудистой системе.
Гуморальная регуляция легочного кровообращения в значительной сте-
пени обусловлена влиянием таких биологически активных веществ, как
ангиотензин II, адреналин, норадреналин, ацетилхолин, брадикинин, се-
ротонин, гистамин, простагландины, которые вызывают свои сосудистые
эффекты в зависимости от состояния эндотелия легочных сосудов.
Методы исследования легочного кровообращения. Ангиография легких —
рентгенологическое исследование легочных сосудов после их контрасти-
рования. При общей ангиографии легких контрастное вещество вводят
обычно в локтевую вену или в полость правого сердца. При селективной
ангиографии легких контрастное вещество вводят в одну из ветвей легоч-
ного ствола.
Несомненными преимуществами обладают радиоизотопные методы
изучения легочного кровообращения, которые дают возможность количе-
ственной оценки кровотока в легких и его распределения по зонам легоч-
ной ткани, а также позволяют определять изменения легочного кровотока
в динамике.
Усовершенствование в последнее десятилетие ультразвуковых техноло-
гий в области получения изображений привело к появлению неинвазив-
ных количественных ультразвуковых методов исследования кровообраще-
ния в легких. Кроме того, неинвазивный метод внутрисосудистого ультра-
звукового исследования позволяет измерить поперечное сечение легочных
сосудов, анализировать их внутреннее строение, локализацию и характер
поражения сосудов легких.
63. ЛИМФООБРАЩЕНИЕ
63.1. Строение лимфатической системы
Лимфатическая система человека и теплокровных животных состоит из
следующих образований:
• лимфатических капилляров, представляющих собой замкнутые с одного
конца эндотелиальные трубки, пронизывающие практически все органы
и ткани;
• внутриорганных сплетений посткапилляров и мелких, снабженных кла-
панами, лимфатических сосудов;
• экстраорганных отводящих лимфатических сосудов, впадающих в глав-
ные лимфатические стволы, прерывающихся на своем пути лимфатиче-
скими узлами;
• главных лимфатических протоков ~ грудного и правого лимфатическо-
го, впадающих в крупные вены шеи.
Лимфатические капилляры и посткапилляры представляют собой часть
лимфатической системы; в них под влиянием изменяющихся градиентов
гидростатического и коллоидно-осмотического давлений образуется лим-
фа. Стенки лимфатических капилляров и посткапилляров представлены
одним слоем эндотелиальных клеток, прикрепленных с помощью коллаге-
новых волокон к окружающим тканям. В стенке лимфатических капилля-
ров между эндотелиальными клетками имеется большое количество пор,
которые при изменении градиента давления могут открываться и закрыва-
ться. Внутри- и внеорганные лимфатические сосуды, лимфатические ство-
лы и протоки выполняют преимущественно транспортную функцию,
обеспечивая доставку образовавшейся в лимфатической системе лимфы в
систему кровеносных сосудов. Лимфатические сосуды являются системой
коллекторов, представляющих собой цепочки лимфангионов. Лимфангион
является морфофункциональной единицей лимфатических сосудов и со-
стоит из мышечной «манжетки», представленной спиралеобразно располо-
женными гладкими мышечными клетками и двух клапанов — дистального
и проксимального. Крупные лимфатические сосуды конечностей и внут-
ренних органов сливаются в грудной и правый лимфатический протоки.
Из протоков лимфа поступает через правую и левую подключичную вены
в общий кровоток.
6.3.2. Образование лимфы
Лимфа образуется из тканевой (интерстициальная) жидкости, накапли-
вающейся в межклеточном пространстве в результате преобладания филь-
трации жидкости над реабсорбцией через стенку кровеносных капилляров.
Движение жидкости из капилляров и внутрь их определяется соотношени-
ем гидростатического и осмотического давления, действующего через эндо-
телий капилляров. Осмотические силы стремятся удержать плазму внутри
кровеносного капилляра для сохранения равновесия с противоположно на-
правленными гидростатическими силами. Вследствие того что стенка кро-
веносных капилляров не является полностью непроницаемой для белков,
некоторое количество белковых молекул постоянно просачивается через
нее в интерстициальное пространство. Накопление белков в тканевой жид-
кости увеличивает ее осмотическое давление и приводит к нарушению ба-
ланса сил, контролирующих обмен жидкости через капиллярную мембрану.
В результате концентрация белков в интерстициальной ткани повышается и
белки по градиенту концентрации начинают поступать непосредственно в
лимфатические капилляры. Кроме того, движение белков внутрь лимфати-
ческих капилляров осуществляется посредством пиноцитоза.
6.3.3. Состав лимфы
В состав лимфы входят клеточные элементы, белки, липиды, низкомоле-
кулярные органические соединения (аминокислоты, глюкоза, глицерин),
электролиты. Клеточный состав лимфы представлен в основном лимфоци-
тами. В лимфе грудного протока их число достигает 8 109/л. Эритроциты в
лимфе в норме встречаются в ограниченном количестве, но их число значи-
тельно возрастает при травмах тканей; тромбоциты в норме не определяют-
ся. Макрофаги и моноциты встречаются редко. Гранулоциты могут прони-
кать в лимфу из очагов инфекции. Ионный состав лимфы не отличается от
ионного состава плазмы крови и интерстициальной жидкости. В то же
время по содержанию и составу белков и липидов лимфа значительно отли-
чается от плазмы крови. В лимфе человека содержание белков составляет в
среднем 2—3 %. Концентрация белков в лимфе зависит от скорости ее об-
343
разования: увеличение поступления жидкости в организм вызывает рост
объема образующейся лимфы и уменьшает концентрацию белков в ней.
В лимфе в небольшом количестве содержатся все факторы свертывания, ан-
титела и различные ферменты, имеющиеся в плазме. Холестерин и фосфо-
липиды находятся в лимфе в виде липопротеинов. Содержание свободных
жиров, которые находятся в лимфе в виде хиломикронов, зависит от коли-
чества жиров, поступивших в лимфу из кишечника. После приема пищи в
лимфе грудного протока содержится большое количество липопротеинов и
липидов, всосавшихся в желудочно-кишечном тракте. Между приемами
пиши содержание липидов в грудном протоке минимально.
63.4. Движение лимфы
Скорость и объем лимфообразования определяются процессами микро-
циркуляции и взаимоотношением системной и лимфатической циркуля-
ции. Так, при минутном объеме кровообращения, равном 6 л, через стен-
ки кровеносных капилляров в организме человека фильтруется около
15 мл жидкости. Из этого количества 12 мл жидкости реабсорбируется.
В интерстициальном пространстве остается 3 мл жидкости, которая в да-
льнейшем возвращается в кровь по лимфатическим сосудам. Если учесть,
что за 1 ч в крупные лимфатические сосуды поступает 150—180 мл лимфы,
а за сутки через грудной лимфатический проток проходит до 3 л лимфы,
которая в дальнейшем поступает в общий кровоток, то значение возврата
лимфы в кровь становится весьма ощутимым.
Движение лимфы начинается с момента ее образования в лимфатиче-
ских капиллярах, поэтому факторы, которые увеличивают скорость филь-
трации жидкости из кровеносных капилляров, также увеличивают ско-
рость образования и движения лимфы. Факторами, повышающими лим-
фообразование, являются увеличение гидростатического давления в ка-
пиллярах, возрастание общей поверхности функционирующих капилляров
(при повышении функциональной активности органов), увеличение про-
ницаемости капилляров, введение гипертонических растворов. Роль лим-
фообразования в механизме движения лимфы заключается в создании
первоначального гидростатического давления, необходимого для переме-
щения лимфы из лимфатических капилляров и посткапилляров в отводя-
щие лимфатические сосуды.
В лимфатических сосудах основной силой, обеспечивающей перемеще-
ние лимфы от мест ее образования до впадения протоков в крупные вены
шеи, являются ритмические сокращения лимфангионов. Лимфангионы,
которые можно рассматривать как трубчатые лимфатические микросерд-
ца, имеют в своем составе все необходимые элементы для активного
транспорта лимфы: развитую мышечную «манжетку» и клапаны. По мере
поступления лимфы из капилляров в мелкие лимфатические сосуды про-
исходит наполнение лимфангионов лимфой и растяжение их стенок, что
приводит к возбуждению и сокращению гладких мышечных клеток мы-
шечной «манжетки». Сокращение гладких мышц в стенке лимфангиона
повышает внутри него давление до уровня, достаточного для закрытия ди-
стального клапана и открытия проксимального. В результате происходит
перемещение лимфы в следующий центрипетальный лимфангион. Запол-
нение лимфой проксимального лимфангиона приводит к растяжению его
стенок, возбуждению и сокращению гладких мышц и перекачиванию лим-
фы в следующий лимфангион. Таким образом, последовательные сокра-
Рис. 6.16. Механизм движения лимфы по лимфатическим сосудам.
А — лимфангион в фазе сокращения; Б — лимфангион в фазе заполнения; В — лимфангион
в состоянии покоя; а — мышечная манжетка лимфангиона; б — клапан; 1 ~ потенциал дей-
ствия миоцита лимфангиона; 2 — сокращение стенки лимфангиона; 3 — давление в просве-
те лимфангиона. Стрелкой показано направление движения лимфы.
щения лимфангионов приводят к перемещению порции лимфы по лимфа-
тическим коллекторам до места их впадения в венозную систему. Работа
лимфангионов напоминает деятельность сердца. Как в цикле сердца, в
цикле лимфангиона имеются систола и диастола. По аналогии с гетеро-
метрической саморегуляцией в сердце, сила сокращения гладких мышц
лимфангиона определяется степенью их растяжения лимфой в диастолу.
И наконец, как и в сердце, сокращение лимфангиона запускается и управ-
ляется одиночным потенциалом действия (рис. 6.16).
Стенка лимфангионов имеет развитую иннервацию, которая в основ-
ном представлена адренергическими волокнами. Роль нервных волокон в
стенке лимфангиона заключается не в инициации сокращения, а в моду-
ляции параметров спонтанно возникающих ритмических сокращений.
Кроме этого, при общем возбуждении симпатико-адреналовой системы
могут происходить тонические сокращения гладких мышц лимфангионов,
что приводит к повышению давления во всей системе лимфатических со-
судов и быстрому поступлению в кровоток значительного количества лим-
фы. Гладкие мышечные клетки высокочувствительны к некоторым гормо-
нам и биологически активным .веществам. В частности, гистамин, увели-
чивающий проницаемость кровеносных капилляров и приводящий тем са-
мым к росту лимфообразования, увеличивает частоту и амплитуду сокра-
щений гладких мышц лимфангионов. Миоциты лимфангиона реагируют
также на изменения концентрации метаболитов, РО2 и повышение темпе-
ратуры.
В организме, помимо основного механизма, транспорту лимфы по со-
судам способствует ряд вспомогательных факторов. Во время вдоха усили-
вается отток лимфы из грудного протока в венозную систему, а при выдо-
хе он уменьшается. Движения диафрагмы влияют на ток лимфы — перио-
дическое сдавление и растяжение диафрагмой цистерны грудного протока
усиливают заполнение ее лимфой и способствуют продвижению по груд-
ному лимфатическому протоку.
34f
Повышение активности периодически сокращающихся мышечных ор-
ганов (сердце, кишечник, скелетные мышцы) влияет не только на усиле-
ние лимфооттока, но и способствует переходу тканевой жидкости в капил-
ляры. Сокращения мышц, окружающих лимфатические сосуды, повыша-
ют внутрилимфатическое давление и выдавливают лимфу в направлении,
определяемом клапанами. При иммобилизации конечности отток лимфы
ослабевает, а при активных и пассивных ее движениях — увеличивается.
Ритмическое растяжение и массаж скелетных мышц способствуют не то-
лько механическому перемещению лимфы, но и усиливают собственную
сократительную активность лимфангионов в этих мышцах.
6.3.5. Функции лимфатической системы
Наиболее важной функцией лимфатической системы является возврат
белков, электролитов и воды из интерстициального пространства в
кровь. За сутки в составе лимфы в кровоток возвращается более 100 г
низкомолекулярного белка, профильтровавшегося из кровеносных ка-
пилляров в интерстициальное пространство.
Через лимфатическую систему переносятся многие продукты, всасыва-
ющиеся в желудочно-кишечном тракте, и прежде всего жиры. Некоторые
крупномолекулярные вещества поступают в кровь исключительно по сис-
теме лимфатических сосудов. Лимфатическая система действует как
транспортная система по удалению эритроцитов, оставшихся в ткани по-
сле кровотечения, а также по удалению и обезвреживанию бактерий, по-
павших в ткани. В реализации этой функции активную роль играют лим-
фатические узлы, расположенные по ходу сосудов, которые продуцируют
лимфоциты и другие важнейшие факторы иммунитета. При возникнове-
нии инфекции в каких-либо частях тела региональные лимфатические
узлы воспаляются в результате задержки в них бактерий или токсинов.
В синусах лимфатических узлов, расположенных в корковом и мозговом
слоях, содержится эффективная фильтрационная система, которая позво-
ляет практически стерилизовать поступающую в лимфатические узлы ин-
фицированную лимфу.
Глава 7
ДЫХАНИЕ
7.1. СУЩНОСТЬ И СТАДИИ ДЫХАНИЯ
I Дыхание — совокупность последовательно протекающих процессов,
обеспечивающих потребление организмом О2 и выделение СО2.
Кислород поступает в составе атмосферного воздуха в легкие, транс-
портируется кровью и тканевыми жидкостями к клеткам и используется
для биологического окисления. В процессе окисления образуется двуокись
углерода, которая поступает в жидкие среды организма, транспортируется
ими в легкие и выводится в окружающую среду.
Дыхание включает определенную последовательность процессов:
1) внешнее дыхание, обеспечивающее вентиляцию легких; 2) обмен газов
между альвеолярным воздухом и кровью; 3) транспорт газов кровью; 4) об-
мен газов между кровью в капиллярах и тканевой жидкостью; 5) обмен га-
зов между тканевой жидкость и клетками; 6) биологическое окисление в
клетках (внутреннее дыхание). Предметом рассмотрения физиологии яв-
ляются первые 5 процессов; внутреннее дыхание изучают в курсе биохи-
мии.
7.2. ВНЕШНЕЕ ДЫХАНИЕ
7.2.1. Биомеханика дыхательных движений
Внешнее дыхание осуществляется благодаря изменениям объема груд-
ной полости, влияющим на объем легких. Объем грудной полости увели-
чивается во время вдоха (инспирация) и уменьшается во время выдоха
(экспирация). Легкие пассивно следуют за изменениями объема грудной
полости, расширяясь при вдохе и спадаясь при выдохе. Эти дыхательные
движения обеспечивают вентиляцию легких за счет того, что при вдохе
воздух по воздухоносным путям поступает в альвеолы, а при выдохе поки-
дает их. Изменение объема грудной полости осуществляется в результате
сокращений дыхательных мышц.
7.2.2. Дыхательные мышцы
Дыхательные мышцы обеспечивают ритмичное увеличение или умень-
шение объема грудной полости. Функционально дыхательные мышцы де-
лят на инспираторные (основные и вспомогательные) и экспираторные.
Основную инспираторную группу мышц составляют диафрагма, наружные
межреберные и внутренние межхрящевые мышцы; вспомогательные мыш-
цы — лестничные, грудиноключично-сосцевидные, трапецевидная, боль-
шая и малая грудные мышцы. Экспираторную группу мышц составляют
абдоминальные (внутренняя и наружная косые, прямая и поперечная
мышцы живота) и внутренние межреберные.
347
Рис. 7.1. Контуры грудной клетки и диа-
фрагмы при выдохе (сплошная линия) и
вдохе (пунктирная линия).
Важнейшей мышцей вдоха является
диафрагма — куполообразная попереч-
нополосатая мышца, разделяющая
грудную и брюшную полости. Она при-
крепляется к трем.-первум, поясничным
позвонкам (пбзвоночпая часть диафраг-
мы) и к нижним ребрам (реберная
часть). К диафрагме подходят нервы от
III—V шейных сегментов спинного
мозга. При сокращении диафрагмы ор-
ганы брюшной полости смещаются
вниз и вперед и вертикальные размеры
грудной полости возрастают. Кроме того, при этом поднимаются и расхо-
дятся ребра, что приводит к увеличению поперечного размера грудной по-
лости. При спокойном дыхании диафрагма является единственной актив-
ной инспираторной мышцей и ее купол опускается на 1 — 1,5 см. При глу-
боком форсированном дыхании увеличивается амплитуда движений диа-
фрагмы (экскурсия может достигать 10 см) и активизируются наружные
межреберные и вспомогательные мышцы. Из вспомогательных мышц наи-
более значимыми являются лестничные и грудиноключично-сосцевидные
мышцы.
Наружные межреберные мышцы соединяют соседние ребра. Их волок-
на ориентированы наклонно вниз и вперед от верхнего к нижнему ребру.
При сокращении этих мышц ребра поднимаются и смещаются вперед,
что приводит к увеличению объема грудной полости в переднезаднем и
боковом направлениях. Паралич межреберных мышц не вызывает серьез-
ных расстройств дыхания, поскольку диафрагма обеспечивает вентиля-
цию.
Лестничные мышцы, сокращаясь во время вдоха, поднимают 2 верхних
ребра, а вместе с ними всю грудную клетку. Грудиноключично-сосцевид-
ные мышцы поднимают I ребро и грудину. При спокойном дыхании они
практически не задействованы, однако при увеличенйи легочной вентиля-
ции могут интенсивно работать.
Выдох при спокойном дыхании происходит пассивно. Легкие и грудная
клетка обладают упругостью, и поэтому после вдоха, когда они активно
растягиваются, стремятся вернуться в прежнее положение. При физиче-
ской нагрузке, когда повышено сопротивление воздухоносных путей, вы-
дох становится активным.
Наиболее важными и сильными экспираторными мышцами являются
абдоминальные мышцы, которые образуют переднебоковую стенку брюш-
ной полости. При их сокращении повышается внутрибрюшное давление,
диафрагма поднимается вверх и объем грудной полости, а следовательно и
легких, уменьшается.
В активном выдохе участвуют также внутренние межреберные мышцы.
При их сокращении ребра опускаются и объем грудной клетки уменьшает-
ся. Кроме того, сокращение этих мышц способствует укреплению межре-
берных промежутков. Схематическое изображение изменений контуров
грудной клетки и диафрагмы при вдохе и выдохе представлено на рис. 7.1.
348
У мужчин преобладает брюшной (диафрагмальный) тип дыхания, при
котором увеличение объема грудной полости осуществляется преимущест-
венно за счет перемещений диафрагмы. У женщин — грудной (реберный)
тип дыхания, при котором больший вклад в изменения объема грудой по-
лости вносят сокращения наружных межреберных мышц, расширяющих
грудную клетку. Грудной тип дыхания облегчает вентиляцию легких при
беременности.
7.2.3. Изменения давления в легких
Дыхательные мышцы изменяют объем грудной клетки и создают гради-
ент давления, необходимый для возникновения воздушного потока по
воздухоносным путям. Во время вдоха легкие пассивно следуют за объем-
ным приращением грудной клетки, в результате давление в альвеолах
становится ниже атмосферного на 1,5—2 мм рт. ст. (отрицательное). Под
воздействием отрицательного градиента давления в легкие входит воздух
из внешней среды. Напротив, при выдохе уменьшается объем легких,
давление в альвеолах становится выше атмосферного (положительное) и
альвеолярный воздух выходит во внешнюю среду. В конце вдоха и выдоха
объем грудной полости прекращает изменяться, и при открытой голосо-
вой щели давление в альвеолах становится равным атмосферному. Альвео-
лярное давление (Palv) представляет собой сумму плеврального давления
(Ppi) и давления, создаваемого эластической тягой паренхимы легкого
(Pel) Palv = Ppi + Pel.
7.2.4. Плевральное давление
Давление в герметично замкнутой плевральной полости между висцера-
льным и париетальным листками плевры зависит от величин и направле-
ния сил, создаваемых эластической паренхимой легких и грудной стенкой.
Плевральное давление можно измерить манометром, соединенным с плев-
ральной полостью полой иглой. В клинической практике часто применя-
ют косвенный метод оценки величины плеврального давления, измеряя
давление в нижней части пищевода с помощью пищеводного баллонного
катетера. Внутри пище водное давление во время дыхания отражает измене-
ния внутриплеврального давления.
Плевральное давление ниже атмосферного во время вдоха, а во время
выдоха может быть ниже, выше или равным атмосферному в зависимости
от форсированности выдоха. При спокойном дыхании плевральное давле-
ние перед началом вдоха составляет —5 см вод.ст., перед началом выдоха
оно понижается еще на 3—4’см вод.ст. При пневмотораксе (нарушение
герметичности грудной клетки и сообщение плевральной полости с внеш-
ней средой) выравниваются плевральное и атмосферное давления, что вы-
зывает спадение легкого и делает невозможной его вентиляцию.
Разница между альвеолярным и плевральным давлениями называется
транспульмональным давлением (Ptp = Palv - Ppi), величина которого в со-
отношении с. внешним атмосферным давлением и является основным
фактором, вызывающим движение воздуха в воздухоносных путях легких.
В ибласптхонтаюга легкого с диафрагмой давление называется транс-
диафрагмальным (Ptd); рассчитывают как разницу между внутрибрюшным
(РаЬ) тт плевральным давлением: Ptd = Pab — Ppi.
349
Измерение трансдиафрагмального давления представляет собой наибо-
лее точный способ оценки сократительной способности диафрагмы. При
ее активном сокращении содержимое брюшной полости сжимается и рас-
тет внутрибрюшное давление, трансдиафрагмальное давление становится
положительным.
Давление наполнения, см вод.ст.
Рис. 7.2. Зависимость объема от давле-
ния для изолированного легкого. Ниж-
няя кривая образована во время ступен-
чатого наполнения, верхняя — ступенча-
того спадения.
7.2.5. Эластические свойства легких
Если изолированное легкое поместить в камеру и снизить давление в
ней ниже атмосферного, то легкое расширится. Его объем можно изме-
рить с помощью спирометра, что поволяет построить статическую кривую
давление—объем (рис. 7.2). В отсутствие потока кривые вдоха и выдоха
различны. Это различие между кривыми характеризует способность всех
эластических структур легче реагировать на уменьшение, чем на увеличе-
ние объема. На рисунке видно несовпадение начала кривых с началом ко-
ординат, что свидетельствует о содержании в легких определенного коли-
чества воздуха даже в отсутствие растягивающего давления.
7.2.6. Растяжимость легких
Отношение между давлением и изменением объема легких может быть
выражено как Р = Е • AV, где Р — растягивающее давление, Е — эластич-
ность, ДУ — изменение объема легких. Эластичность — мера упругости
легочной ткани. Величина, обратная эластичности (Cstat = 1/Е), называет-
ся статической растяжимостью. Таким образом, растяжимость — это из-
менение объема на единицу давления. У взрослых она равна 0,2 л/см вод.
ст. Легкое более растяжимо при низких и средних объемах. Статическая
растяжимость зависит от размеров легких. Легкое крупных размеров под-
вержено большим изменениям своего объема на единицу изменения дав-
ления, чем маленькое легкое.
Поверхность альвеол изнутри покрыта тонким слоем жидкости, содер-
жащей сурфактант. Сурфактант секретируется альвеолярными эпителиаль-
ными клетками II типа и состоит из фосфолипидов и протеинов.
В легких сурфактант выполняет важные физиологические функции:
• понижая поверхностное натяжение, увеличивает растяжимость легких и
тем самым снижает совершаемую при вдохе работу;
• обеспечивает стабильность альвеол, препятствуя их спадению и появле-
нию ателектазов, и предотвращает перемещение воздуха из меньших
альвеол внутрь больших в результате более выраженного снижения по-
верхностного натяжения при малых объемах;
• препятствует транссудации жидкости из капилляров легких на поверх-
ность альвеол.
7.2.7. Эластические свойства грудной клетки
Упругостью обладают не только легкие, но и грудная стенка. При оста-
точном объеме легких эластическая отдача грудной стенки направлена на-
ружу. По мере того как объем грудной полости увеличивается, отдача
стенки, направленная наружу, снижается и при объеме грудной полости
около 60 % жизненной емкости легких падает до нуля (рис. 7.3). При даль-
нейшем расширении грудной клетки до уровня общей емкости легких от-
дача ее стенки направляется внутрь. Нормальная растяжимость грудной
стенки равна 0,2 л/см вод. ст. Легкие и грудная стенка функционально
объединены посредством плевральной полости. Из рис. 7.3 видно, что на
уровне общей емкости легких эластические отдачи легких и грудной стен-
ки суммируются, создавая большое давление отдачи всей дыхательной си-
стемы. На уровне остаточного объема направленная наружу эластическая
отдача грудной стенки значительно превосходит отдачу легких, направлен-
ную внутрь. В результате в дыхательной системе возникает суммарное дав-
ление отдачи, направленное наружу. На уровне функциональной остаточ-
ной емкости (FRC) эластическая тяга легких, направленная внутрь, урав-
новешена эластической тягой грудной клетки, направленной наружу.
Таким образом, при FRC дыхательная система находится в равновесии.
Статическая растяжимость всей дыхательной системы в норме составляет
0,1 л/см вод.ст.
7.2.8. Сопротивление в дыхательной системе
Продвижение воздуха через дыхательные пути встречает сопротивление
сил трения о стенки бронхов, величина которого зависит от характера по-
тока воздуха. В воздухоносных путях встречаются 3 режима потока: лами-
нарный, турбулентный и переходный (рис. 7.4). Наиболее характерным
видом потока в условиях дихотомического разветвления трахеобронхиаль-
ного дерева является переходный, тогда как ламинарный наблюдается
лишь в мелких воздухоносных путях.
Сопротивление воздухоносных путей можно рассчитать, разделив раз-
ность давлений в ротовой полости и альвеолах на объемную скорость воз-
душного потока. Сопротивление воздухоносных путей распределяется не-
равномерно (рис. 7.5). У взрослого человека при дыхании через рот на
глотку и гортань приходится около 25 % общего сопротивления; на долю
внутригрудных крупных воздухоносных путей (трахея, долевые и сегмен-
тарные бронхи) — около 65 % общего сопротивления, остальные 15 % —
351
Жизненная емкость легких, %
Рис. 7.3. Кривые давление—объем для
легких, грудной клетки и дыхательной
системы в целом.
TLC — общая емкость легких; FRC — фун-
кциональная остаточная емкость легких;
RV — остаточный объем легких. Кривая
для системы дыхания равна графической
сумме кривых для легких и грудной клетки.
Рис. 7.4. Типы потока воздуха по труб-
кам.
а — ламинарный поток; б — переходный
тип; в — турбулентный поток.
Рис. 7.5. Сопротивление потоку возду-
ха, оказываемое различными генера-
циями бронхов.
352
на долю воздухоносных путей с диаметром менее 2 мм. Мелкие воздухо-
носные пути вносят незначительный вклад в общее сопротивление, так
как их общая площадь поперечного сечения велика и, следовательно, со-
противление мало.
На сопротивление воздухоносных путей существенно влияет изменение
объема легких. Бронхи растягиваются окружающей их легочной тканью;
их просвет при этом увеличивается, а сопротивление снижается. Аэроди-
намическое сопротивление зависит также от тонуса гладких мышц брон-
хов и физических свойств воздуха (плотность, вязкость).
Нормальное сопротивление воздухоносных путей у взрослых на
уровне функциональной остаточной емкости (FRC) равно примерно
15 см вод. ст./л/с..
7.2.9. Работа дыхания
Дыхательные мышцы, развивая силу, приводящую в движение легкие
и грудную стенку, выполняют определенную работу. Работу дыхания (А)
выражают как произведение общего давления, приложенного к аппарату
вентиляции в данный момент дыхательного цикла (Р), и изменения объ-
ема (V):
А = Р V
Во время вдоха внутриплевральное давление падает, объем легких ста-
новится выше FRC. При этом работа, затраченная на наполнение легких
(вдох), состоит из двух компонентов: один необходим для преодоления
эластических сил и представлен площадью ОАЕСДО; другой — для прео-
доления сопротивления воздухоносных путей — представлен площадью
АБСЕА. Работа выдоха — это площадь АЕСВА (рис. 7.6). Поскольку по-
следняя находится внутри площади ОАЕСДО, эта работа выполняется за
счет энергии, накопленной эластической паренхимой легких в процессе
растяжения во время вдоха.
В норме при спокойном дыхании работа невелика и составляет 0,03—
0,06 Вт мин-1. На преодоление эластического сопротивления приходит-
ся 70 %, а неэластического — 30 % всей работы дыхания. Работа дыхания
возрастает при снижении растяжимости легких (увеличение площади
ОАЕСДО) или при увеличении со-
противления воздухоносных путей
(увеличение площади АБСЕА).
Работа, необходимая для прео-
доления эластических (площадь
ОАЕСДО) и резистивных (площадь
АБСЕА) сил, может быть определе-
на для каждого дыхательного цикла
(см. рис. 7.6).
Рис. 7.6. Работа дыхания.
Работа, необходимая для преодоления элас-
тических (площадь ОАЕСДО) и резистивных
(площадь АБСЕА) сил, может быть опреде-
лена для каждого дыхательного цикла.
Внутриплевральное
давление, см вод. ст.
353
7.3. ВЕНТИЛЯЦИЯ ЛЕГКИХ
Вентиляция легких — непрерывный регулируемый процесс обновления
газового состава воздуха, содержащегося в легких. Вентиляция легких
обеспечивается введением в них атмосферного воздуха, богатого Ог, и вы-
ведением при выдохе газа, содержащего избыток СОг-
7.3.1. Легочные объемы и емкости
Для характеристики вентиляционной функции легких и ее резервов бо-
льшое значение имеет величина статических и динамических объемов и
емкостей легких. К статическим объемам относятся величины, которые
измеряют после завершения дыхательного маневра без ограничения ско-
рости (время) его выполнения. К статическим показателям относятся че-
тыре первичных легочных объема: дыхательный объем (ДО-VT), резерв-
ный объем вдоха (РОвд-IRV), резервный объем выдоха (РОвыд-ERV) и
остаточный объем (UO-RV), а также и ёмкости: жизненная емкость легких
(ЖЬЛ-VC), емкость вдоха (Ёвд-ТСУ, функциональная остаточная емкость
(ФОЕ-FRC) и общая емкость^легких (ОЁЛ-TLC).
При спокойном дыхании с каждым дыхательным циклом в легкие по-
ступает объем воздуха, называемый дыхательным (VT). Величина VT у
взрослого здорового человека весьма вариабельна; в состоянии покоя VT
составляет в среднем около 0,5 л.
Максимальный объем воздуха, который дополнительно человек спосо-
бен вдохнуть после спокойного вдоха, называется резервным объемом
вдоха (IRV). Этот показатель для человека среднего возраста и средних ан-
тропометрических данных составляет около 1,5—1,8 л.
Мяк-с.имяльный объем,лаздуХя; который-чедовек дополнительна может
выдохнуть после спокойного, выдоха, называется резервным объемом вы-
доха CERV) и составляет 1,0—1,4 л. Гравитационный фактор оказывает вы-
раженное влияние ‘на"этот показатель, поэтому он выше в вертикальном
положении, чем в горизонтальном.
Остаточный объем (RV) — объем.воздуха., который остается, в легких по-
сле максимального экспираторного усилия; он составляет 1,0,—J, 5 л. Его
объём зависит от эффективности сокращения экспираторных мышц и ме-
ханических свойств легких. С возрастом RV увеличивается. RV подразделя-
ют на коллапсный (покидает легкое при полном двустороннем пневмото-
раксе) и минимальный (остается в легочной ткани после пневмоторакса).
Жизирмцао емкость. легких (VC) — это .объем воздуха, который можно
выдохнуть при максимальном экспираторном усилии после максимально-
го вдоха. VC включает в себя VT, IRV и ERV. У мужчин среднего возраста
VC варьирует.в пределах 3,5—5 л, у женщин — 3—4 л.
‘Емкостивдоха (IC) — это сумма VT и IRV. У человека IC составляет
2,0—2,3 л и не зависит от положения тела.
Функциональная остаточная смкость (FRC) — объем воздуха в легких
после спокойного’ выдоха — составляет около 2,5 л. FRC называют также
конечным- экспираторным .объемом. При достижении легкими FRC их
внутренняя эластическая отдача уравновешивается наружной эластиче-
ской отдачей грудной клетки, создавая отрицательное плевральное давле-
ние. У здоровых взрослых лиц это происходит на уровне примерно 50 %.
TLC при давлении в плевральной полости — 5 см вод. ст. FRC является
суммой ERV и RV. На величину FRC существенно влияет уровень физиче-
354
Рис. 7.7. Структура статических объемов и емкостей.
ской активности человека и положение тела в момент измерения. FRC в
горизонтальном положении тела меньше, чем в положении сидя или стоя
из-за высокого стояния купола диафрагмы. FRC может уменьшаться, если
тело находится под водой вследствие уменьшения общей растяжимости
грудной клетки. Общая емкость легких (TLC) — объем воздуха, находя-
щийся в легких по завершении максимального вдоха. TLC представляет
собой сумму VC и RV или FRC и IC.
Динамические величины характеризуют объемную скорость воздушного
потока. Их определяют с учетом времени, затраченного на выполнение
дыхательного маневра. К динамическим показателям относятся: объем
форсированного выдоха за первую секунду (ОФВу -—FEV]); форсирован-
ная жизненная емкость (ФЖЕЛ — FVC); пиковая объемная (PEV) ско-
рость выдоха (ПОСвыд. — PEV) и др. Объемы и емкости легких здорового
человека определяет ряд факторов: 1) рост, масса тела, возраст, расовая
принадлежность, конституциональные особенности человека; 2) эластиче-
ские свойства легочной ткани и дыхательных путей; 3) сократительные ха-
рактеристики инспираторных и экспираторных мышц.
-—Схематическое изображение статических легочных объемов и емкостей
представлено на рис. 7.7
Для определения легочных объемов и емкостей используются методы
спирометрии, спирографии, пневмотахометрии и бодиплетизмографии.
Для сопоставимости результатов измерений легочных объемов и емкостей
полученные данные должны соотноситься со стандартными условиями:
температуры тела 37 °C, атмосферного давления 101 кПа (760 мм рт.ст.),
относительной влажности 100 %. Эти стандартные условия обозначают аб-
бревиатурой BTPS (от англ, body temperature, pressure, saturated).
355
7.3.2. Количественная характеристика вентиляции легких
Количественным показателем вентиляции легких является минутный
объем дыхания (МОД — VE) величина, характеризующая общее количест-
во воздуха, которое проходит через легкие в течение 1 мин. Ее можно
определить как произведение частоты дыхания (R) на дыхательный объ-
ем (VT) VE = VT R. Величина минутного объема дыхания определяется
метаболическими потребностями организма и эффективностью газообме-
на. Необходимая вентиляция достигается различными комбинациями ча-
стоты дыхания и дыхательного объема. У одних людей прирост минутной
вентиляции осуществляется учащением, у других — углублением дыха-
ния.
У взрослого человека в условиях покоя величина МОД в среднем со-
ставляет 8 л.
Максимальная вентиляция легких (МВЛ) — объем воздуха, который
проходит через легкие за 1 мин при выполнении максимальных по частоте
и глубине дыхательных движений. Эта величина чаще всего имеет теоре-
тическое значение, так как невозможно поддерживать максимально воз-
можный уровень вентиляции в течение 1 мин даже при максимальной фи-
зической нагрузке из-за нарастающей гипокапнии. Поэтому для его кос-
венной оценки используют показатель максимальной произвольной вентиля-
ции легких. Он измеряется при выполнении стандартного 12-секундного
теста с максимальными по амплитуде дыхательными движениями, обеспе-
чивающими величину дыхательного объема (VT) до 2—4 л, и с частотой
дыхания до 60 в 1 мин.
МВЛ в значительной степени зависит от величины ЖЕЛ (VC). У здоро-
вого человека среднего возраста она составляет 70—100 л мин-1; у спортс-
мена доходит до 120—150 л мин-1
7.3.3. Альвеолярная вентиляция
Газовая смесь, поступившая в легкие при вдохе, распределяется на
две неравные по объему и функциональному значению части. Одна из
них не принимает участия в газообмене, так как заполняет воздухонос-
ные пути (анатомическое мертвое пространство — Vd) и неперфузируе-
мые кровью альвеолы (альвеолярное мертвое пространство). Сумма ана-
томического и альвеолярного мертвых пространств называется физиологи-
ческим мертвым пространством. У взрослого челов^^ ^подруе^и^трд.
объем мертвого пространства (Vd) составляет 150
гося в основном в воздухоносных путях. Эта часть дыхательного объема
участвует в вентиляции дыхательных путей и неперфузируемых альвеол.
/Отношение Vd к VT составляет 0,33. Ее величину можно рассчитать по
уравнению Бора
Vd = (FACO2 - FECO2/FACO2 - F|CO2) VT,
где Fa, Fe, FjCOj — концентрация COj в альвеолярном, выдыхаемом и
вдыхаемом воздухе.
Другая часть дыхательного объема поступает в респираторный отдел,
представленный альвеолярными протоками, альвеолярными мешочками и
собственно альвеолами, где принимает участие в газообмене. Эта часть
дыхательного объема называется альвеолярным объемом. Она обеспечивает
356
вентиляцию альвеолярного пространства. Объем альвеолярной вентиля-
ции (VA) рассчитывают по формуле:
Va = Ve-(R Vd).
Как следует йз формулы, не весь вдыхаемый воздух участвует в газооб-
мене, поэтому альвеолярная вентиляция всегда меньше легочной вентиля-
ции. Показатели альвеолярной вентиляции, легочной вентиляции и мерт-
вого пространства связаны следующей формулой:
Vd/Ve = Vd/VT = 1 - Va/Ve.
Отношение объема мертвого пространства к дыхательному объему ред-
ко меньше чем 0,3.
Газообмен наиболее эффективен, если альвеолярная вентиляция и ка-
пиллярная перфузия распределены равномерно по отношению друг к дру-
гу. В норме вентиляция обычно преимущественно осуществляется в верх-
них отделах легких, в то время как перфузия — преимущественно в ниж-
них. Вентиляционно-перфузионное соотношение становится более равно-
мерным при нагрузке.
Не существует простых критериев для оценки неравномерности распре-
деления вентиляции к кровотоку. Повышение соотношения объема мерт-
вого пространства к дыхательному объему (Vd/VT) или увеличенная раз-
ница парциального напряжения кислорода в артериях и альвеолах
(A-aDC>2) являются неспецифическими критериями неравномерности рас-
пределения газообмена, однако эти изменения могут быть вызваны и дру-
гими причинами (снижение дыхательного объема, повышенное анатоми-
ческое мертвое пространство).
Наиболее важными особенностями альвеолярной вентиляции являются:
• интенсивность обновления газового состава, определяемая соотношени-
ем альвеолярного объема и альвеолярной вентиляции;
• изменения альвеолярного объема, которые могут быть связаны либо с
увеличением или уменьшением размера вентилируемых альвеол, либо с
изменением количества альвеол, вовлеченных в вентиляцию;
• различия внутрилегочных характеристик сопротивления и эластичности,
приводящие к асинхронности альвеолярной вентиляции;
• поток газов в альвеолу или из нее определяется механическими характе-
ристиками легких и дыхательных путей, а также силами (или давлени-
ем), воздействующими на них. Механические характеристики обуслов-
лены главным образом сопротивлением дыхательных путей потоку воз-
духа и эластическими свойствами легочной паренхимы.
Хотя существенные изменения размеров альвеол могут произойти за
короткий промежуток времени (диаметр может измениться в 1,5 раза в те-
чение I с), линейная скорость потока воздуха внутри альвеол очень мала.
Размеры альвеолярного пространства таковы, что смешивание газа в
альвеолярной единице происходит практически мгновенно как следствие
дыхательных движений, кровотока и движения молекул (диффузия).
Неравномерность альвеолярной вентиляции обусловлена и гравитаци-
онным фактором — разницей транспульмонального давления в верхних и
нижних отделах грудной клетки (апико-базальный градиент). В верти-
кальном положении в нижних отделах это давление выше примерно на
8 см вод. ст. (0,8 кПа). Апико-базальный градиент всегда присутствует
357
независимо от степени воздухонаполненности легких и в свою очередь
определяет наполнение воздухом альвеол в разных отделах легких. В нор-
ме вдыхаемый газ смешивается практически мгновенно с альвеолярным
газом. Состав газа в альвеолах практически гомогенен в любую респира-
торную фазу и в любой момент вентиляции.
Любое повышение альвеолярного транспорта О2 и COj, например при
физической нагрузке, сопровождается повышением градиентов концент-
рации газов, которые способствуют возрастанию их смешивания в альвео-
лах. Нагрузка стимулирует альвеолярное смешивание путем повышения
потока вдыхаемого воздуха и возрастания кровотока, повышает альвеоляр-
но-капиллярный градиент давления для О2 и СОг-
Феномен коллатеральной вентиляции важен для оптимального функци-
онирования легких. Существует три типа коллатеральных соединений:
• интеральвеолярные, или поры Кона. Каждая альвеола в норме имеет
около 50 интеральвеолярных соединений от 3 до 13 мкм в диаметре; эти
поры увеличиваются в размере с возрастом;
• бронхоальвеолярные соединения, или каналы Ламберта, которые при-
сутствуют в норме у детей и взрослых и иногда достигают в диаметре
30 мкм;
• межбронхиолярные соединения, или каналы Мартина, которые не
встречаются у здорового человека и появляются при некоторых заболе-
ваниях, поражающих дыхательные пути и легочную паренхиму.
Гравитация также оказывает влияние на легочный кровоток. Региона-
льная перфузия единицы легочного объема возрастает по направлению от
верхушек к базальным отделам легких в большей степени, чем это проис-
ходит с вентиляцией. Поэтому в норме вентиляционно-перфузионное от-
ношение (Va/Qc) снижается от верхушек к нижним отделам. Вентиляци-
онно-перфузионные отношения зависят от положение тела, возраста и ве-
личины растяжения легких.
Не вся кровь, перфузирующая легкие, участвует в газообмене. В норме
небольшая порция крови может перфузировать невентилируемые альвео-
лы (так называемое шунтирование). У здорового человека отношение
Va/Qc может варьировать в различных участках от нуля (циркуляторный
шунт) до бесконечности (вентиляция мертвого пространства). Однако в
большей части легочной паренхимы вентиляционно-перфузионное от-
ношение составляет примерно 0,8. Состав альвеолярного воздуха оказы-
вает влияние на кровоток в легочных капиллярах. При низком содер-
жании О2 (гипоксии), а также понижении содержания СО2 (гипокапнии)
в альвеолярном воздухе отмечается повышение тонуса гладких мышц
легочных сосудов и их констрикция с возрастанием сосудистого сопро-
тивления.
7.4. ГАЗООБМЕН И ТРАНСПОРТ ГАЗОВ
7.4.1. Диффузия газов
Процесс переноса О2 и СО2 через альвеолярно-капиллярную мембрану
осуществляется путем его физической диффузии, т.е. из области высоко-
го в область низкого парциального давления.
Диффузия газов описывается законом диффузии Фика, в соответствии
с которым скорость переноса газов через мембрану прямо пропорциональ-
358
на площади мембраны, разнице парциального давления по обе ее сторо-
ны, константе диффузии (диффузионной способности) и обратно пропор-
циональна толщине мембраны.
Vg= SxDMx(P, - P2)/d,
где Vg — скорость переноса газов, S — площадь мембраны, — диффу-
зионная способность мембраны, (Pi - Pj) — разница парциального давле-
ния газа по обе стороны мембраны, d — толщина мембраны.
В свою очередь диффузионная способность мембраны зависит от рас-
творимости газа и от его молекулярной массы:
Dl = к х a/VMM,
где а — растворимость газа, ММ — молекулярная масса, к — константа.
Подставляя соответствующие значения, получаем:
Vg = S х к х а х (Р, — P2)/d х VMM.
Общая площадь альвеолярно-капиллярной мембраны у человека со-
ставляет 50—100 м2, а ее толщина приблизительно равна 0,5 мкм. Раство-
римость СОт значительно выше, чем О?, поэтому скорость переноса СОг
примерно в 23 раза выше по сравнению с О2.
Перенос газов через мембрану можно рассматривать как определен-
ное препятствие для движения газов (диффузионное сопротивление).
Перенос О2 из легких в кровь лимитируется также скоростью связыва-
ния кислорода гемоглобином. Диффузионная способность легких может
быть разделена на два компонента: 1) диффузия через альвеолярно-ка-
пиллярную мембрану и мембрану эритроцита и 2) реакция с гемоглоби-
ном. Оба этих компонента обозначают как «сопротивление» для переноса
О2. Общая сумма сопротивлений представлена уравнением Ругтона—
Форстера:
1/Dl= 1/Dm + 1/0VC,
где Dl — диффузионная способность легких, Dm — диффузионная спо-
собность мембраны, 0 — скорость реакции О2 с гемоглобином, Vc — объ-
ем капиллярной крови (рис. 7.8).
Данное уравнение демонстрирует факторы, от которых зависит диффу-
зионная способность легких. Так, диффузионная способность легких мо-
жет быть уменьшена при снижении диффузионной_способности альвео-
лярно-капиллярноУГ мембраны (утолщение мембраны или уменьшение ее
площади), при снижении скорости связывания О2 гемоглобином и прг
уменьшении объема крови в капиллярах легких. Диффузия О2 может так-
же. быть снижена-при уменьшении-разницы парциального давления газе
по_обе_стороны альвеолярно-капиллярной мембраны, например при сни-
жении парциального напряжения О2 в альвеолярном воздухе (в условия?
высокогорья) и при увеличении скорости прохождения эритроцитов чере:
капилляры в легких.
Измерение диффузионной способности легких проводят на основе ин-
галяции человеком небольших, безопасных для здоровья концентрациг
угарного газа — СО (около 0,3 %); существует несколько методов оценкг
диффузионной способности: метод одиночного вдоха, метод устойчивой
Альвеолярно-капиллярная
Рис. 7.8. Диффузия из
альвеолы в эритроцит.
состояния, метод возвратного дыхания. В покое диффузионная способ-
ность легких, для СО составляет 25 мл/мин мм.рт.ст., а при физической
нагрузке увеличивается в. 2—3 раза.
7.4.2. Транспорт кислорода
Оз переносится к тканям в двух формах: связанный с гемоглобином и
растворенный в плазме.
В крови содержится лишь незначительное количество Ог, растворимого
в плазме. Согласно закону Генри, количество газа, растворенного в жид-
кости, прямо пропорционально его парциальному давлению и коэффи-
циенту растворимости. Растворимость О2 в плазме крови низка: при РО2 =
= 1 мм рт.ст. в 100 мл крови растворяется 0,0031 мл О2.
Растворенный О2 = РаО2 х 0,0031 мл O2/IOO мл крови/мм рт.ст.
При нормальных физиологических условиях (РаС>2 = 100 мм рт.ст.) в
100 мл крови растворяется 0,31 мл О2, т.е. 0,31 об.%. Такое количество О2
не обеспечивает потребности организма, поэтому основное значение име-
ет другой способ переноса — в виде связи с гемоглобином внутри эритро-
цита. Гемоглобин является основным протеином эритроцитов. Главной
функцией гемоглобина является транспорт Ог от легких к тканям и транс-
порт СО2 от тканей к легким. Каждая молекула гемоглобина человека со-
стоит из белка глобина и гема. Основной глобин взрослых — НЬА являет-
ся тетрамером, состоящим из двух полипептидных цепей а и двух поли-
пептидных цепей р. В спиральную структуру каждой полипептидной цепи
глобина встроен гем, который является комплексным соединением двух-
валентного иона железа Fe2+ и порфирина. Ион железа гема способен
присоединять одну молекулу Ог, т.е. одна молекула гемоглобина способна
связать 4 молекулы Ог- Следует особо подчеркнуть уникальные особенно-
сти иона Fe2+ гема обратимо связывать молекулу О2: Hb + О2 <-> НЬОг, в
то время как обычно при реакции изолированного Fe2+ и кислорода обра-
зуется Fe3+ Окисленный ион Fe3+ не способен высвобождать Ог, т.е. об-
разуется необратимая связь, а связь иона Fe2+ гема с Ог происходит за
счет конформационных изменений третичной и четвертичной структуры
глобина, она обратима, т.е. в тканях происходит высвобождение Ог- Гемо-
360
глобин, связанный с четырьмя молекулами Oj, называется оксигемоглоби-
ном, а гемоглобин, не содержащий О2 или менее четырех молекул О2,
деоксигенированным гемоглобином.
1 г гемоглобина способен максимально связать 1,34 мл О2. Учитывая,
что нормальное содержание гемоглобина составляет 15 г/100 мл, можно
рассчитать, что в 100 мл крови максимально может содержаться 20Д мл О2,
связанного с гемоглобином. Данная величина называется кислородной
емкостью крови (КЕК):
КЕК = [НЬ] х 1,34 мл Ch/rHb/lOO мл крови.
Наиболее важным параметром, определяющим количество кислорода,
связанного с гемоглобином, является насыщение гемоглобина кислоро-
дом — сатурация (SaO2), который рассчитывают по формуле:
„ „ О2, связанный с НЬ ~
SaO2 = —----------------х 100 %.
КЕК
При РаОг, равном 100 мм рт.ст., насыщение гемоглобина кислородом
артериальной крови составляет около 97 %. В венозной крови (РО2 = 40
мм рт.ст.) SaO2 приблизительно равна 75 %.
7.4.3. Кривая диссоциации оксигемоглобина
Зависимость насыщения гемоглобина О2 от парциального напряжения
О2 может быть представлена графически в виде кривой диссоциации окси-
гемоглобина. Кривая имеет сигмовидную форму, при этом нижняя часть
кривой (РаС>2 < 60 мм рт.ст.) имеет крутой наклон, а верхняя часть (РаОг
> 60 мм рт.ст.) относительно пологая. Нижний участок кривой диссоциа-
ции оксигемоглобина показывает, что^йри снижении РаОг продолжается
насыщение гемоглобина кислородом,7т.е. ткани продолжают извлекать до-
статочное количество О2 из крови. Верхняя пологая часть кривой демонст-
рирует относительное постоянство насыщения гемоглобина кислородом, а
следовательно, и содержания кислорода в крови независимо от изменений
РаО2 (рис. 7.9).
Положение кривой диссоциации оксигемоглобина зависит от сродства
гемоглобина с кислородом. При снижении сродства гемоглобина к О2, т.е.
облегчении перехода О2 в ткани, кривая сдвигается вправо. Повышение
сродства гемоглобина к О2 означает меньшее высвобождение кислорода в
тканях, при этом кривая диссоциации сдвигается влево. Важным показате-
лем, отражающем сдвиги кривой диссоциации оксигемоглобина, является
параметр Р50, т.е. такое РО2, при котором гемоглобин насыщен кислоро-
дом на 50 % (см. рис. 7.9). В нормальных условиях у человека (при t 37 °C,
pH 7,40 и РаСОг - 40 мм рт.ст.) Р50 = 27 мм рт.ст. При сдвиге кривой дис-
социации вправо Р50 увеличивается, а при сдвиге влево — снижается.
На сродство гемоглобина к Ог оказывают влияние большое количество
метаболических факторов, к числу которых относятся pH, РСО2, темпера-
тура, концентрация в эритроцитах 2,3-дифосфоглицерата (2,3-ДФГ). Сни-
жение pH, повышение РСО2 и температуры снижают сродство гемоглоби-
на к О2 и смещению кривой вправо. Такие метаболические условия созда-
ются в работающих мышцах, и такой сдвиг кривой является физиологиче-
ски выгодным, так как повышенное высвобождение Ог необходимо для
361
Рис. 7.9. Кривая диссо-
циации оксигемоглобина.
активной мышечной работы. В противоположность этому повышение pH,
снижение температуры и снижение РСОг (такие условиях создаются в лег-
ких) смещают кривую диссоциации оксигемоглобина влево (рис. 7.10).
Влияние pH и РаСОг на кривую диссоциации называется эффектом Бора.
2,3-ДФГ образуется в эритроцитах в процессе гликолиза и выполняет
функцию главного энергетического субстрата (в эритроцитах отсутствуют
митохондрии, поэтому не происходят реакции окислительного фосфорили-
рования, и АТФ не имеет большого значения как источник энергии).
В условиях продолжительной гипоксии увеличивается содержание 2,3-ДФГ
в эритроцитах, что приводит к снижению сродства гемоглобина к О2 и
Рис. 7.10. Кривая диссоциации оксигемоглобина при изменениях pH.
362
более интенсивному переходу его из крови в ткани. Снижение концентра-
ции 2,3-ДФГ в эритроцитах приводит к сдвигу кривой диссоциации влево.
На кривую диссоциации оксигемоглобина может оказать влияние и
окись углерода (СО). СО имеет сродство к гемоглобину в 240 раз выше,
чем О2, и, связываясь с гемоглобином, образует карбоксигемоглобин
(НЬСО). При этом даже небольшие количества СО могут связать большую
часть НЬ крови и значительно уменьшить содержание О2 крови. Кроме
того, СО сдвигает кривую диссоциации влево, что препятствует высвобож-
дению О2 в тканях и также усугубляет гипоксию.
Еще одним фактором, влияющим на сродство НЬ к кислороду, является
метгемоглобин — гемоглобин, содержащий железо, окисленное до Fc3+
У здорового человека общее содержание метгемоглобина не превышает
3 %, однако при приеме некоторых лекарств (например, фенацетин, суль-
фаниламиды, нитроглицерин) и дефиците фермента метгемоглобин-ре-
дуктазы происходит образование значительных количеств метгемоглобина.
Метгемоглобинемия вызывает смещение кривой диссоциации влево, т.е
препятствует высвобождению в тканях, а при повышении концентрации
метгемоглобина более 60 % происходит также и уменьшение нормального
НЬ, что приводит к тяжелой гипоксии.
7.4.4. Доставка кислорода и потребление кислорода тканями
Одним из центральных понятий физиологии дыхания является понятие
транспорт, или доставка кислорода — Dq2 — скорость, с которой кисло-
род доставляется к тканям. Do является интегральным показателем и за-
висит от содержания кислорода в крови (СаО2) и сердечного выброса (Q),
так:
Dq2 = СаО2 х Q
или
Dq2 = (1,34 х НЬ х SaO2 + 0,0031 х РаО2) х Q.
Нормальное значение Dq2= (1,34 150 г/л-97 % + 0,0031 100 мм рт.ст.) х
х 5 л/мин, т.е. около 1000 мл/мин.
Заключительным этапом транспорта О? является потребление его тка-
нями (VOi). Согласно правилу Фика, V02 рассчитывают как произведение
сердечного выброса и артериовенозной разницы в содержании О2 (СаО2 —
CvO2):
V02 = (СаО2 - CvO2) Q
или
Vq2 = (1,34 Hb) (SaO2 - SvO2) Q,
где SvO2 — насыщение кислородом смешанной венозной крови.
Теоретически величина Do является максимумом потребления кисло-
рода V02 Однако на практике ткани не могут использовать весь достав-
ленный кислород, и среднее Vo составляет около 250 мл/мин. Таким об-
разом, в стабильном состоянии доставка О2 примерно в 4 раза превышает
VOi Примерно 25 % О2 экстрагируется из артериальной крови тканями, и
остальной О2 возвращается к сердцу в составе смешанной венозной крови.
Если сатурация артериальной крови достигает примерно 100 %, то сатура-
ция смешанной венозной крови (SvO2) будет составлять 75—80 %. Когда
363
коэффициент доставки О2 (отношение DO2/VOj) становится менее 4:1, то
для обеспечения аэробного метаболизма необходимо увеличение его пери-
ферической экстракции, увеличение разницы между содержанием О2 в ар-
териальной и венозной крови (a-vD0 ) и снижение сатурации Ог в сме-
шанной венозной крови (SVO2). Тщательно проведенные лабораторные
исследования показали, что Do не зависит от V02 до тех пор, пока отно-
шение DO2/VO2 превышает 2:12. Когда коэффициент доставки О2 падает
ниже этого критического уровня, проявляется «физиологическая» зависи-
мость между DO; и Vq2. Двухфазные соотношения между D02 и УОг су-
ществуют при любом стабильном уровне VO2.
7.4.5. Транспорт углекислого газа
Углекислый газ является конечным продуктом клеточного метаболизма.
СО2 образуется в тканях, диффундирует в кровь и переносится кровью к
легким в трех формах: растворенной в плазме, в составе бикарбоната и в
виде карбаминовых соединений эритроцитов.
Количество СО2, растворимого в плазме, как и для Ог, определяется за-
коном Генри, однако его растворимость в 20 раз выше, поэтому количест-
во растворенного СО2 довольно значительно и составляет до 5—10 % от
общего количества СО2 крови.
Реакция образования бикарбоната описывается следующей формулой:
СО2 + Н2О о Н2СО3 Н+ + нсо3-.
Первая реакция протекает медленно в плазме и быстро — в эритроцитах,
что связано с содержанием в клетках фермента карбоангидразы. Вторая ре-
акция — диссоциация угольной кислоты — протекает быстро, без участия
ферментов. При повышении в эритроците ионов HCOj происходит их
диффузия в кровь через клеточную мембрану, в то время как для ионов Н+
мембрана эритроцита относительно непроницаема и они остаются внутри
клетки. Поэтому для обеспечения электронейтральности клетки в нее из
плазмы входят ионы С1_ (так называемый хлоридный сдвиг) (рис. 7.11).
Высвобождающиеся ионы Н+ связываются с гемоглобином:
Н+ + НЬО2 <-> н+ нь + 02.
Восстановленный гемоглобин является более слабой кислотой, чем ок-
сигемоглобин. Таким образом, наличие восстановленного НЬ в венозной
крови способствует связыванию СО2, тогда как окисление НЬ в сосудах
легких облегчает его высвобождение. Такое повышение сродства СО2 к ге-
моглобину называется эффектом Холдейна. На долю бикарбоната прихо-
дится до 90 % всего СО2, транспортируемого кровью.
Карбаминовые соединения образуются в результате связывания СО2 с
концевыми группами аминокислот белков крови, важнейшим из которых
является гемоглобин (его глобиновая часть):
Hb NH2 + СО2 о Hb NH СООН.
В ходе этой реакции образуется карбаминогемоглобин. Реакция протека-
ет быстро и не требует участия ферментов. Как и в случае с ионами Н+, вос-
становленный НЬ обладает большим сродством к СО2, чем оксигемоглобин.
364
Рис. 7.11. Поглощение
СО2 и высвобождение О2
в капиллярах большого
круга кровообращения.
В легочных капиллярах
представленные реакции
протекают в обратном
направлении.
Поэтому деоксигенированный гемоглобин облегчает связывание СО2 в тка-
нях, а соединение НЬ с О2 способствует высвобождению СО2. В виде карба-
миновых соединений содержится до 5 % общего количества СО2 крови.
Кривая диссоциации СО2 — гемоглобин значительно отличается от
кривой диссоциации оксигемоглобина — она более линейна (рис. 7.12).
Концентрация СО2 при любой величине РСО2 зависит от степени насы-
щения гемоглобина кислородом: чем выше насыщение, тем меньше кон-
центрация СО2 (эффект Холдейна).
Определение парциального напряжения О2 и СО2 крови проводится
при помощи автоматических газоанализаторов, использующих для каждо-
го из измеряемых газов специальный электрод.
Рис. 7.12. Кривая диссо-
циации СО2 — гемогло-
бин. Эффект Холдейна.
При данном РСО2 содер-
жание СО2 выше в деок-
сигенированной крови.
70
S. 60
2 50
8 40
ф
х 30
Л
* 20
ф ZU
5
о ю
Деоксигенированная
кровь (0% насыщения
Полностью
насыщенная
кровь (98%
насыщения)
Смешанная
венозная кровь
(75% насыщения)
. ______। <
10 20 30 40 50 60 70 70
РСО21 мм рт. ст.
36f
7.5. РЕГУЛЯЦИЯ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ
Функцию дыхания регулирует сеть многочисленных нейронов ЦНС,
которые связаны с дыхательным центром продолговатого мозга.
7.5.1. Дыхательный центр
Под дыхательным центром понимают совокупность нейронов специфи-
ческих (дыхательные) ядер продолговатого мозга, способных генерировать
дыхательный ритм.
В физиологических условиях дыхательный центр получает афферент-
ные сигналы от периферических и центральных хеморецепторов, сигнали-
зирующих соответственно о парциальном давлении О2 в крови и концент-
рации Н+ во внеклеточной жидкости мозга. В период бодрствования дея-
тельность дыхательного центра регулируется дополнительными сигналами,
исходящими из различных структур ЦНС. У человека это, например,
структуры, обеспечивающие речь. Речь (и особенно пение) может в значи-
тельной степени отклонить напряжение газов крови от нормального уров-
ня и даже снизить реакцию дыхательного центра на гипоксию или гипер-
капнию. Афферентные сигналы от хеморецепторов тесно взаимодействуют
с другими афферентными стимулами дыхательного центра, но в конечном
счете гуморальный контроль дыхания всегда доминирует над нейроген-
ным. Например, человек произвольно не может бесконечно долго задер-
живать дыхание из-за нарастающих во время остановки дыхания гипоксии
и гиперкапнии.
Дыхательный центр выполняет две основные функции в системе дыха-
ния: моторную, или двигательную, регулирующую сокращения дыхатель-
ных мышц, и гомеостатическую, изменяющую характер дыхания при
сдвигах содержания О2 и СО2 во внутренней среде организма.
Двигательная функция дыхательного центра заключается в генерации
дыхательного ритма и его паттерна. Под генерацией дыхательного ритма
понимают генерацию дыхательным центром вдоха и его прекращение.
Под паттерным дыханием следует понимать длительность вдоха и выдоха,
величину дыхательного объема, минутного объема дыхания. Моторная
функция дыхательного центра адаптирует дыхание к метаболическим по-
требностям организма, приспосабливает дыхание в поведенческих реак-
циях, а также осуществляет интеграцию дыхания с другими функциями
ЦНС.
Гомеостатическая функция дыхательного центра поддерживает норма-
льные величины дыхательных газов (О2, СО2) и pH в крови и внеклеточ-
ной жидкости мозга, регулирует дыхание при изменении температуры
тела, адаптирует дыхательную функцию к условиям измененной газовой
среды, например при пониженном и повышенном барометрическом дав-
лении.
Локализация и функциональные свойства дыхательных нейронов. Нейро-
ны дыхательного центра локализованы в дорсомедиальной и вентролатера-
льной областях продолговатого мозга и образуют так называемые дорсаль-
ную и вентральную дыхательную группу.
Дыхательные нейроны, активность которых вызывает инспирацию или
экспирацию, называются соответственно инспираторными и экспираторны-
ми нейронами. Инспираторные и экспираторные нейроны иннервируют
дыхательные мышцы. В дорсальной и вентральной дыхательной группах
366
Рис. 7.13. Биоэлектрическая активность основных типов дыхательных нейронов в
течение трех нейронных фаз дыхательного цикла.
Инспираторные: 1 — ранние; 2 — полные; 3 — поздние; 4 — постинспираторные; 5 — экс-
пираторные; 6 — преинспираторные нейроны.
продолговатого мозга обнаружены следующие основные типы дыхатель-
ных нейронов: 1) ранние инспираторные, которые разряжаются с макси-
мальной частотой-в-начале фазы вдоха; 2) поздние инспираторные, макси-
мальная частота разрядов которых приходится на конец инспирации;
3 ) полные инспираторные с постоянной или постепенна нарастающей ак-
тивностью в'течение фазы вдоха; 4) постинспираторные^ которые имеют
максимальный разряд в начале фазы выдоха; 5) экспираторные с постоян-
ной или постепенно нарастающей активностью, которую они проявляют
во вторую часть фазы выдоха; 6) преинспираторные. которые имеют мак-
симальный пик активности непосредственно перед, началом вдоха. Тип
нейронов определяется по проявлению его активности относительно фазы
вдоха и выдоха.
На рис. 7.13 схематично изображены паттерны (образцы) электриче-
ской активности дыхательных нейронов.
Дорсальная дыхательная группа (ДДГ) представляет собой симметрич-
ные области продолговатого мозга, расположенные вентролатеральное
ядра одиночного пучка, (рис. 7.14). Дыхательные нейроны этой группы от-
носятся только к инспираторному типу нейронов и представлены поздни-
ми и полными инспираторными нейронами.
Нейроны ДДГ получают афферентные сигналы от легочных рецепторов
растяжения по волокнам блуждающих нервов, нейроны которого имеют
обширные синаптические связи с другими отделами дыхательного центра
367
Рис. 7.14. Проекция дыхательно-
го центра на дорсальную поверх-
ность продолговатого мозга.
ДДГ и ВДГ — соответственно дорса-
льная и вентральная дыхательные
группы; Бк — комплекс Бетцингера;
рВДГ и кВДГ — ростральная и кауда-
льная часть ВДГ; С|—Ср — сегменты
спинного мозга; ДН, НМ и ВМ — со-
ответственно диафрагмальный нерв и
нервы наружных внутренних межре-
берных мышц.
и с различными отделами ЦНС. Только часть инспираторных нейронов
ДДГ связана аксонами с дыхательными мотонейронами спинного мозга.
Вентральная дыхательная группа (ВДГ) расположена латеральнее обо-
юдного ядра продолговатого мозга, иди ядр.аТэлуждающего нерва. ВДГ по-
дразделяется на ростральную и каудальную части относительно уровня за-
движки (obex) продолговатого мозга (см. рис. 7.14).
Ростральная часть ВДГ состоит из инспираторных нейронов разных ти-
пов: ранних, полных, поздних инспираторных и постинспираторных. Ран-
ние инспираторные и постинспираторные нейроны ВДГ называются про-
приобульбарными нейронами, так как они не направляют свои аксоны" за
пределы дыхательного центра продолговатого мозга и..контактируют толь-
ко с другими типами дыхательных нейронов. Часть полных и поздних инс-
пираторных нейронов направляет свои аксоны к дыхательным мотонейро-
нам спинного мозга.
Каудальнаяласть^ЬДГ состоит, только из экспираторных.дейронрв, Все
экспираторные нейроны направляют аксоны в спинной мозг. При этом
40J%' экспираторных нейронов-иннервируют внутренние межреберные
мышцы, а 60 % — мышцы брюшной стенки.
Ростральнее ВДГ локализованы компактной группой экспираторные
нейроны (комплекс Бетцингера), аксоны которых связаны только с други-
ми типами нейронов дыхательного центра. Предполагают, что именно эти
нейроны синхронизируют деятельность правой и левой половин дыхатель-
ного центра.
Нейроны дыхательного центра в зависимости от проекции их аксонов
подразделяют на три группы:
• проприобульбарные.нейроны, связанные с другими нейронами дыхате-
льного центра и участвующие только в генерации дыхательного ритма;
• нейроны, которые синаптически связаны с дыхательными мотонейрона-
ми спинного .мозга и управляют мышцами вдоха и выдоха;
• нейроны, иннервирующие мышцы верхних дыхательных путей .и регули-
рующие поток воздуха в дыхательных путях.
368
Другие области локализации дыхательных нейронов. В мосту находятся
два ядра дыхательных нейронов: медиальное парабрахиальное ядро и ядро
Кедди кера^Фюзе. Иногда эти ядра называют пневмотаксическим центром.
В первом ядре ^находятся преимущественно инспираторные, экспиратор-
ные, а также фазовопереходные нейроны, а во втором — инспираторные
нейроны. Предполагают,’что дыхательные нейроны моста регулируют сме-
ну фаз дыхания и скорость дыхательных движений. В сочетании с двусто-
ронней перерезкой блуждающих нервов разрушение указанных ядер вызы-
вает остановку дыхания на вдохе.
Диафрагмальные мотонейроны своими аксонами образуют диафрагмаль-
ный нерв. Нейроны расположены узким столбом в медиальной части вен-
тральных рогов от Сщ до_Сду. Диафрагмальный нерв состоит из 700—800
миелиновых и более 1500 безмиелиновых волокон. Подавляющее количе-
ство волокон является аксонами а-мотонейронов, а меньшая часть пред-
ставлена афферентными волокнами мышечных и сухожильных веретен,
локализованных в диафрагме, а также рецепторов плевры, брюшины и
свободных нервных окончаний самой диафрагмы.
Мотонейроны сегментов спинного мозга, иннервирующие дыхательные
мышцы. На уровне Cj—Ср вблизи латерального края промежуточной зоны
серого Вещества находятся инспираторные нейроны, которые участвуют в
регуляции активности межреберных и диафрагмальных мотонейронов (см.
рис. 7.14).
Мотонейроны, иннервирующие межреберные мышцы, локализованы в
сером веществе передних рогов на уровне от Thiv до Thx-
Мотонейроны, иннервирующие мышцы брюшной стенки, локали-
зованы в пределах вентральных рогов спинного мозга на уровне Thjv—
Lin-
— Тенерация дыхательного ритма. Спонтанная активность нейронов дыха-
тельного центра начинает появляться к концу периода внутриутробного
развития. Возбуждение дыхательного центра у плода появляется благодаря
пейсмекерным свойствам сети дыхательных нейронов продолговатого моз-
ТщТ4нъГми словами, первоначально дыхательные нейроны способны само-
возбуждаться. Этот же механизм поддерживает вентиляцию легких у ново-
рожденных в первые дни после рождения. С момента рождения по мере
формирования синаптических связей дыхательного центра с различными
отделами ЦНС пейсмекерный механизм дыхательной активности теряет
свое физиологическое значение. У взрослых животных ритмическая ак-
тивность в нейронах дыхательного центра возникает и изменяется под
влиянием различных синаптических воздействий на дыхательные ней-
роны.
Дыхательный цикл подразделяют на фазу вдоха и фазу выдоха. Двум фа-
зам внешнего дыхания соответствуют три фазы активности нейронов ды-
хательного центра продолговатого мозга: инспираторная, которая соответ-
ствует вдоху; по.стинспираторная, которая соответствует первой половине
выдоха и называется пассивной контролируемой экспирацией; .экспира-
торная, .которая соответствует второй половине фазы выдоха и называется
фазой активной экспирации (рис. 7.15).
Генерация дыхательного ритма происходит в сети нейронов продолго-
ватого мозга, сформированной шестью типами дыхательных нейронов (см.
рис. 7.13). Доказано, что сеть основных типов дыхательных нейронов про-
долговатого мозга способна генерировать дыхательный ритм in vitro в сре-
зах продолговатого мозга толщиной всего 500 мкм, помещенных в искус-
ственную питательную среду.
369
Рис. 7.15. Соотношение фаз дыхательного цикла и фаз активности нейронов ды-
хательного центра.
Наклон линии темных фигур отражает степень биоэлектрической активности диафрагмаль-
ного нерва и дыхательных мышц в различные фазы активности дыхательного центра.
Инспираторная активность дыхательного центра начинается с мощного
стартового разряда ранних инспираторных нейронов, который появляется
спонтанно за 100—200 мс до jpa3p4na в диафрагмальном нерве. В этот мо-
мент ранние инспираторные нейроны полностью освобождаются олеиль-
ного торможения со стороны постинспираторных нейронов. Полное рас-
тормаживание ранних инспираторных нейронов происходит в период ак-
тивации преинспираторных нейронов дыхательного центра, окончательно
блокирующих разряд экспираторных нейронов.
Стартовый разряд ранних инспираторных нейронов активирует пол-
ные инспираторные нейроны, которые способны совозбуждать друг
друга. Полные инспираторные нейроны благодаря этому свойству поддер-
живают и увеличивают частоту генерации потенциалов действия в тече-
ние фазы вдоха. Именно этот тип дыхательных нейронов создает на-
растающую активность в диафрагмальном и межреберных нервах, вызы-
вая увеличение силы сокращения диафрагмы и наружных межреберных
мышц.
Ранние инспираторные нейроны в силу особых физиологических
свойств их мембраны прекращают генерировать потенциалы действия к
середине фазы вдоха. Поздние инспираторные нейроны способны дополни-
тельно активировать в конце вдоха сокращение диафрагмы и наружных
межреберных мышц. Максимальный по частоте разряд поздних инспира-
торных нейронов приходится на момент прекращения активности других
типов инспираторных нейронов дыхательного центра.
Прекращение активности всех типов инспираторных нейронов дыхате-
льного центра растормаживает постинспираторные нейроны. Постинспи-
раторные нейроны регулируют степень расслабления диафрагмы в первую
370
половину фазы выдоха. В эту фазу заторможены все другие типы нейронов
дыхательного центра.
Вторая половина фазы выдоха, или фаза активной экспирации, полно-
стью зависит от механизма ритмогенеза инспираторной и постинспира-
торной активности. Например, при быстрых дыхательных движениях
постинспираторная фаза может непосредственно переходить в фазу следу-
ющей инспирации.
Активность дыхательных мышц в течение трех фаз нейронной актив-
ности дыхательного центра изменяется следующим образом (см. рис. 7.15).
В инспирацию мышечные волокна диафрагмы и наружных межреберных
мышц постепенно увеличивают силу сокращения. В этот же период акти-
вируются мышцы гортани, которые расширяют голосовую щель, что сни-
жает сопротивление воздушному потоку на вдохе. Работа инспираторных
мышц во время вдоха создает достаточный запас энергии, которая высво-
бождается в постинспираторную фазу, или в фазу пассивной контролируе-
мой экспирации. В постинспираторную фазу дыхания объем выдыхаемого
из легких воздуха контролируется медленным расслаблением диафрагмы и
одновременным сокращением мышц гортани. Сужение голосовой щели в
постинспиоаторную фазу увеличивает сопротивление воздушному потоку
на выдохе.
Во вторую фазу выдоха, или фазу активной экспирации, экспиратор-
ный поток воздуха усиливается за счет сокращения внутренних межребер-
ных мышц и мышц брюшной стенки. В эту фазу отсутствует электриче-
ская активность диафрагмы и наружных межреберных мышц.
Координация деятельности правой и левой половин дыхательного цен-
тра является еще одной функцией дыхательных нейронов. Дыхательный
центр имеет дорсальную и вентральную группу нейронов как в правой, так
и в левой половине продолговатого мозга и таким образом состоит из двух
симметричных половин. Эта функция выполняется за счет синаптического
взаимодействия различных типов дыхательных нейронов. Дыхательные
нейроны взаимосвязаны как в пределах одной половины дыхательного
центра, так и с нейронами противоположной стороны.
7.5.2. Рефлекторная регуляция дыхания
Рефлекторная регуляция дыхания осуществляется благодаря обширным
связям нейронов дыхательного центра с многочисленными механоре-
цепторами дыхательных путей и альвеол легких и рецепторов сосудистых
рефлексогенных зон.
В дыхательных путях человека находятся следующие типы механоре-
цепторов: I) ирритантные, или быстроадаптирующиеся, рецепторы слизи-
стой оболочки дыхательных путей; 2) рецепторы растяжения гладких
мышц дыхательных путей; 3) J-рецепторы.
РефлексьГсо слизистой оболочки полости носа. Раздражение ирритант-
ных рецепторов слизистой оболочки носа вызывает сужение бронхов, голо-
совой щели, брадикардию, снижение сердечного выброса, сужение просве-
та сосудов кожи и мышц. Защитный рефлекс проявляется у новорожденных
при кратковременном погружении в воду: возникает остановка дыхания,
препятствующая проникновению воды в верхние дыхательные пути.
Рефлексы с глотки. Механическое раздражение рецепторов слизистой
оболочки задней части полости носа вызывает сильнейшее сокращение
371
диафрагмы, наружных межреберных мышц, а следовательно, вдох, кото-
рый открывает дыхательный путь через носовые ходы (аспирационный
рефлекс). Этот рефлекс выражен у новорожденных.
Рефлексы с гортани и трахеи. Многочисленные нервные окончания
расположены между эпителиальными клетками слизистой оболочки горта-
ни и главных бронхов. Их раздражение вызывает кашлевой рефлекс, про-
являющийся в резком выдохе на фоне сужения гортани, и сокращение
гладких мышц бронхов, которое сохраняется долгое время после рефлекса.
Кашлевой рефлекс является основным легочным рефлексом блуждающего
нерва. ivcg1 -<
Рефлексы с рецепторов бронхиол. Многочисленные миелинизирован-
ные рецепторы находятся в эпителии! внутрилегочных бронхов и бронхи-
ол. Их раздражение вызывает гиперпноэ, бронхоконстрикцию, сокраще-
ние гортани, гиперсекрецию слизи, но никогда не сопровождается каш-
лем.
Рефлексы с J-рецепторов. В альвеолярных перегородках в контакте с
капиллярами находятся особые J-рецепторы. Эти рецепторы особенно
чувствительны к интерстициальному отеку, легочной венозной гипертен-
зии, раздражающим газам и ингаляционным наркотическим веществам.
Стимуляция J-рецепторов вызывает вначале апноэ, затем поверхностное
тахипноэ, гипотензию и брадикардию.
Рефлекс Геринга—Брейера. Раздувание легких у наркотизированного
животного рефлекторно тормозит вдох и вызывает выдох. Перерезка блуж-
дающих нервов устраняет рефлекс. Нервные окончания, расположенные в
бронхиальных мышцах, играют роль рецепторов растяжения легких. Их
относят к медленно адаптирующимся рецепторам растяжения легких, ко-
торые иннервируются миелиновыми волокнами блуждающих нервов.
Рефлекс Геринга—Брейера контролирует глубину и частоту дыхания.
У человека он имеет физиологическое значение при дыхательных объемах
свыше 1 л (например, при физической нагрузке).
У новорожденных рефлекс Геринга—Брейера четко проявляется только
в первые 3—4 дня после рождения.
Проприоцептивный контроль дыхания. Рецепторы суставов грудной
клетки посылают импульсы в кору большого мозга и являются единствен-
ным источником информации о движениях грудной клетки во время ды-
хания.
Межреберные мышцы и в меньшей степени диафрагма содержат боль-
шое количество мышечных веретен. Активность этих рецепторов проявля-
ется при пассивном растяжении мышц, изометрическом сокращении и
изолированном сокращении интрафузальных мышечных волокон. Рецеп-
торы посылают сигналы в соответствующие сегменты спинного мозга. Не-
достаточное укорочение инспираторных или экспираторных мышц усили-
вает импульсацию от мышечных веретен, которые через у-мотонейроны
повышают активность а-мотонейронов и дозируют таким образом мышеч-
ное усилие.
Хеморефлексы дыхания. POj и РСО2 в артериальной крови человека и
животных поддерживаются на достаточно стабильном уровне, несмотря на
значительные изменения потребления О2 и выделение СОг- Гипоксия и
понижение pH крови (ацидоз) вызывают усиление вентиляции (гипервен-
тиляция), а гипероксия и повышение pH крови (алкалоз) — понижение
вентиляции (гиповентиляция) или апноэ. Контроль за нормальным содер-
жанием во внутренней среде организма Ог, СОг и pH осуществляется пе-
риферическими и центральными хеморецепторами.
372
Адекватным раздражителем для периферических хеморецепторов явля-
ется уменьшение РО2 артериальной крови, в меньшей степени увеличение
РСОг и pH, а для центральных хеморецепторов — увеличение концентра-
ции Н+ во внеклеточной жидкости мозга.
Артериальные (периферические) хеморецепт ары. Периферические хемо-
рецепторы находятся в каротидных и аортальных тельцах^ Сигналы от ар-
териальных хеморецепторов по синокаротидным и аортальным нервам по-
ступают к нейронам ядра одиночного пучка продолговатого мозга, а затем
переключаются на нейроны дыхательного центра. Хеморецедюры возбуж-
даются _лри. .понижении РаО2. При РаО2 в_ пределах/80—60 мм рт. ст.
(ГО,6—8.0 кПа/наблюдается слабое усиление вентиляции лёгких, а при
РаОг-ниже 30 мм рт.ст. (6,7 кПа) возникает выраженная гипервентиляция.
РаСОг и pH крови потенцируют эффект гипоксии на артериальные хе-
морецепторы и не являются адекватными раздражителями для этого типа
хеморецепторов дыхания.
Реакция артериальных хеморецепторов и дыхания на гипоксию. Недостаток
О2 в артериальной крови является основным раздражителем перифериче-
ских хеморецепторов. Гипоксическая реакция дыхания практически отсут-
ствует у коренных жителей высокогорья и исчезает примерно через 5 лет у
жителей равнин после начала их апаптации к высокогорью (3500 м и выше).
Централы1ые~хемирецепторы. Окончательно не установлено местополо-
жение центральных хеморецепторов. Считают, что такие хеморецепторы
находятся в ростральных отделах продолговатого мозга вблизи его вентра-
льной поверхности, а также в различных зонах дорсального дыхательного
ядра.
Адекватным раздражителем для центральных хеморецепторов является
изменение концентрации Н+ во внеклеточной жидкости мозга. Функцию
регулятора пороговых сдвигов pH в области центральных хеморецепторов
выполняют структуры гематоэнцефалического барьера, который отделяет
кровь от внеклеточной жидкости мозга. Через этот барьер осуществляется
транспорт О2, СО2 и Н+ между кровью и внеклеточной жидкостью мозга.
Реакция дыхания на СО2. Гиперкапния и ацидоз стимулируют, а гипо-
капния и алкалоз тормозят центральные хеморецепторы.
Для определения чувствительности центральных хеморецепторов к из-
менению pH внеклеточной жидкости мозга используют метод возвратного
дыхания. Испытуемый дышит из замкнутой емкости, заполненной предва-
рительно чистым О2. При дыхании в замкнутой системе выдыхаемый СО2
вызывает линейное увеличение концентрации СО2 и одновременно повы-
шает концентрацию Н+ в крови, а также во внеклеточной жидкости мозга.
Тест проводят в течение 4—5 мин под контролем содержания СО2 в выды-
хаемом воздухе.
На рис. 7.16 показано изменение объема вентиляции при различной
величине напряжения СО2 в артериальной крови. При РаСО2 ниже
40 мм рт.ст. (5,3 кПа) может возникнуть апноэ в результате гипокапнии.
В этот период дыхательный центр мало чувствителен к гипоксической
стимуляции периферических хеморецепторов.
7.5.3. Координация дыхания с другими функциями организма
В филогенетическом развитии организма человека и животных дыхате-
льный центр приобретает сложные синаптические взаимоотношения с
различными отделами ЦНС.
373
Рис. 7.16. Изменение вентиляции легких (VE, л мин-1) в зависимости от парци-
ального давления О2 (А) и СО2 (Б) в альвеолярном воздухе при различном содер-
жании О2 в альвеолярном воздухе (40, 50, 60 и 100 мм рт.ст.).
В отличие от других физиологических функций организма дыхание на-
ходится под контролем автономной (вегетативная) и соматической нер-
вной системы, поэтому у человека и животных дыхание нередко называют
вегетосоматической функцией. Существует тесное взаимодействие процес-
сов регуляции дыхания и сознательной деятельности мозга. Однако во
время сна или в состояниях, связанных с отсутствием сознания у челове-
ка, сохраняется внешнее дыхание и обеспечивается нормальное поддержа-
ние газового гомеостаза внутренней среды. С другой стороны, человек
имеет возможность по собственному желанию изменять глубину и частоту
дыхания или задерживать его. Произвольное управление дыханием осно-
вано на корковом представительстве проприоцептивного анализатора ды-
хательных мышц и на наличии коркового контроля дыхательных мышц.
При электрическом раздражении коры большого мозга у человека и жи-
вотных установлено, что возбуждение одних корковых зон вызывает уве-
личение, а раздражение других — уменьшение легочной вентиляции. Наи-
более сильное угнетение дыхания возникает при электрической стимуля-
ции лимбической системы переднего мозга. При участии центров термо-
регуляции гипоталамуса возникает гиперпноэ при гипертермических со-
стояниях.
Дыхание опосредованно через газы крови влияет на кровообращение во
многих органах. Важнейшим гуморальным, или метаболическим, регуля-
тором локального мозгового кровотока являются Н+ артериальной крови и
межклеточной жидкости. В качестве метаболического регулятора тонуса
сосудов мозга рассматривают также СОг- В головном мозге повышение кон-
центрации Н+ расширяет сосуды, а понижение концентрации Н+ в артериа-
льной крови или межклеточной жидкости, напротив, повышает тонус глад-
ких мышц сосудистой стенки. Возникающие при этом изменения мозгово-
го кровотока способствуют изменению градиента pH по обе стороны гема-
374
тоэнцефалического барьера и создают благоприятные условия либо для
вымывания из сосудов мозга крови с низким значением pH, либо для по-
нижения pH крови в результате замедления кровотока.
Функциональное взаимодействие систем регуляции дыхания и крово-
обращения является предметом интенсивных физиологических исследова-
ний. Обе системы имеют общие рефлексогенные зоны в сосудах: аорталь-
ную и синокаротидные. Периферические хеморецепторы дыхания аорта-
льных и каротидных телец, чувствительные к гипоксии в артериальной
крови, и барорецепторы стенки аорты и каротидных синусов, чувствитель-
ные к изменению системного артериального давления, расположены в
рефлексогенных зонах в непосредственной близости друг от друга. Все на-
званные рецепторы посылают афферентные сигналы к специализирован-
ным нейронам основного чувствительного ядра продолговатого мозга —
ядра одиночного пучка. В непосредственной близости от этого ядра нахо-
дится дорсальное дыхательное ядро дыхательного центра. Здесь же в про-
долговатом мозге находится сосудодвигательный центр.
Координацию деятельности дыхательного и сосудодвигательного цент-
ров продолговатого мозга осуществляют нейроны ряда интегративных
ядер бульбарной ретикулярной формации.
7.6. ОСОБЕННОСТИ ДЫХАНИЯ ПРИ ФИЗИЧЕСКОЙ
НАГРУЗКЕ И ПРИ ИЗМЕНЕННОМ ПАРЦИАЛЬНОМ
ДАВЛЕНИИ ГАЗОВ
7.6.1. Дыхание при физической нагрузке
Значительное возрастание метаболических потребностей во время на-
грузки требует существенного увеличения количества доставляемого к
мышцам О2. Одновременно повышенное количество СО2, образующегося
в интенсивно работающих мышцах, должно быть удалено для предотвра-
щения тканевого ацидоза. Для удовлетворения возросших энергетических
потребностей мышечной клетки необходима тесная взаимосвязь физиоло-
гических компенсаторных механизмов на уровне легких, легочного крово-
обращения, сердца и системного кровообращения.
Тесное и синхронное взаимодействие всех звеньев кислородного транс-
порта требуется для адекватной доставки О2 к тканям, своевременной эли-
минации СО2 и поддержания газового состава артериальной крови при
возрастании скорости метаболизма.
При физической нагрузке можно выделить три основные фазы измене-
ния дыхания.
Д В начальную фазу дыхание регулируется проприоцептивными сенсорны-
ми нейронами работающих мышц. Вентиляция повышается сразу же по-
сле начала нагрузки и зависит от темпа ее нарастания и режима дозиро-
вания. В начальной фазе транспорт СО2 несколько отстает от централь-
ной стимуляции вентиляционного процесса, приводя к временному па-
дению РСО2 в альвеолах.
Д Изокапническая фаза наступает примерно через минуту после начала ра-
боты. Метаболизм преимущественно аэробный, и метаболический аци-
доз отсутствует. Гиперкапния в этой фазе играет роль основного стиму-
лирующего фактора», вызывающего прирост вентиляции. При работе
средней интенсивности, когда организм переходит в устойчивое состоя-
375
ние, газовый состав крови и кислотно-основной баланс почти не откло-
няются от нормальных показателей. Вентиляция повышается прямо
пропорционально транспорту газов примерно до уровня 70 % максима-
льного потребления О2.
д В анаэробную фазу транспорт газов не удовлетворяет тканевый метабо-
лизм и возникает метаболический ацидоз. При тяжелой физической ра-
боте метаболический ацидоз является дополнительным фактором, сти-
мулирующим вентиляцию. При максимальном уровне физической на-
грузки потребление О2 и продукция СО2 возрастают в 15—20 раз.
В качестве устройства, позволяющего строго дозировать и стандартизи-
ровать нагрузку, используют велоэргометр и бегущую дорожку (тредмил).
Исследование во время физической нагрузки дает ценную информацию об
адаптационных возможностях дыхательной и сердечно-сосудистой систем.
Анаэробный порог (АП) описывает тот уровень нагрузки или потребле-
ния Ог, при котором значительная часть энергетических потребностей по-
крывается за счет анаэробного метаболизма. Основными критериями на-
ступления АП при эргоспирометрическом исследовании считают:
• появление опережающего роста минутной вентиляции (Ve) по отноше-
нию к потреблению О2 (VO2);
• непропорциональное повышение продукции СО2 (VCO2) по отношению
к потреблению О2 (VO2);
• повышение вентиляционного эквивалента по О2 (VeC>2) без соответству-
ющего повышения вентиляционного эквивалента по СО2 (У^СОг);
• повышение конечно-экспираторного напряжения О2 (РеЮг) без соот-
ветствующего повышения напряжения СО2 в конце выдоха (Ре1СОг).
АП по времени совпадает с падением pH и содержания бикарбонатов.
Чаще всего он измеряется в процентах потребления О2 по отношению к
должному максимальному. Признаки анаэробного порога обычно появля-
ются примерно на уровне 40—60 % от VO2max у здоровых лиц. Появление
признаков анаэробного порога означает наступление метаболического
ограничения выполнения физической нагрузки.
Разница между показателями содержания Ог артериальной и смешан-
ной венозной крови — артериовенозная разница по О2 — (A—V)C>2 отра-
жает часть О2, экстрагированного тканями во время работы, выполняемой
в аэробном режиме. С повышением сердечного выброса происходит пере-
распределение кровотока к интенсивно работающим мышцам, где экст-
ракция О2 повышена. Наряду с увеличением (A—V)O2 во время работы из-
меняются также кривая диссоциации гемоглобина и повышается объем
крови в капиллярах мышц. Это способствует сокращению дистанции для
диффузии О2 к мышечным клеткам.
Максимальным уровнем физической работоспособности у здорового чело-
века считают нагрузку, при которой организм уже не способен потреблять
большее количество Ог, несмотря на повышение уровня нагрузки. Показа-
тели физической работоспособности у здоровых людей индивидуальны и
зависят от пола, возраста, антропометрических, расовых и других факторов.
7.6.2. Дыхание при подъеме на высоту
По мере возрастания высоты над уровнем моря понижается барометри-
ческое давление и как следствие падает РОг- В процессе акклиматизации
человека при подъеме на высоту центральную роль играет адаптация меха-
376
низмов поддержания кислородного транспорта. Основным адаптацион-
ным механизмом является гипервентиляционный ответ, который проходит
3 фазы:
• острый ответ на гипоксию, появляющийся с первых секунд подъема на
высоту и продолжающийся до нескольких часов;
• вентиляционная акклиматизация или отсроченный ответ, который на-
ступает при пребывании в высокогорье от нескольких часов до несколь-
ких недель;
• деакклиматизация вентиляции при восстановлении нормоксии.
Острая гипоксия вызывает повышение вентиляции в течение несколь-
ких секунд. Этот ответ возникает как результат стимуляции каротидных
телец вследствие артериальной гипоксемии. Гипервентиляция вызывает
уменьшение РСО2 в крови и как результат снижение pH цереброспиналь-
ной жидкости, что может привести к угнетению дыхания. Но в ответ на
тканевую гипоксию и гипокапнию вырабатываются метаболические кис-
лоты (главным образом молочная), что вызывает положительный вентиля-
ционный ответ.
Вентиляционная акклиматизация к длительной гипоксии — зависимое
от времени повышение уровня гипервентиляции, которая в большинстве
случаев формируется в течение 2 сут и полностью завершается к 7—10-му
дню. Прогрессирующая гипервентиляция обусловлена двумя основными
процессами: «восстановлением» ЦНС после гипоксии и оптимизацией
чувствительности каротидных хеморецепторов к гипоксическим стимулам.
К факторам долговременной адаптации относится также рост концентра-
ции гемоглобина.
Деакклиматизация характеризуется тем, что гипервентиляция возника-
ет в ответ на гипоксию после того, как гипоксический стимул устранен,
сохраняется в течение 1—2 сут и только после этого возвращается к нор-
Мовентиляции.
При высотной акклиматизации, вероятно, важен еще один механизм —
полицитемия (повышение содержания эритроцитов в крови), сопровожда-
ющаяся увеличением концентрации гемоглобина. Повышение выработки
эритроцитов вызвано гипоксемией, которая стимулирует выброс из почек
гемопоэтина — активатора кроветворной функции костного мозга.
7.6.3. Дыхание чистым кислородом
Применение Ог в клинике с лечебной целью широко распространено.
Основной задачей кислородотерапии является устранение гипоксемии и
тканевой гипоксии. Однако длительное применение О2 может привести к
повреждению легких. Основные патологические изменения затрагивают
эндотелиальные клетки легочных капилляров.
Дыхание чистым кислородом у недоношенных новорожденных мо-
жет приводить к так называемой ретролентальной фиброплазии (образо-
вание фиброзной ткани за хрусталиком), в результате чего развивается
слепота. Механизм формирования этого процесса объясняется тем, что в
ответ на высокое напряжение Ог в кувезе развивается местный сосу-
дистый спазм (во избежание этого явления поддерживают такой режим
подачи О2, чтобы напряжение О2 в артериальной крови не превышало
140 мм рт.ст.).
377
7.6.4. Дыхание при высоком давлении
Человеку при погружении в воду на большие глубины приходится ис-
пытывать повышенное атмосферное давление, которое увеличивается че-
рез каждые 10 м глубины на 1 атм. В связи с этим на больших глубинах
плотность газов значительно возрастает, что приводит к повышению об-
щей работы дыхания и может привести к задержке СО2 в организме (осо-
бенно при проведении водолазных работ, связанных с высокой нагруз-
кой).
Очень важной проблемой глубинных работ является декомпрессионная
болезнь. Причина ее состоит в том, что на глубине парциальное давление
азота и его растворимость возрастают, и он начинает накапливаться в тка-
нях, особенно жировой. При подъеме, напротив, он медленно удаляется
из тканей. Быстрый подъем вызывает образование пузырьков газа (десату-
рация), и при большом их количестве происходит закупорка сосудов ЦНС.
При этом могут отмечаться тяжелые неврологические расстройства — глу-
хота, нарушение зрения, а иногда и параличи. Могут отмечаться также си-
льные боли в области суставов (кессонная болезнь).
Лечение этих расстройств сводится к повторному помещению больного
в среду с высоким давлением, создаваемую в барокамере. Пузырьки газа
вследствие их повторного растворения исчезают, что приводит к исчезно-
вению симптоматики. Для профилактики кессонной болезни декомпрес-
сия должна осуществляться медленно (в течение нескольких часов) в не-
сколько этапов. Другим методом профилактики является дыхание кисло-
родно-гелиевыми смесями. Механизм профилактического действия смеси
заключается в меньшей растворимости и как следствие меньшем накопле-
нии гелия по сравнению с азотом, а также в его более высокой диффузи-
онной способности.
На больших глубинах (около 40—50 м), помимо описанных выше симп-
томов, азот может вызывать эйфорию, подобную тому, которая возникает
при наркотическом или алкогольном опьянении. Считается, что это связа-
но с повышенной липофильностью (растворимость в жирах) азота.
7.7. НЕДЫХАТЕЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ ЛЕГКИХ
К недыхательным функциям легких относят систему местной защиты
легких от внешних воздействий и метаболизм биологически активных
веществ.
7.7.1. Защитные функции дыхательной системы
Легкие в силу анатомо-топографических и функциональных особенно-
стей подвергаются воздействию многочисленных неблагоприятных факто-
ров окружающей среды.
Ежесуточно через легкие проходит около 10 тыс. л воздуха, содержаще-
го пыль, органические и неорганические частицы, микроорганизмы, рези-
стентность к которым обусловлена эффективностью системы местной за-
щиты (М3).
Защитный эффект осуществляется с помощью так называемых неспе-
цифических и специфических механизмов. Неспецифические механизмы за-
щиты направлены против любого чужеродного агента. Специфическая за-
378
щита реализуется с помощью местного иммунного ответа клеток лимфо-
идной ткани. Деятельность защитных механизмов как единой системы
осуществляется при участии различных факторов (механических, гумора-
льных, клеточных).
Выделяют несколько звеньев М3 легких:
• мукоцилиарное звено, деятельность которого обусловлена активностью
цилиарного аппарата и реологическими свойствами бронхоальвеолярно-
го секрета;
• гуморальное звено — факторы бронхиального содержимого (иммуногло-
булины, лизоцим, лактоферрин, антипротеазы, комплемент, интерфе-
рон и некоторые другие);
• клеточное звено — главным образом альвеолярные макрофаги (AM), а
также нейтрофилы и лимфоциты. Нарушение в каждом из этих звеньев
может явиться одним из патогенетических или по крайнем мере пред-
располагающих факторов в развитии болезней легких.
7.7.1.1. Механические факторы защиты
Слизистая оболочка полости носа вырабатывает за сутки 100—500 мл
секрета. Этот секрет, покрывающий слизистую оболочку, участвует в вы-
ведении из верхних дыхательных путей инородных частиц и способст-
вует увлажнению вдыхаемого воздуха. При носовом дыхании наиболее
(до 30 мкм) крупные частицы пыли задерживаются волосяным фильтром
преддверия полости носа, а частицы размером 10—30 мкм оседают на сли-
зистой оболочке носовой полости благодаря турбулентному движе-
нию воздушной струи. Затем частицы пыли и микроорганизмы вместе со
слизью перемещаются из передней части полости носа со скоростью
1—2 мм/ч к выходу из него за счет упорядоченного движения ресничек
мерцательного эпителия. Из задней части полости носа слизь с осевшими
на ней частицами движется со скоростью 10 мм/мин по направлению дви-
жения вдыхаемого воздуха к глотке, откуда в результате рефлекторно воз-
никающих глотательных движений попадает в пищеварительный тракт.
Из полости носа воздух по воздухоносным путям поступает в трахею и
далее в бронхи. Слизистая оболочка трахеи и бронхов продуцирует в сутки
10—100 мл секрета, который покрывает поверхность слизистой оболочки
трахеи и бронхов слоем толщиной 5—7 мкм. Регуляция продукции секрета
осуществляется парасимпатическим и симпатическим отделами автоном-
ной (вегетативная) нервной системы. Активными стимуляторами секреции
являются простангландин Е| и гистамин. Больщую-роль в рефлекторной
регуляции секреции играет раздражение ирритантных рецепторов блужда-
ющего нерва. С помощью нервной системы регулируются не только объ-
ем, но и вязкоэластические свойства секрета.
Эффективное очищение дыхательных путей зависит от нормального
функционирования ресничек мерцательного эпителия, а также от количе-
ства, вязкости и эластичности продуцируемого секрета, что дало основа-
ние выделить в системе М3 легких единое мукоцилиарное звено, или му-
коцилиарный аппарат. Основной структурной единицей мукоцилиарного
аппарата является клетка мерцательного эпителия, покрывающего слизи-
стые оболочки трахеи и бронхов, верхних дыхательных путей, придаточ-
ных пазух носа и среднего уха. На поверхности каждой клетки мерцатель-
ного эпителия находится около 200 ресничек толщиной 0,3 мкм и длиной
379
около 6 мкм. Каждая ресничка состоит из пары центральных и 9 располо-
женных по кругу микротрубочек. Движение ресничек осуществляется с
помощью актиновых нитей микротрубочек за счет энергии АТФ. Колеба-
ния отдельных ресничек синхронизированы и скоординированы. Частота
колебаний ресничек у каждого человека — строго определенная величина
(средняя частота колебаний у здоровых людей при исследовании in vitro
биоптатов слизистых оболочек респираторного тракта при температуре
37 °C составляет 12,5±1,7 Гц).
Эффективная деятельность мукоцилиарного аппарата зависит не только
от подвижности ресничек, но и от реологических свойств секрета, кото-
рый в норме представляет собой сложную смесь из продуктов секреции
слизистых, серозных и эпителиальных клеток респираторного тракта, тка-
невого транссудата, сурфактанта. Около 95 % секрета составляет вода, в то
время как остальные 5 % представлены слизистыми гликопротеидами (му-
цины), белками, липидами и электролитами, определяющими его реоло-
гические свойства.
Бронхиальный секрет образует на поверхности слизистой оболочки
бронхов и трахее двухкомпанентное покрытие: внутренний, жидкий слой —
золь, в котором функционируют реснички, обеспечивающие транспорт сек-
рета в оральном направлении, и наружный, вязкий слой — гель, обеспечи-
вающий прилипание инородных частиц, содержащихся во вдыхаемом воз-
духе. Границу между слоями образует сурфактант, удаляемый из альвеол.
Оптимальные вязкость и эластичность секрета — необходимое условие
эффективного мукоцилиарного клиренса.
В регуляции двигательной активности ресничек принимает участие ав-
тономная нервная система. На увеличение активности ресничек мерцате-
льного эпителия влияют простагландины Е|, Ej и лейкотриен С4. К числу
экзогенных факторов, тормозящих активность мерцательного эпителия,
относится вдыхание табачного дыма.
Пылевые частицы диаметром 3—10 мкм и часть микроорганизмов осе-
дают на слизистой оболочке трахеи и бронхов. Этому способствует про-
грессирующее увеличение площади контакта вдыхаемого воздуха с поверх-
ностью слизистой оболочки бронхиального дерева в результате последова-
тельного его деления на более мелкие ветви. Слизь с прилипшими к ней
частицами благодаря движению ресничек перемещается к глотке против
направления движения вдыхаемого воздуха. Скорость передвижения слизи
в различных частях бронхиального дерева различна: медленнее всего осу-
ществляется ее транспорт в терминальных бронхиолах; в трахее же ско-
рость эскалации слизи может возрастать в 20—40 раз. Время выведения
частиц, попавших в легкие с вдыхаемым воздухом, колеблется от 1 до 24 ч,
у пожилых людей этот процесс более длительный. В результате деятельно-
сти ресничек не только освобождаются бронхи от микроорганизмов, но и
сокращается время их контакта с клеткой эпителия до 0,1 с, что затрудня-
ет инвазию микроорганизмов в ткань. Эффективность транспорта зависит
от функционального состояния реснитчатого эпителия, а также от вязко-
сти и эластичности слизи.
В эпителии бронхиол имеются секреторные клетки (Клара-клетки).
В состав секрета этих клеток входят липиды гликопротеины, фосфолипа-
зы, кислая фосфатаза. Предполагают, что секрет этих клеток обеспечивает
выстилку бронхиол и обладает детоксикационной функцией.
В механической очистке респираторной зоны принимает участие и сур-
фактант, который, образуя пленку на внутренней поверхности альвеол,
предотвращает контакт с альвеолоцитами вредных частиц и инфекцион-
380
ных агентов. Кроме того, обвалакивая инородные частицы, часть сурфак-
танта вместе с ними в результате дыхательных движений транспортируется
из альвеол в бронхиальную систему, откуда удаляется мукоцилиарным
транспортом.
7.7Л.2. Клеточные факторы защиты
AM являются частью так называемой системы фагоцитирующих моно-
нуклеаров. AM, как и другие тканевые макрофаги, имеют костномозговое
происхождение, источником их служат клетки моноцитарного ряда. По-
ступившие из костного мозга в кровь моноциты мигрируют в ткани, где
созревают до макрофагов, приобретая специфические для определенных
тканей черты и адаптируясь к соответствующим условиям. Тканевые мак-
рофаги находятся на конечной стадии дифференцировки и не подвергают-
ся дальнейшему делению. Пролиферация AM, их созревание и адаптация
к аэробным условиям в легочной ткани происходят в интерстиции, а в по-
следующем клетки мигрируют в альвеолярные пространства, где и функ-
ционируют. Морфологически зрелые AM представляют собой большие по-
лиморфные клетки 20—40 мкм в диаметре. Основной морфологический
признак AM — обилие цитоплазматических гранул различной формы, раз-
мера, плотности, представляющих собой лизосомы и фагосомы. Могут
встречаться двуядерные и гигантские многоядерные клетки. Продолжите-
льность жизни AM 1—5 нед, однако имеется популяция и с более длитель-
ным сроком жизни. Биологическая роль AM заключается в поглощении
микробных и немикробных чужеродных частиц, участии в воспалительных
и иммунологических реакциях в легочной ткани, секреции компонентов
комплемента, интерферона, лизоцима, активатора плазминогена, аг-мак-
роглобулина, широкого спектра лизосомальных ферментов.
Основной функцией AM является фагоцитоз.
К клеточному звену М3 легких относятся также нейтрофильные и эози-
нофильные гранулоциты, содержание которых в легких относительно не-
велико. В бронхоальвеолярных смывах и биоптатах легких здоровых лиц
гранулоциты составляют около 1 % всей клеточной популяции. Несмотря
на их небольшое число, гранулоциты играют важную роль в процессах М3
и развитии воспалительных реакций в легких.
Основная масса гранулоцитов в легочной ткани прилежит к сосудисто-
му эндотелию, являющемуся своеобразным резервуаром гранулоцитов, от-
куда клетки при воздействии соответствующих стимулов мигрируют сна-
чала в интерстициальную ткань, а затем проникают между альвеолоцитами
в альвеолярные пространства. Главная функция гранулоцитов — фагоци-
тоз. Стимуляция миграции гранулоцитов происходит под влиянием хемо-
таксического фактора AM, продуктов активации комплемента, фактора
Хагемана, кининовой системы, метаболитов арахидоновой кислоты. Хемо-
таксический фактор привлекает гранулоциты в очаг внедрения чужеродно-
го материала, а фактор торможения миграции, также высвобождающийся
из AM, удерживает их там. Показано, что миграция клеток в легкие возра-
стает под влиянием длительной кислородотерапии, что обусловлено вы-
свобождением хемотаксического фактора из AM. Увеличение притока гра-
нулоцитов в легкие, сопровождающееся повышенной продукцией ими
токсичных кислородных метаболитов, может оказывать повреждающее
действие на легочную ткань, проявляющееся интерстициальным отеком,
утолщением альвеолярных перегородок, заполнением альвеол экссудатом.
381
Распознавание и прикрепление микробов к гранулоцитам происходит с
помощью рецепторов к Fc-фрагментам IgG и С3, плотность которых выше
на поверхности гранулоцитов, чем на AM. В связи с этим способность гра-
нулоцитов к фагоцитозу опсонизированных микроорганизмов выше, чем у
AM. Гранулоциты поглощают чужеродные частицы преимущественно за
счет энергии гликолиза и гликогенеза, а AM — в основном с помощью
окислительного фосфорилирования, причем скорость поглощения частиц
гранулоцитами выше. Бактерицидность гранулоцитов так же, как и AM,
главным образом обусловлена продукцией кислородных метаболитов, ко-
торые могут оказывать также повреждающее действие на сами фагоцити-
рующие клетки.
7.7.1.3. Гуморальные факторы защиты
Среди факторов гуморального звена М3 значительная роль принадле-
жит иммуноглобулинам (IgG, IgA, IgM). Наиболее важное значение среди
них имеют иммуноглобулины класса А, содержание которых в бронхоаль-
веолярном смыве (БАС) больше, чем в сыворотке крови. IgA синтезирует-
ся лимфоидными клетками костного мозга, селезенки, лимфатических уз-
лов, БАЛТ, плазматическими клетками подслизистого слоя бронхов. Вы-
работку IgA стимулирует антиген, попавший в просвет бронхиального де-
рева. Синтезируемый местно мономер IgA с помощью гликопротеида, мо-
лекулярная масса которого составляет 1500 кД, преобразуется в димер.
Последний соединяется с пептидным фрагментом, синтезируемым эпите-
лиальными клетками слизистой оболочки бронхов, и обозначается как
секреторный компонент. Этот компонент способствует проникновению
димеров IgA в бронхоальвеолярное пространство и защищает молекулу
секреторного IgA (slgA) от разрушения протеолитическими ферментами.
Только 5 % IgA поступает в бронхоальвеолярное пространство из сыворот-
ки крови. IgA проявляет наибольшую функциональную активность в про-
ксимальных отделах респираторного тракта, оказывая противовирусное и
антимикробное действие, уменьшая адгезивную способность микроорга-
низмов к слизистой оболочке. IgA принимает участие в активации комп-
лемента по альтернативному пути, способствуя тем самым лизису микро-
бов, усиливает антимикробное действие лизоцима и лактоферрина, анти-
телозависимую клеточную цитотоксичность. Кроме того, этот иммуногло-
булин предотвращает размножение вируса в месте внедрения, препятству-
ет образованию аутоантител.
В противомикробной защите мелких бронхов немаловажную роль игра-
ет IgG. Его уровень в БАС и сыворотке крови практически одинаков. Ис-
точник IgG легких — сыворотка крови и БАЛТ. Существует 4 субкласса
этого иммуноглобулина — IgG] (66 %), IgG2 (27 %), IgGj и IgG4 (1,8—
5,4 %). Известно, что к IgG2 принадлежат антитела к гемофильной палоч-
ке и пневмококку. В БАС IgG действуют как опсонины, связываясь с бак-
териальными частицами, они усиливают их адгезию к мембране AM, спо-
собствуя фагоцитозу. В более низких концентрациях в бронхах обнаружи-
вают IgM, который, по мнению большинства авторов, синтезируется мест-
но, а не проникает из сыворотки.
Одним из факторов гуморального звена местной защиты является ком-
племент — система белков сыворотки крови, включающая 9 компонентов
(С). Описаны классический (иммунный) и альтернативный (пропердино-
вый) пути активации комплемента. В активации первого пути принимают
382
участие IgG, IgM, иммунные комплексы, С-реактивный белок. Каскад ак-
тивации Cir—Csb обладает способностью повышать сосудистую проницае-
мость, вызывать отек и бронхоспазм. Альтернативный путь активации на-
чинается с Сз. Активаторами могут являться IgA и бактериальные липопо-
лисахариды. Присутствие в сыворотке крови ингибиторов (Ci) и инакти-
ваторов (Сзь) обеспечивает определенный уровень активации комплемен-
та. Биологическое значение комплемента связано с его участием в воспа-
лительных и иммунных реакциях легочной ткани в процессах местной за-
шиты. Комплемент обладает опсонирующим действием, участвует в хемо-
таксисе и адгезии, оказывает влияние на секрецию гликопротеинов слизи,
движение ресничек мерцательного эпителия бронхов, регулируя таким об-
разом мукоцилиарный клиренс. Признается, что дефицит С3 приводит к
частым инфекционным заболеваниям.
Важным биологическим свойством лизоцима (мурамидазы) является
антимикробное действие, связанное с его способностью расщеплять поли-
сахаридную часть клеточной мембраны, вызывая лизис бактерий (стрепто-
кокки группы А, грамотрицательные бактерии и грибы). Кроме того, лизо-
цим угнетает хемотаксис нейтрофилов и продукцию ими токсичных кис-
лородных радикалов, увеличивает скорость поглощения бактерий и проли-
ферацию лимфоцитов. Другими словами, лизоцим регулирует воспалите-
льные реакции и оказывает влияние на процессы фагоцитоза. Основными
источниками лизоцима являются моноциты крови, нейтрофилы, AM, се-
розные клетки бронхиальных желез. В связи с тем что концентрация лизо-
цима в легких больше, чем в других органах, его относят к факторам мест-
ной зашиты легких. При хроническом бронхите в результате гиперплазии
и гипертрофии бронхиальных желез происходит снижение секреции лизо-
цима, что приводит к угнетению антимикробной функции.
AM секретируют в 10 раз большее количество лизоцима, чем нейтро-
филы, и обладают большей бактерицидной способностью. Лизоцим ока-
зывает влияние также на реологические свойства слизи в просвете брон-
хов, прежде всего на структуру геля. При дефиците лизоцима нарушается
мукоцилиарный клиренс. Определенное участие в местной защите при-
нимает лактоферрин. Лактоферрин представляет собой гликопротеид, со-
держащий железо; продуцируется железистыми клетками, локализуется в
гранулах серозных клеток бронхиальных желез. Одно из его основных
свойств — бактериальная активность, которая, как полагают, связана с
утилизацией железа, необходимого для нормальной жизнедеятельности
бактериальной клетки. Связывание лактоферрина с поверхностью клетки
не происходит в присутствии секреторного IgA, что свидетельствует о ко-
оперативном взаимодействии факторов гуморального звена местной за-
щиты легких.
Источником фибронектина в легких являются AM. Содержание этого
гликопротеида повышается в БАС курильщиков. Основная роль фибро-
нектина — неиммунная опсонизация некоторых микроорганизмов, немик-
робных частиц, а также участие его в процессах адгезии клеток друг к дру-
гу и к различным субстратам. Еще одним из факторов гуморального звена
местной защиты легких является интерферон, обладающий противовирус-
ным, антипролиферативным и иммунорегуляторными свойствами. Выде-
ляют а-, р- и у-интерфероны, вырабатываемые различными клетками. Так,
у-интерферон вырабатывается 0-лимфоцитами под влиянием бактерий и
вирусов. AM выделяют p-интерферон, а-интерферон продуцируют Т-лим-
фоциты. Выработка альвеолярными макрофагами а- и у-интерферонов
имеет важное значение в противовирусной защите легких. Кроме того,
383
а-интерферон активирует естественные киллеры, а у-интерферон стимули-
рует активность AM и нейтрофилов.
На протяжении бронхиального дерева и респираторной ткани выделяют
БАЛТ в виде скопления лимфоидных клеток, лимфоидных узлов и узел-
ков. Эта ткань является резервуаром иммунокомпетентных клеток и спо-
собствует развитию местных иммунных реакций при попадании антигенов
в дистальные отделы легких. В составе БАЛТ на долю Т-лимфоцитов при-
ходится около 7 3%, В-лимфоцитов — 7 %, 0-лимфоцитов — 20 %. Осо-
бенностью В-лимфоцитов БАЛТ является синтез этими клетками IgA. На-
рушение функции Т-лимфоцитов БАЛТ ведет к недостаточной активации
альвеолярных макрофагов и нарушению кооперативного взаимодействия
между Т- и В-лимфоцитами, в результате чего происходит снижение про-
дукции антител.
7.7.2. Метаболизм биологически активных веществ в легких
Легкие являются единственным органом в организме, куда поступает
весь минутный объем крови. Это обеспечивает им роль своеобразного эн-
догенного фильтра, который определяет состав биологически активных
веществ в крови артери!льного русла.
Важная роль в трансформации биологически активных веществ при-
надлежит эндотелию легочных капилляров, обладающему поглотительным
и ферментным механизмами. Первый механизм обеспечивает поступление
биологической субстанции в клетку, где эта субстанция депонируется, а
затем подвергается инактивации ферментами. Второй механизм обеспечи-
вает деградацию биологически активных веществ без стадии депонирова-
ния путем контакта их с фиксированными на поверхности эндотелия фер-
ментами.
Поглощению и ферментной трансформации в легких подвергаются
почти полностью такие вещества, как серотонин, ацетилхолин и в мень-
шей степени — на 40 % норадреналин.
В кавеолах эндотелия легочных капилляров локализуется большое ко-
личество ангиотензинпревращающего фермента (АПФ), который обеспе-
чивает процесс трансформации ангиотензина I в ангиотензин II. Под вли-
янием АПФ в легких происходит деградация брадикинина. Введенный в
легочный кровоток брадикинин при однократном прохождении крови че-
рез легкие инактивируется на 80 %. АПФ также инактивирует в легких эн-
кефалин и до 25 % инсулина.
В легких человека инактивируются 90—95 % простагландинов группы
Е и F.
В эндотелии легочных сосудов сосредоточены ферменты, которые осу-
ществляют синтез тромбоксана Bj и простагландинов. Эндотелий выпол-
няет эндокринную функцию, выделяя факторы роста и медиаторы, оказы-
вающие влияние на расширение и сужение сосудов. В качестве местного
вазодилататора выступает простациклин (простагландин Ij) — метаболит
арахидоновой кислоты. Эндотелиальный расслабляющий фактор, являясь
свободным радикалом — оксидом азота NO, образуется эндотелиальными
клетками из L-аргинина и вызывает расширение сосудов легких, воздейст-
вуя на гладкую мускулатуру.
Эндотелины — пептиды, продуцируемые эндотелиальными клетками
сосудов легких и клетками бронхиального эпителия, вызывают выражен-
ную вазо- и бронхоконстрикцию.
384
Легкие также играют важную роль в регуляции агрегатного состояния
крови благодаря своей способности синтезировать факторы свертывающей
и противосвертывающей систем (тромбопластин, факторы VII, VIII, плаз-
миноген и др.). Тучные клетки легких синтезируют 90 % гепарина. Легкие
являются также основным источником тромбопластина, который сосредо-
точен в эндотелии капилляров. В зависимости от концентрации тромбо-
пластина в крови происходит увеличение или уменьшение его выработки.
Легкие обеспечивают как синтез, так и деструкцию белков и липидов с
помощью протеолитических и липолитических ферментов.
В легких содержатся антипротеазы (а-1-антитрипсин, ct-2-макроглобу-
лин), антиферментативная активность которых предотвращает разрушаю-
щее действие протеаз (трипсина, химотрипсина, эластазы и др.) плазмен-
ного и клеточного происхождения на эластические и коллагеновые волок-
на соединительнотканного остова легких. Нарушение баланса этих ве-
ществ — снижение концентрации антипротеаз или увеличение концентра-
ции протеаз — приводит к развитию эмфиземы.
В капиллярах легких происходит очистка поступающей венозной крови
от клеточных агрегатов, сгустков фибрина, жировых эмболов, микроорга-
низмов, опухолевых клеток и др. Эти чужеродные компоненты, попадая в
микроциркуляторное русло легких, задерживаются там благодаря местной
вазоконстрикции и подвергаются фагоцитозу. При этом жидкое состояние
крови поддерживается высокими концентрациями гепарина. По заверше-
нии фагоцитарной реакции прекращается обструкция микроциркулятор-
ного русла и восстанавливается кровоток.
Глава 8
ПИЩЕВАРЕНИЕ
Организм человека ассимилирует жизненно необходимые белки, жиры,
углеводы и ряд других веществ пищи только после ее физико-химической
обработки и деполимеризации пищевых веществ — нутриентов. Эту роль
выполняет система пищеварения. В результате пищеварения и всасывания
продуктов переваривания пищи организм получает необходимые ему плас-
тические и энергетические вещества, поддерживается гомеостазис орга-
низма как важнейшее условие жизни.
8Л. ГОЛОД И НАСЫЩЕНИЕ
Лишение человека пищи вызывает состояние голода. Голод выражает
потребность организма в нутриентах, которых он был лишен на какое-то
время, что привело к снижению содержания в крови и депо питательных
веществ. Субъективным проявлением голода выступают неприятные ощу-
щения «сосания под ложечкой», тошноты, общей слабости, иногда голо-
вокружения и головной боли. Объективным проявлением голода является
пищевое поведение — поиск и прием пиши.
Ее прием вызывает состояние пищевого насыщения. Субъективными
проявлениями насыщения являются ощущения удовольствия и наполненно-
сти желудка.
Субъективные и объективные проявления голода и насыщения обу-
словлены возбуждением и торможением различных отделов ЦНС. Сово-
купность их нервных элементов, регулирующих пищевое поведение и пи-
щеварительные функции, И.П. Павлов назвал пищевым центром.
Пищевой центр представляет собой гипоталамо-лимбико-ретикулокор-
тикальный комплекс. Результаты экспериментов на животных показали,
что поражение латерального ядра гипоталамуса вызывает отказ от пищи
(афагия), а электрическое раздражение через вживленные электроды —
повышение приема пищи (гиперфагия). эту часть пищевого центра назва-
ли центром голода. Разрушение вентромедиальных ядер гипоталамуса вы-
зывает гиперфагию, а__раздражение — афагию. Эту часть пищевого центра
назвали центром насыщения. Между центрами голода и насыщения уста-
новлены реципрокные (обратные) отношения.
Состояние пищевого центра зависит от импульсов, поступающих от
многих экстеро- и интероцепторов, состава крови и цереброспинальной
жидкости. В зависимости от механизмов этих влияний предложено неско-
лько теорий голода и насыщения.
Локальная теория голода и насыщения («теория пустого желудка») веду-
щую роль отводит повторяющимся натощак каждые 90 мин и длящимся
15—20 мин периодическим сокращениям желудка, во время которых воз-
никает чувство голода. Поэтому эти сокращения назвали «голодными».
Торможение этих сокращений наполнением желудка пищей (и не только
ею) подавляет голод. Однако имеются наблюдения о несинхронности фаз
периодической моторики желудка с ощущениями голода у человека и ха-
рактером пищевого поведения животных. Люди, у которых по соответст-
вующим показаниям удален желудок, ощущают голод.
Акт приема пищи кратковременно тормозит центр голода, вызывая так
называемое первичное. или сенсорное, насыщение. Длительное торможение
386
Рис. 8.1. Механизмы формирования голода и насыщения.
1,2 — рефлекторные механизмы; 3 — нервно-гуморальные механизмы; 4 — питательные ве-
щества.
центра голода и возбуждение центра насыщения обеспечивается всасыва-
нием из желудочно-кишечного тракта в кровь продуктов гидролиза нутри-
ентов и восстановлением гомеостазиса питательных веществ в организме и
называется вторичным, или истинным, насыщением.
Состав крови и цереброспинальной жидкости голодных и накормлен-
ных человека и животных различен. В зависимости от вида веществ, с ко-
торыми связывается состояние пищевого центра, предложены глюкостати-
ческая, аминацидостатическая, липостатическая теории. В этих теориях
ведущая роль отводится содержанию в крови соответственно глюкозы,
аминокислот и липидов. Метаболическая теория отводит сигнальную роль
ключевым компонентам цикла трикарбоновых кислот в крови. Гормональ-
ная теория отводит сигнальную роль в голоде и насыщении содержанию в
крови гормонов гипоталамо-гипофизарной системы и желудочно-кишеч-
ного тракта, поджелудочной, щитовидной и половых желез. Термостатиче-
ская теория постулирует как сигнал насыщения увеличение теплообразо-
вания при приеме пищи (специфическое динамическое действие пищи).
Эти теории не исключают друг друга и свидетельствуют о многих сочетан-
ных физиологических механизмах голода и насыщения (рис. 8.1). Напри-
мер, липостатическая теория сигнальную роль отводит гормону лептину:
вместе с жиром из жировых клеток высвобождается пептид лептин, кото-
рый тормозит центр голода и возбуждает центр насыщения, тем самым
снижая потребление пищи. У тучных людей содержание лептина в крови
понижено.
387
Аппетит (от латинского appetitus — стремление, желание) —• ощуще-
ние, связанное со стремлением человека к приему, чаще определенной,
пищи. Еда с аппетитом способствует эффективному пищеварению. Сни-
жение и потерю аппетита (анорексию) вызывают многие факторы, в том
числе те, которые отвлекают человека от еды. Повышают аппетит острые
и пряные приправы, закуски, хорошая сервировка стола.
Резкое повышение аппетита — булимия, и снижение чувства насыще-
ния — акария, приводят к полифагии — приему большого количества
пищи и ожирению. Одним из проявлений расстройств аппетита является
его извращение, при котором человек принимает несъедобные вещества
(мел, земля, уголь, керосин, бумага и др.). В одних случаях это проявление
специфического аппетита из-за потребности недостающих организму ве-
ществ, в других — результат нарушения деятельности пищевого центра и
психических расстройств.
8.2. СУЩНОСТЬ ПИЩЕВАРЕНИЯ И ЕГО ОРГАНИЗАЦИЯ
8.2Л. Пищеварение и его значение
Пищеварение — сложный физиологический и биохимический процесс
физических, физико-химических и химических изменений принятой
пищи в пищеварительном тракте. В процессе этого компоненты пищи со-
храняют свою пластическую и энергетическую ценность; утрачивают ви-
довую специфичность, приобретают свойство быть усвоенными организ-
мом и включенными в его обмен веществ.
Изменения пищи состоят в ее размельчении, набухании, растворении, в
последовательной деградации питательных веществ (нутриентов) в резуль-
тате действия на них гидролитических ферментов секретов пищеваритель-
ных желез и энтероцитов. Эти процессы идут в пищеварительном тракте в
определенной последовательности (рис. 8.2).
Продвижение пищевого содержимого в каудальном направлении, его
гомогенизация, задержка на различное время в отделах пищеварительного
тракта, смешивание пищевых веществ с пищеварительными секретами
обеспечивается гладкомышечным моторным аппаратом пищеварительного
тракта. В результате деполимеризации образуются в основном мономеры,
которые всасываются из кишечника в кровь и лимфу, транспортируются к
тканям организма и включаются в его метаболизм. Вода, минеральные
соли и некоторые органические компоненты пищи (в их числе витамины)
всасываются в кровь неизмененными.
8.2.2. Типы пищеварения
В зависимости от происхождения гидролитических ферментов пищева-
рение делят на три типа (А.М. Уголев): собственное, симбионтное и ауто-
литическое.
Собственное пищеварение осуществляется ферментами, синтезированны-
ми данным макроорганизмом: его железами, эпителиальными клетками —
ферментами слюны, желудочного и поджелудочного соков, эпителия тон-
кой кишки.
Симбионтное пищеварение — гидролиз питательных веществ фермента-
ми, синтезированными симбионтами макроорганизма — бактериями и
388
Секреты
Размельчение
Слюна 0.5-2 л
Денатурация
р^Деполиме)
Желчь 1-2 л
Разжижение,
растворение
Пища 800-1000 г
Вода 1,5-2,5 л
Желудочный
сок 2-2,5 л
Сок толстой
кишки 0,5-0,6 л
Панкреатический
сок 1,5-2.5 л
Сок тонкой кишки
1,5-2,5 л
Кал 200-350 г;
остатки пищи 50-100 г;
вода 0,15-0,25 л;
бактерии, эпителий
Деполимеризация
до мономеров
Всасывание 6-10 л
Рис. 8.2. Последовательность процессов в пищеварительном тракте и выделение
секретов в его полость.
простейшими желудочно-кишечного тракта. Симбионтное пищеварение у
человека происходит в основном в толстой кишке и его роль в общем пи-
щеварительном процессе относительно невелика. Клетчатка пищи по типу
собственного пищеварения у человека из-за отсутствия соответствующего
фермента в секретах желез не гидролизуется, в чем есть физиологический
смысл, так как сохранение пищевых волокон играет важную роль в ки-
шечном пищеварении. Они перевариваются ферментами симбионтов в
толстой кишке. В результате симбионтного пищеварения и деятельности
микроорганизмов образуются вторичные нутриенты (в отличие от продук-
тов гидролиза пищи первичных, образующихся в результате собственного
пищеварения).
Аутолитическое пищеварение осуществляется за счет экзогенных гидро-
лаз, которые поступают в организм в составе принимаемой пищи. Его
роль существенна при недостаточно развитом собственном пищеварении.
У новорожденных, у которых собственное пищеварение еще не развито,
возможно его сочетание с аутолитическим пищеварением, т.е. в желудоч-
но-кишечном тракте младенца питательные вещества материнского моло-
ка перевариваются его же ферментами.
Пищеварение в зависимости от локализации гидролиза питательных ве-
ществ делится на внутриклеточное и внеклеточное.
389
Внутриклеточное пищеварение состоит в том, что транспортированные в
клетку путем эндоцитоза вещества гидролизуются клеточными (лизосома-
льными) ферментами либо в цитозоле, либо в пищеварительной вакуоли.
Внеклеточное пищеварение делится на дистантное, или полостное, и
контактное, или пристеночное, мембранное. Полостное пищеварение осу-
ществляется в полости желудочно-кишечного тракта ферментами слюны,
желудочного, поджелудочного соков и тонкой кишки. Эффективность по-
лостного пищеварения определяется активностью ферментов секретов пи-
щеварительных желез в отделах пищеварительного тракта.
Пристеночное, контактное, или мембранное, пищеварение, открыто
А.М. Уголевым. Оно происходит в тонкой кишке на колоссальной поверхно-
сти, образованной складками, ворсинками и микроворсинками ее слизистой
оболочки. В мембраны микроворсинок «встроены» собственно кишечные
ферменты. Богаты ферментами слизистая оболочка тонкой кишки и зона ис-
черченной каемки, образованная мукополисахаридными нитями — гликока-
ликсом и микроворсинками. В слизи и гликокаликсс находятся панкреатиче-
ские ферменты, перешедшие из полости кишки и собственно кишечные,
сорбированные из полости, где их достаточно много в связи с непрерывно
идущими процессами кишечной секреции и отторжения энтероцитов.
Кишечное пристеночное пищеварение гетерофазно, т.е. совершается в
разных фазах: в слое надэпителиальной слизи, в зоне гликокаликса и на
поверхности микроворсинок, их мембран большим набором панкреатиче-
ских и кишечных ферментов.
Пищеварение представляется как трехэтапный процесс: полостное пи-
щеварение (в полостях рта, желудка и кишечника) -> пристеночное пище-
варение (в тонкой кишке) -> всасывание (в основном в тонкой кишке).
Полостное пищеварение состоит в начальном гидролизе полимеров до
стадии олигомеров; пристеночное пищеварение обеспечивает дальнейшую
ферментную деполимеризацию олигомеров в основном до стадии мономе-
ров, которые всасываются (рис. 8.3).
8.2.3. Конвейерный принцип организации пищеварения
И.П. Павлов сравнивал деятельность желудочно-кишечного тракта с
конвейерным химическим производством. Пищеварительный конвейер за-
ключается в последовательности и преемственности ряда процессов.
Д Преемственность биотехнологических процессов: размельчение, увлаж-
нение, набухание, растворение пищи и ее компонентов, денатурация
белков; гидролиз полимеров до стадии олигомеров, затем — мономеров;
их транспорт в кровь и лимфу (см. рис. 8.2).
Д Органная преемственность пищеварения: пищеварение в полости рта,
желудочное пищеварение, кишечное пищеварение.
Д Преемственность глубины деградации макромолекул, их деполимериза-
ции: гидролиз полимеров до различной сложности олигомеров, а их до
тетра-, три-, ди- и, наконец, — мономеров. При этом в проксимальнее
расположенном отделе повышается атакуемость молекул нутриентов для
ферментов последующего, дистальнее расположенного отдела пищева-
рительного тракта.
Д Преемственность полостного пищеварения: от центральной части пище-
вого желудочного содержимого к примукозному слою его, от вершины
кишечной ворсинки к ее основанию.
390
Локализация гидролиза
Разрез кишки
Типы пище- Потоки
варения нутриентов
а
6 s
н Ф
ф га
Цитозоль
Везикулы
Полость тонкой кишки
Надэпителиальная слизь
Гликокаликс
Мембраны
микроворсинок
Подслизистая,
собственная пластинка
Эндотелий сосудов,
кровь, лимфа
Ткани - потребители
нутриентов
£
Рис. 8.3. Пищеварительный конвейер тонкой кишки.
Д Преемственность стадий кишечного пищеварения: полостное, гетеро-
фазное пристеночное (последовательно — в слизи, гликокаликсе, на
мембранах микроворсинок), сопряжение мембранного пищеварения и
всасывания.
Каждому отделу пищеварительного тракта свойственна определенная
ферментативная активность, которая обеспечивается секрецией соответст-
вующих пищеварительных желез и деятельностью энтероцитов (табл. 8.1).
В желудке идет пищеварительный процесс в кислой среде, в антраль-
ной части желудка его содержимое частично нейтрализуется. Переходящее
в двенадцатиперстную кишку кислое содержимое продолжает нейтрализо-
39!
Табл и ца 8.1. Основные гидролазы секретов пищеварительных желез и тонкой
кишки
Гидролизуемый субстат Слюна Желудочный сок Сок поджелудочной железы Кишечный сок и мембраны энтероцитов
Углеводы Белки Липиды РНК, ДНК, олигонуклио- тиды а-Амил аза а-Глюкозидаза Саливаин Гланду ла ин Катепсины Калликреин Липаза Муромидаза Фосфатазы Пепсины Липаза а-Амилаза Протеазы (после их активации в двенадца- типерстной кишке): • трипсин • химотрипсины • карбоксипептидазы • эластаза Липазы Колипаза Фосфолипаза Эстераза РНКазы ДНКазы Щелочная фосфатаза а-Глюкозидазы р-Галактозидаза Глюкоамилаза Энтерокиназа Олиго-, три- и дипептидазы Карбоксипепти- даза Моноглицерид- л и паза Карбоксиэсте- раза РНКазы ДНКазы Фосфатаза
Примечание. Нерегулярно присутствующие и обладающие малой активностью в
секретах ферменты обозначены курсивом.
ваться, и кишечное пищеварение происходит в нейтральной и слабооснов-
ной среде, созданной выделяющимися в кишку секретами — желчью, пан-
креатическим и кишечным соками. Они разрушают желудочные пепсины
и переводят желудочное пищеварение в кишечное, происходящее по типу
полостного, а затем пристеночного пищеварения, завершающегося всасы-
ванием питательных веществ.
Набор ферментов в составе секретов пищеварительных желез и тонкой
кишки имеет видовую и индивидуальную особенности, адаптирован к пе-
ревариванию тех нутриентов, которые преобладают в рационе.
В нормальных условиях основной гидролиз макронутриентов заверша-
ется в проксимальном отделе тонкой кишки, а дистальный ее отдел явля-
ется резервным, включающимся в пищеварительный процесс с целью
компенсации недостаточности пищеварения в проксимальном отделе ки-
шечника.
8.3. ПИЩЕВАРИТЕЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ
8.3.1. Секреция пищеварительных желез
Секреция — это внутриклеточный процесс образования из поступивших
в клетку веществ специфического продукта (секрет) определенного функ-
ционального назначения и выделение его из железистой клетки. Секреты
поступают через систему секреторных ходов и протоков в полость желу-
дочно-кишечного тракта в разном количестве (см. рис. 8.2). Секреты гид-
ролизуют питательные вещества (гидролитические ферменты и их актива-
392
торы), оптимизируют условия для этого по величине pH (электролиты),
состоянию гидролизуемого субстрата (эмульгирование липидов солями
желчных кислот, денатурация белков соляной кислотой), выполняют за-
щитную роль (слизь, бактерицидные вещества, иммуноглобулины).
Секреция пищеварительных желез контролируется нервными, гумора-
льными и паракринными механизмами. Эффект этих влияний — возбуж-
дение, торможение, модуляция секреции гландулоцитов — зависит от вида
эфферентных нервов и их медиаторов, вида гормонов и других физиологи-
чески активных веществ, вида гландулоцитов, рецепторов на их мембра-
нах, механизма действия этих веществ на внутриклеточные процессы.
Секреция желез прямо зависит от уровня их кровоснабжения, которое в
свою очередь повышается при секреторной активности желез их метабо-
литами. Количество секрета железы зависит от числа одновременно секре-
тирующих в ней гландулоцитов. Каждая железа состоит из гландулоцитов,
вырабатывающих разные компоненты секрета, которые имеют свои осо-
бенности регуляции. Это обеспечивает варьирование состава выделяемого
железой секрета. Он изменяется по мере продвижения по протоковой сис-
теме желез, где некоторые компоненты секрета всасываются, а некоторые
выделяются гландулоцитами протоков. Количество и состав секретов
адаптированы к виду принятой пищи и свойствам пищевого содержимого
пищеварительного тракта.
У большинства пищеварительных желез секрецию стимулируют пара-
симпатические холинергические аксоны постганглионарных нейронов.
Симпатические нейроны тормозят стимулированную секрецию и оказыва-
ют на железы трофические влияния. Эффекты зависят от вида мембран-
ных адренорецепторов (а, р), через которые они реализуются. В роли сти-
муляторов, ингибиторов и модуляторов секреции желез выступают многие
гастроинтестинальные регуляторные пептиды и амины.
8.3.2. Моторная функция пищеварительного тракта
Моторная, или двигательная, функция принимает участие во всех эта-
пах пищеварительного процесса. Есть произвольные и непроизвольные,
макро- и микромоторные явления в пищеварительном тракте. Прием
пищи, ее механическая переработка в ходе жевания, глотание, задержка в
желудке и эвакуация его содержимого в кишечник, сокращения и расслаб-
ления желчного пузыря, перемешивание кишечного содержимого (химус)
И его передвижение, перераспределение давления в отделах тонкой киш-
ки, смена пристеночного слоя химуса, перевод его из тонкой кишки в тол-
стую, сокращение и расслабление сфинктеров, сложные движения толстой
кишки для формирования кала и дефекации обеспечивают моторные про-
цессы.
Моторика участвует в выведении секретов в полость пищеварительного
тракта путем изменения тонуса и перистальтики выводных протоков же-
лез, состояния их сфинктеров. Складчатость слизистой оболочки, движе-
ния ворсинок и микроворсинок — также проявления их моторики.
Гладкие мышцы желудочно-кишечного тракта образованы гладкомы-
шечными клетками (миоциты). Миоциты соединены нексусами и упакова-
ны в пучки. Пучок является функциональной единицей гладкой мышцы.
Сложность движений желудочно-кишечного тракта обеспечивается на-
личием в нем слоев и пучков гладких мышц, идущих в разных направле-
ниях. Их сокращения уменьшают или увеличивают тонус и просвет пище-
393
варительного канала, делят его на временные сегменты, волна сокраще-
ний круговых мышц продвигается вдоль канала, образуя перистальтиче-
ские сокращения его. Согласование сокращений различных мышечных
пучков осуществляется посредством периферической интрамуральной
нервной системы.
Различные отделы пищеварительного тракта имеют разную частоту со-
кращений: желудок — 2—4, двенадцатиперстная кишка — 9—12, тощая и
подвздошная — 6—8, толстая в начальном отделе — 8, а в конечном (сиг-
мовидная кишка) — до 17—18 сокращений в 1 мин.
В пищеварительном тракте находится около 35 сфинктеров-жомов, в
разной мере сформированных замыкательных аппаратов. Сфинктеры вы-
полняют клапанную роль, обеспечивая каудально направленное движение
пищевого содержимого, однонаправленное движение пищеварительных
секретов в протоков желез, разобщение отделов желудочно-кишечного
тракта.
В координации моторики желудочно-кишечного тракта велика роль
миогенных механизмов, периферической (интра- и экстрамуральной) и
центральной нервной системы.
Парасимпатические влияния преимущественно повышают моторную
активность пищеварительного тракта. Но в составе блуждающих нервов
имеются и тормозящие моторику нервные волокна. Симпатические влия-
ния состоят в основном в снижении моторной активности.
8.3.3. Всасывание
Всасывание — процесс транспорта нутриентов, в основном мономеров,
из полости желудочно-кишечного тракта во внутреннюю среду организма,
его кровь и лимфу (рис. 8.4). В полости рта пища не доведена до мономе-
ров и находится кратковременно, поэтому всасывание здесь ничтожно
мало. Однако некоторые фармакологические вещества всасываются быст-
ро, что используется как способ приема лекарств. В желудке всасывается
небольшое количество аминокислот, глюкозы, воды и растворенных в ней
минеральных солей, растворы алкоголя.
Всасывание растворенных в воде нутриентов и электролитов осущест-
вляется в основном в тонкой кишке, где оно сопряжено с гидролизом
питательных веществ. Всасывание зависит от величины поверхности, на
которой оно осуществляется. У человека поверхность слизистой оболоч-
ки тонкой кишки увеличена в 300—500 раз за счет складок, ворсинок и
микроворсинок. На 1 мм2 слизистой оболочки кишки приходится 30—40
ворсинок, а каждый энтероцит имеет около 1700—4000 микроворсинок.
На 1 мм2 поверхности кишечного эпителия приходится 50—100 млн мик-
роворсинок.
У взрослого человека число всасывающих кишечных клеток составля-
ет 1О10, а соматических клеток — 1015 Из этого следует, что одна кишеч-
ная клетка обеспечивает нутриентами около 100 тыс. других клеток орга-
низма.
Различные вещества всасываются посредством разных механизмов.
Транспорт макромолекул и их комплексов осуществляется путем фагоци-
тоза и пиноцитоза. Эти механизмы объединены под названием эндоцито-
за. С эндоцитозом связано внутриклеточное пищеварение. Ряд веществ
попадает в клетку путем эндоцитоза, транспортируется в везикуле через
клетку и выделяется из нее путем экзоцитоза в межклеточное простран-
394
Рис. 8.4. Топогра-
фия всасывания
вешеств из желу-
дочно-кишечного
тракта.
ство (трансцеллюлярный, или трансцитоз). Он важен в переносе веществ
иммунной защиты, витаминов и других веществ из кишечника в кровь.
Некоторое количество веществ может транспортироваться по межкле-
точным пространствам. Такой транспорт называется парацеллюлярным,
или персорбцией. Посредством ее переносится некоторое количество воды
И электролитов и меньшее количество других веществ.
Всасывание микромолекул — основных продуктов гидролиза питатель-
ных веществ в желудочно-кишечном тракте, а также электролитов, осуще-
ствляется посредством трех видов транспорта: облегченная диффузия, пас-
сивный и активный транспорт. Пассивный транспорт включает в себя
диффузию, осмос и фильтрацию. Облегченная диффузия осуществляется с
помощью мембранных транспортеров (переносчики) и не требует затраты
энергии. Активный транспорт — это перенос веществ через мембраны
против электрохимического или концентрационного градиента с затратой
энергии и при участии специальных транспортных систем: мембранных
транспортных каналов, мобильных транспортеров, конформационных
транспортеров. Мембраны имеют транспортеры многих типов. Эти моле-
кулярные устройства переносят один или несколько типов веществ. Часто
транспорт веществ сопряжен с движением другого вещества, движение ко-
395
Рис. 8.5. Ворсинка в расслабленном (а, б) и сокращенном (в) состоянии.
Стрелками показано направление движения веществ в центральный лимфатический сосуд
(а, б) и из него (в).
торого по градиенту концентрации служит источником энергии для сопря-
гаемого транспорта (ко- или антитранспорт). В такой роли используются
ионные градиенты, особенно градиент Na+ На+-зависимым в тонкой
кишке является всасывание глюкозы, галактозы, свободных аминокислот,
дипептидов и трипептидов, солей желчных кислот, билирубина и ряда
других веществ. Na+- зависимый транспорт осуществляется и через специ-
альные каналы, и посредством мобильных транспортеров. Распространены
Ыа+-зависимые транспортеры на апикальных мембранах и Na+-Hacocbi на
базолатеральных мембранах энтероцитов. В тонкой кишке существует и
Ка+-независимый транспорт многих мономеров. Транспортеры клеток
связаны с деятельностью ионных насосов, которые используют энергию
АТФ посредством транспортных АТФаз. Наиболее важной в процессах
всасывания является Na+, К+-АТФаза. Она обеспечивает градиент Na+ и
К+ между вне- и внутриклеточными жидкостями и, следовательно, дает
энергию Ма+-зависимому транспорту (и мембранных потенциалов), лока-
лизована в базолатеральной мембране. Последующее откачивание натрия
из клеток через базолатеральную мембрану, создающее градиент этого
иона на апикальной мембране, связано с затратой энергии и участием К+,
На+-АТФаз этих мембран.
Скорость всасывания зависит от свойств кишечного содержимого. Так,
при прочих равных условиях всасывание быстрее идет при нейтральной
его реакции, чем при кислой и щелочной, из изотонической среды всасы-
вание электролитов и питательных веществ происходит быстрее, чем из
гипо- и гипертонической среды. Относительно постоянные физико-хими-
ческие условия в пристеночной зоне тонкой кишки оптимальны для со-
пряженного гидролиза и всасывания питательных веществ.
396
Повышение внутрикишечного давления до 8—10 мм рт.ст. в 2 раза уве-
личивает скорость всасывания. Это указывает на значение фильтрации во
всасывании и роль кишечной моторики в данном процессе. Она также
обеспечивает смену пристеночного слоя химуса, что важно для гидролиза
и всасывания его продуктов.
Большое значение для всасывания имеют движения ворсинок слизи-
стой оболочки тонкой кишки и микроворсинок энтероцитов. Сокраще-
ния ворсинок выдавливают из сжимающейся полости лимфатических со-
судов лимфу с всосавшимися в нее веществами. Наличие клапанов пре-
пятствует возврату лимфы в сосуд при последующем расслаблении вор-
синки и создает присасывающее действие центрального лимфатического
сосуда (рис. 8.5).
Натощак ворсинки сокращаются редко и слабо, при наличии в кишке
химуса сокращения ворсинок усилены и учащены (до 6 в 1 мин). Механи-
ческие раздражения основания ворсинок вызывают усиление их сокраще-
ний. Тот же эффект наблюдается под влиянием химических компонентов
пищи, особенно продуктов ее гидролиза. В активации сокращений ворси-
нок определенная роль отводится интрамуральной нервной системе.
Кровь сытых животных, перелитая голодным, вызывает у них усиление
движения ворсинок, что свидетельствует и о наличии гуморальной регуля-
ции. Скорость всасывания из тонкой кишки зависит от уровня ее крово-
снабжения. В свою очередь оно увеличивается при наличии в тонкой киш-
ке продуктов, подлежащих всасыванию.
Всасывание питательных веществ в толстой кишке незначительно, так
как при нормальном пищеварении большая часть их уже всосалась в тон-
кой кишке. Много воды всасывается в толстой кишке, в небольшом коли-
честве могут всасываться глюкоза, аминокислоты и некоторые другие ве-
щества. На этом основано применение так называемых питательных
клизм.
8.4. РЕГУЛЯЦИЯ ПИЩЕВАРИТЕЛЬНЫХ ФУНКЦИЙ
8.4.1. Управление пищеварительной деятельностью
Рефлекторные механизмы. Натощак желудочно-кишечный тракт нахо-
дится в состоянии относительного покоя, для которого характерна перио-
дическая функциональная активность. Прием пищи оказывает рефлектор-
ное пусковое влияние на проксимальные отделы пищеварительного трак-
та: резко усиливается секреция слюнных, желудочных и поджелудочной
желез, желчевыделение, расслабляется желудок и снижается моторная ак-
тивность проксимального отдела тонкой кишки.
Пусковые влияния стимулируют выделение секретов с высокой фер-
ментативной активностью, обеспечиваемой накопленными в железах в пе-
риод их относительного покоя ферментами.
В дальнейшем секреция и моторика изменяют свой характер за счет
корригирующих нервных, гуморальных и паракринных влияний, форми-
рующихся на основе рецепции содержимого желудочно-кишечного тракта.
Следовательно, находящаяся в нем смесь пищевого содержимого с пище-
варительными соками является объектом, в котором происходит пищева-
рительный процесс и одновременно параметры этой смеси служат средст-
вом регуляции пищеварительного процесса путем изменения секреции,
моторики и всасывания в пищеварительном тракте.
397
Внешние
Стимулирующие и тормозные
влияния
Полость желудочно-кишечного тракта
Рис.8.6. Механизмы
регуляции секреции и
моторики желудоч-
но-кишечного тракта.
ПЖ — пищеваритель-
ные железы; ГМ — глад-
кие мышцы; ЭК — эн-
докринные клетки; Р —
рецепторы с афферент-
ными путями; С и П -
симпатические и пара-
симпатические эффе-
рентные пути; Г — гор-
моны; ПГ — парагормо-
ны; Н нутриенты;
ЦНС — центральная
нервная система; ПВ —
питательные вещества.
В полости рта осуществляется осознаваемая рецепция механических
свойств пищи, ее температуры, влажности и некоторых других свойств,
особенно вкуса, а запахов — благодаря проникновению пахучих веществ
из полости рта к рецепторам носовых проходов. Мультипараметрична ре-
цепция (подсознательная) и в желудочно-кишечном тракте, где контроли-
руются объем принятой пищи, степень наполнения и растяжения органа,
давление в его полости, наличие недостаточно размельченных кусочков
пищи, консистенция, pH, осмотическое давление, температура, концент-
рация питательных веществ и продуктов их гидролиза, активность некото-
рых пищеварительных ферментов и концентрация их фрагментов.
Рецепция осуществляется нервными рецепторными окончаниями, за-
ложенными в стенке желудочно-кишечного тракта (механо-, волюм-, хе-
мо-, осмо-, терморецепторы) — это первый механизм восприятия информа-
ции. Вторым механизмом служат всосавшиеся в кровь продукты гидролиза
питательных веществ (глюкоза, некоторые аминокислоты). Третьим меха-
низмом выступают регуляторные пептиды, высвобождаемые различными
клетками-продуцентами слизистой желудка и кишечника. В этих клетках
рецепторная функция совмещена с высвобождением регуляторных пепти-
дов (и аминов), которые затем непосредственно и опосредованно через
другие гуморальные и рефлекторные механизмы влияют на клетки-мише-
ни, реализующие пищеварительные функции (рис. 8.6).
Итак, в желудочно-кишечном тракте представлены три типа регуляции
секреторной, моторной и всасывательной функций.
398
Среди нейронов автономной нервной системы, иннервирующих пище-
варительный тракт, имеются не только холин- и адренергические, но и не-
сколько типов пептидергических нейронов: в роли медиаторов в них вы-
ступают нейропептиды и NO. Установлен ряд нейропептидов, выполняю-
щих роль медиаторов сенсорных нейронов.
Каждому виду пищи соответствует характерная моторика и секреция
органов пищеварения. Адаптация проявляется в соответствии объема,
электролитного состава и набора ферментов секретов пищеварительных
желез принятой пище. Различают видовую и индивидуальную адаптацию.
Последняя делится на медленные, постепенно формируемые и фиксируе-
мые на значительное время к длительным рационам питания реакции и
быстрые (срочные ответы), состоящие в приспособлении моторики, секре-
ции ферментов и электролитов к виду принятой пищи.
Образцом системного анализа механизмов регуляции пищеварительных
функций явилось учение И.П. Павлова о фазах секреции главных пищева-
рительных желез, которое дополнено и продолжает развиваться.
Секреция пищеварительных желез начинается с так называемой мозго-
вой, или первой, фазы. Она осуществляется сложнорефлекторно, через
центральную нервную систему, путем условных и безусловных рефлек-
сов. Условнорефлекторно стимулируют секрецию желез вид, запах еще
не принятой пищи и другие раздражители, связанные с ее приемом; бе-
зусловнорефлекторно — путем раздражения пищей рецепторов полости
рта и пищевода. Секреция желез посредством раздражения рецепторного
аппарата желудка и высвобождения его слизистой гуморальных агентов,
соответствует желудочной, или второй, фазе. Кишечной, или третьей, фа-
зой называется секреция, опосредуемая интестинальными гормонами,
раздражением рецепторов кишечника и всосавшимися из него нутриен-
тами. Каждая из фаз имеет не только стимулирующий, но и тормозной
компонент, что обеспечивает корригирующую роль регуляторных влия-
ний.
Учение о фазах секреции в принципе может быть перенесено и на сис-
темный анализ моторной деятельности пищеварительного тракта. В целом
недостаточность пищеварительного процесса в данном отделе желудоч-
но-кишечного тракта усиливает его в последующем отделе, компенсируя
запрограммированный уровень переработки пищи путем усиления секре-
ции и увеличения времени пребывания пищевого содержимого ь желудке
и замедления транзита химуса по тонкой кишке.
8.4.2. Роль регуляторных пептидов и аминов
в деятельности пищеварительного тракта
В управлении пищеварительными функциями принимают участие
пептиды, которые продуцируются эндокринными клетками самого пище-
варительного тракта. Они рассеяны в слизистой оболочке и пищеварите-
льных железах, поэтому их совокупность названа диффузной эндокринной
системой. Продукты ее деятельности называют гастроинтестинальными
гормонами, регуляторными пептидами желудочно-кишечного тракта. Хи-
мически это не только пептиды, но и амины. Некоторые из них — ней-
ропептиды — продуцируются и нервными клетками. В первом случае эти
биологически активные вещества выступают в роли телегормонов (до-
ставляются к органам-мишеням общим и регионарным кровотоком) и
парагормонов (диффундируют через интерстиций к рядом или недалеко
399
расположенной клетке). Во втором случае эти вещества, будучи образова-
ны нейронами, играют роль нейротрансмиттера.
В пищеварительном тракте открыто более 30 регуляторных пептидов.
Некоторые из них существуют в нескольких изоформах, отличаясь числом
аминогрупп и физиологической активностью. Установлены клетки, проду-
цирующие данные пептиды и амины (табл. 8.2).
Таблица 8.2. Типы, локализация и количество эндокринных клеток пищевари-
тельного тракта и образуемые ими продукты
Тип клеток Гормоны Органы желудочно-кишечного тракта
поджелу- дочная железа желудок тонкая кишка толстая кишка
фундаль- ная часть антраль- ная часть прокси- мальная часть дисталь- ная часть
ЕС Серотонин, вещество П, энкефалин мп 1 1 НН нн
D Соматостатин мн 1 1 НН ни ип
В Инсулин НН
А Глюкагон 1
рр Панкреатический пептид НН
ECL Серотонин, гистамин НН
G Гастрин НН i
ССК Холецистокинин НН М 1
S Секретин НН ни
GIP Гастроингибиру- ющий пептид i HI
М Мотилин НН НС
N Нейротензин НС НН 1 1
L Глицентин ю НН НН
GRP Гастрин-рилизинг пептид HI НН i
Количество клеток: —много; HI— мало: I I— очень мало, единичные.
Гастроинтестинальные гормоны имеют широкий спектр физиологиче-
ской активности, влияя на пищеварительные функции и вызывая так на-
зываемые общие непищеварительные эффекты. В пищеварительном трак-
те пептиды и амины стимулируют, тормозят, модулируют секрецию, мото-
рику, всасывание, оказывают трофические влияния, в том числе влияя на
пролиферативные процессы, изменяя, например, количество гландулоци-
тов в слизистой оболочке желудка и поджелудочной железе. Каждый из
регуляторных пептидов вызывает несколько эффектов, часто один из них
является основным (табл. 8.3).
400
Таблица 8.3. Основные эффекты гастроинтестинальных гормонов
Гормон Эффект (более выраженный выделен)
Гастрин Усиление секреции желудка (НС1 и пепсиногена) и поджелу-
Секретин дочной железы; гипертрофия слизистой оболочки желудка; уси- ление моторики желудка, тонкой и толстой кишки и желчного пузыря Усиление секреции воды и бикарбонатов поджелудочной желе-
Холецистокинин зой; потенцирование действия холецистокинина (ХЦК) на под- желудочную железу; торможение секреции HCI в желудке и его моторики; усиление желчеобразования, секреции тонкой киш- ки Усиление моторики желчного пузыря и секреции Ферментов
(ХЦК) поджелудочной железой: торможение секреции НС1 в желудке и
Желудочный (гаст- его моторики, усиление секреции в нем пепсиногена, моторики тонкой и толстой кишки; расслабление сфинктера Одди; угне- тение аппетита; гипертрофия поджелудочной железы Глюкозозависимое усиление высвобождения поджелудочной
ральный) ингиби- железой инсулина: торможение секреции и моторики желудка
рующий пептид (ГИП) , Мотилин путем снижения высвобождения гастрина; усиление кишечной секреции; торможение всасывания в ней электролитов Усиление моторики желудка и тонкой кишки, секреции пепси-
Панкреатический полипептид (ПП) Энтероглюкагон ногена желудком, секреции тонкой кишки Торможение секреции ферментов и бикарбоната поджелудоч- ной железой, антагонист ХЦК; усиление пролиферации слизи- стой оболочки тонкой кишки, поджелудочной железы и печени; релаксация желчного пузыря; усиление моторики желудка и тонкой кишки Мобилизация углеводов: торможение секреции желудка и под-
Вазоактивный ин- терстициальный пептид (ВИП) Гастрин-рилизинг пептид Хи мо денин Вещество П Энкефалин желудочной железы, моторики желудка и кишечника; пролифе- рация слизистой оболочки тонкой кишки (индукция гликогено- лиза, глюконеогенеза и кетогенеза) Расслабление мышц кровеносных сосудов, желчного пузыря, сфинктеров; торможение секреции желудка; усиление секреции бикарбонатов поджелудочной железой, кишечной секреции Эффекты гастрина и усиление высвобождения ХЦК (и его эф- фекты) Стимуляция секреции поджелудочной железой химотрипсино- гена Усиление моторики кишечника, слюноотделения, секреции поджелудочной железы, торможение всасывания натрия Торможение секреции желудка и секреции ферментов поджелу- дочной железой
Регуляторные пептиды относятся к числу «короткоживущих» веществ (пе-
риод полураспада несколько минут), вызываемые ими эффекты значительно
длительнее. Концентрация пептидов в крови натощак колеблется в неболь-
ших пределах, прием пищи повышает ее по ряду пептидов и на разное время.
Относительное постоянство содержания пептидов в крови обеспечивается
балансом поступления в кровь с их ферментной деградацией и экскрецией из
организма. Деградация полипептидов ведет к образованию олигопептидов,
которые обладают большей или меньшей, иногда качественно иной активно-
стью. Дальнейший гидролиз пептидов приводит к потере их активности. Де-
градации пептидов в основном происходит в почках, печени, легких.
401
8.4.3. Кровоснабжение пищеварительного тракта и его
функциональная активность
Напряженная функция органов пищеварения возможна лишь при ин-
тенсивном их кровоснабжении. Даже натощак — относительном функ-
циональном покое пищеварительного тракта — в него поступает 15—
20 % общего кровотока. После приема пищи кровоток в нем существен-
но увеличивается.
Соответственно трем слоям пищеварительного тракта — слизистому,
подслизистому и мышечному, организованы в его стенке три параллель-
ные сосудистые сети. Это позволяет избирательно повышать кровоток тех
тканей, активность которых увеличена.
Кровоток в желудке и тонкой кишке примерно одинаков (30 мл/мин/ 100 г
ткани); в толстой кишке он ниже. В стенке желудочно-кишечного тракта
большая часть (до 80 %) кровотока направляется в слизистую оболочку.
Капилляры желудочно-кишечного тракта, особенно кишечника, имеют
фильтрационную проницаемость примерно в 10 раз более высокую, чем в
скелетных мыщцах. После приема пищи фильтрация резко нарастает, что
способствует транскапиллярному транспорту веществ.
Для пищеварительных желез характерен еще более высокий уровень
кровотока. В состоянии относительного покоя кровоток в слюнных же-
лезах составляет 30—50 мл/мин/100 г; в поджелудочной железе — 50—
180 мл/мин/100 г, а при секреции и вазодилатации — 400 мл/мин/100 г.
Соответственно повышается в железах и капиллярная проницаемость.
Желудочно-кишечному тракту присуща саморегуляция органного кро-
вотока и его относительная независимость от системного артериального
давления за счет местных механизмов регуляции кровотока. Эти механиз-
мы наиболее выражены в кишечнике, особенно в его слизистой оболочке.
В реализации саморегуляции кровотока принимают участие метаболи-
ческий, миогенный, местный нервный, гормональный и паракринный ме-
ханизмы регуляции.
Сопряжение функциональной активности с кровоснабжением органов
пищеварения осуществляется посредством нескольких механизмов: стиму-
ляторы секреции и моторики являются и вазодилататорами или эти стиму-
ляторы высвобождают из тканей сосудорасширяющие факторы; в резуль-
тате стимуляции пищеварительных функций в органах образуются местно-
действующие вазодилататоры; всасываемые нутриенты обладают вазодила-
таторным действием; освобождающиеся от секретов и уменьшающиеся в
объеме железы снижают сопротивление в них кровотоку и он растет; кро-
воток увеличивается за счет системной гемодинамики под влиянием веге-
тативных рефлексов и гормонов (в том числе гастроинтестинальных).
8.4.4. Периодическая деятельность органов пищеварения
В лаборатории И.П. Павлова в хронических опытах на фистульных со-
баках В.Н. Болдырев (1902) открыл периодические сокращения желудка
натощак. Это открытие затем было подтверждено в наблюдениях на лю-
дях. Позже установлена ритмическая периодичность и других пищеварите-
льных функций. У человека через каждые 45—90 мин и более покоя (от-
сутствие сокращений желудка) появляется период его работы — сокраще-
ние, длящееся 20—50 мин. В моторной периодической деятельности при-
402
Желудок
Прием пищи
III
Возобновление
ммк
Дистальный
отдел тонкой
кишки
а
мм рт. ст
б
Рис. 8.7. Мигрирующий моторный комплекс (ММК) и его фазы.
I фаза — нет сокращений, II фаза — нерегулярные сокращения, III фаза — регулярные со-
кращения. а — схема ММК и влияния на него приема пищи, б — ММК и давление в антра-
льной части желудка (1), двенадцатиперстной (2) и тощей (3) кишке.
нято различать три фазы: I покой, II — нерегулярные сокращения,
III — регулярные сокращения.
В последние годы утвердился термин «мигрирующий миоэлектриче-
ский (или моторный) комплекс». Он характеризует перемещение миоэлек-
трической и сократительной активности от желудка и двенадцатиперстной
кишки до дистальной части подвздошной кишки (рис. 8.7).
Периодическая деятельность пищеварительного тракта проявляется не
только в моторной активности желудочно-кишечного тракта, но и секре-
ции слюнных, желудочных, поджелудочной и кишечных желез, усилении
желчеотделения и желчевыделения. Синхронно с периодической деятель-
403
ностью пищеварительного тракта изменяются интенсивность обмена ве-
ществ организма, температура тела, количество форменных элементов
крови, концентрация гормонов и ферментативная активность крови, элек-
троэнцефалографические показатели.
Согласно одной из ранних гипотез, фазы работы периодической деяте-
льности — сокращения желудка вызывают чувство голода. Поэтому ее на-
звали «голодной периодикой». Да и в классическом виде моторная перио-
дика регистрируется только натощак. Прием пищи тормозит и существен-
но трансформирует ее. Допускают также, что физиологическим назначе-
нием периодической деятельности является транспорт из пищеваритель-
ных желез в кровь ферментов, изменяющих метаболизм организма. Пери-
одической деятельности отводится также роль выведения из крови в по-
лость пищеварительного тракта продуктов метаболизма. Периодическая
деятельность своими перистальтическими волнами очищает пищеварите-
льный тракт от остатков пищи и эндогенных веществ. Моторная периоди-
ка рассматривается также как механизм предотвращения распространения
кишечной микрофлоры в оральном направлении.
В ходе периодической секреции в пищеварительный тракт поступает
значительное количество ферментов, которым затем предстоит осуществ-
лять пищеварение. Периодическая активность желез поддерживает их в
состоянии готовности ответить выраженной секреторной реакцией на
прием пищи.
В желудочно-кишечный тракт в составе секретов и слущивающихся
эпителиоцитов поступает много веществ (в том числе белков), представля-
ющих пластическую и энергетическую ценность для организма. В пищева-
рительном тракте они подвергаются гидролизу, всасываются и утилизиру-
ются организмом. В связи с этим периодическая деятельность направлена
на обеспечение эндогенного питания организма. Следовательно, периоди-
ческая деятельность желудочно-кишечного тракта осуществляет пищева-
рительные и непищеварительные функции в период между приемами
пищи, но в несколько измененном виде. Периодическую деятельность
обеспечивают периферические и центральные рефлекторные и гормональ-
ные механизмы.
8.5. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ПИЩЕВАРИТЕЛЬНЫХ ФУНКЦИЙ
8.5.1. Экспериментальные методы
Острый эксперимент. Острые опыты на наркотизированных животных
применяют для решения аналитических задач. Для этих же целей исполь-
зуют опыты на изолированных in vitro органах, тканях и клетках. Однако
перенос результатов таких опытов на деятельность целого организма огра-
ничен.
Хронический эксперимент. Принцип метода заключается в хирургиче-
ской подготовке животных, в ходе которой накладывают фистулу (отвер-
стие, снабженное специальной трубкой, выходящей наружу) того или ино-
го отдела пищеварительного тракта или выводных протоков пищеварите-
льных желез. Опыты ставят на выздоровевших после операции животных.
В.А. Басов в 1842 г. успешно произвел операцию наложения фистулы
желудка у собак. Открывая ее, можно получать содержимое желудка. В ла-
боратории И.П. Павлова у таких собак была выполнена операция эзофаго-
томии (перерезка пищевода). После заживления раны производилось
404
«мнимое кормление» собаки — она ела, но пища выпадала из отверстия
пищевода, а из открытой желудочной фистулы изливался сок. Он в чистом
виде получается у собак с изолированными, выкроенными в хирургиче-
ских операциях из различных частей желудка желудочками. Павловский
желудочек в отличие от желудочка Гейденгайна имеет сохраненную вагус-
ную иннервацию и более полно отражает секрецию в большом желудке,
где идет пищеварительный процесс. Применяют методы хирургической
изоляции петли тонкой кишки с выведением в кожную рану одного диста-
льного или двух ее концов, из которых собирают кишечный сок или куда
вводят растворы для изучения их всасывания.
Применяют операции выведения наружу и приживления в кожную
рану выводных протоков слюнных и поджелудочной желез, общего желч-
ного протока. Разработаны методы, предотвращающие потерю пищевари-
тельных секретов вне экспериментов.
Фистульная методика позволяет в любое время наблюдать за функцией
органа, который имеет нормальное кровоснабжение и иннервацию. Из
фистулы собирают чистые пищеварительные соки, изучают их состав и
свойства натощак, после кормления животных или иной стимуляции сек-
реции. На фистульных животных изучают моторную и секреторную функ-
ции органов пищеварения, регистрируют потенциалы, отводимые с помо-
щью вживленных в органы электродов, изучают процессы гидролиза и
всасывания питательных веществ в различных отделах пищеварительного
тракта на практически здоровых животных в почти естественных условиях.
8.5.2. Методы исследования пищеварительных функций
у человека
Фистулы человеку с исследовательской целью не накладывают (они
иногда образуются при ранении, иной патологии, делаются с целью сохра-
нения жизни человека, например для введения пищи в желудок при не-
проходимости пищевода). Основные методы исследования пищеваритель-
ных функций должны быть обязательно безвредными и безболезненными.
Эти методы используются в функциональной диагностике здорового и бо-
льного человека.
Исследование секреции. Чистую слюну крупных слюнных желез получа-
ют путем катетеризации их протоков и с помощью капсул Лешли—Крас-
ногорского, фиксируемых путем присасывания к слизистой оболочке по-
лости рта над протоками околоушных и поднижнечелюстной с подъязыч-
ной желез (у них проток открывается единым соском). Человек с капсулой
во рту может жевать пищу, которая вызывает саливацию. Учитывают объ-
ем выделившейся за определенное время слюны, определяют ее состав и
свойства.
Для изучения секреторной деятельности желез желудка, поджелудочной
железы, тонкой кишки, желчевыделения у человека используют зондовые
и беззондовые методы. В первой группе методов человек проглатывает
эластичную трубку (или ее вводят через нос), затем ее проводят в желудок,
двенадцатиперстную или тощую кишку. Существуют двухканальные зонды
для одновременного получения содержимого желудка и двенадцатиперст-
ной кишки. Оно может отсасываться натощак и после стимуляции пище-
варительных желез различными методами (прием пробного завтрака, вве-
дение различных фармакологических стимуляторов и др.). Зондовые мето-
ды позволяют определять объем секрета и различные его компоненты.
405
Рис. 8.8. Регистрация функции жевательной мускулатуры миоэлектромастикацио-
графией (А): 1 — мастикациограф, 2 — электроды для отведения биопотенциалов
жевательных мышц. Кимограмма жевательного периода (Б): 1 — покой; фазы: 2 —
введение пищи в рот, 3 — ориентировочная, 4 ~ основная, 5 — формирование пи-
щевого комка; а—б — опускание нижней челюсти, б—в — ее подъем, О—О( — раз-
малывание пищи.
Применяют методы зондирования для определения ряда параметров
непосредственно в содержимом желудка или кишечника. Для этого зонды
снабжены соответствующими датчиками (pH, давления, электродами для
отведения регистрируемых потенциалов и др.).
Существуют зонды, с помощью которых полость желудка или кишки
перфузируется растворами разного состава. Например, перфузируя отре-
зок кишки раствором нутриента, можно по разности его концентрации во
вводимом и аспирируемом растворах определить переваривание этого нут-
риента.
Применение зондовых методов в ряде случаев противопоказано. Поэто-
му разрабатываются и беззондовые методы исследования секреции пище-
406
верительных желез. В одних методах учитывают содержание в крови и вы-
деление с мочой веществ, освободившихся из принятых препаратов под
действием на них пищеварительных секретов. В другой группе методов
оценку функционального состояния пищеварительных желез производят
по активности их ферментов в крови и моче — она при прочих равных
условиях тем выше, чем большее число гландулоцитов тех или иных желез
синтезирует данные ферменты, которые покидают железы не только в со-
ставе секретов, но в некотором количестве транспортируются в лимфу и
кровь, откуда выводятся в составе мочи.
Косвенно оценить полноценность секреции пищеварительных желез
можно по наличию в кале негидролизованных компонентов принятой
пищи, а также определяя активность в кале ферментов поджелудочной же-
лезы и тонкой кишки.
Исследование моторики. Исследование акта жевания — мастикациогра-
фия — характеризует характер и длительность составляющих жевание фаз,
координированность акта (рис. 8.8). Иногда мастикациография сочетается
с электромиографией жевательных мышц. Методом гнатодинамометрии
оценивают давление, которое развивается жевательными мышцами на раз-
ных парах зубов при смыкании челюстей. Результативность жевания мо-
жет быть учтена по размерам пищевых частиц в составе пищевого комка,
подготовленного к глотанию.
Глотание исследуют рентгенографически и рентгенокинематографиче-
ски, сцинтиграфически/ когда прослеживается движение проглоченной
контрастной «каши» или меченной изотопом пищи; баллоно- и тензогра-
фически с помощью многоканальных зондов. С их помощью регистриру-
ется давление в пищеводе при продвижении по нему заглатываемого пи-
щевого комка.
Моторная активность желудка и кишечника изучается зондовыми и
беззондовыми методами. Зондовые методы предполагают использование
зондов с резиновыми баллончиками, тензодатчиками или свободных на
конце зондов, наполненных физиологическим раствором, через кото-
рый передается давление в полости желудка и тонкой кишки на регист-
рирующие устройства. Используют многоканальные зонды, позволяю-
щие регистрировать моторику в нескольких отделах желудка и тонкой
кишки.
Сконструированы комбинированные зонды, позволяющие одновремен-
но регистрировать давление в полостях желудка и кишечника, pH, биопо-
тенциалы, аспирировать содержимое, вводить тестовые стимуляторы сек-
реции и моторики.
Беззондовым методом изучения моторной активности желудочно-ки-
шечного тракта является радиотелеметрический, когда используется ра-
диокапсула с датчиком давления. Моторную активность желудка можно
оценить электрографически, отводя потенциалы гладких мышц сокращаю-
щегося желудка с передней брюшной стенки. В клинике получили распро-
странение методы рентгенологического изучения моторики пищевода, же-
лудка, кишечника, желчного пузыря и желчных путей.
Моторная активность органов пищеварения оценивается также по ско-
рости и динамике эвакуации из желудка его содержимого в кишечник и
продвижению содержимого по нему. Для этого используют рентгенологи-
ческие и радиологические методы. В этих методах к принимаемой пише
добавляют безвредное количество изотопа с коротким периодом полурас-
пада и с помощью специальной аппаратуры регистрируют ее продвижение
по пищеварительному тракту. Радиоизотопные методы нашли также ши-
407
рокое применение в оценке желчевыделения, состояния печени, поджелу-
дочной и слюнных желез.
Исследование гидролиза и всасывания питательных веществ. О наруше-
нии гидролиза можно судить по наличию в кале непереваренных компо-
нентов пищи. Ценные результаты получают при использовании меченных
радиоактивными веществами полимеров (триглицериды, полисахариды,
белки), которые гидролизуются пищеварительными ферментами, а радио-
активную метку учитывают в кале и крови. Применение меченых димеров
и мономеров позволяет оценить заключительные стадии гидролиза и вса-
сывания.
Гидролиз и всасывание углеводов можно исследовать и так: человек на-
тощак выпивает определенное количество раствора крахмала. Если кон-
центрация глюкозы в крови не увеличится (по сравнению с эффектом пе-
рорального приема того же количества глюкозы), то это указывает на на-
рушение гидролиза полисахаридов. Содержание глюкозы в крови (и моче),
учитываемое в течение нескольких часов после перорального приема диса-
харидов (мальтозы, сахарозы, лактозы и трегалозы), дает возможность сде-
лать выводы о недостаточности дисахаридазных систем тонкой кишки.
Пробы с дачей или зондовым введением в кишку меченых и немеченых
мономеров питательных веществ (жирные кислоты, моносахариды, ами-
нокислоты) с последующим их определением в крови позволяют количе-
ственно оценить их всасывание в тонкой кишке.
Нарушения пищеварительных функций, как правило, начинаются с
расстройств механизмов их регуляции. Исследование регуляторных меха-
низмов предусматривает применение тестов со стимуляцией функций,
учет дифференцированности ответных реакций на количественно и каче-
ственно разные пищевые и непищевые воздействия. Большое распростра-
нение получило определение в крови гастроинтестинальных гормонов.
Они же и их синтетические аналоги применяют в качестве стимуляторов
(и ингибиторов) пищеварительных функций.
8.6. ПИЩЕВАРЕНИЕ В ПОЛОСТИ РТА И ГЛОТАНИЕ
8.6.1. Прием пищи
Поступившая в рот пища раздражает рецепторы ротовой полости. Вку-
совые рецепторы расположены преимущественно во вкусовых почках
сосочков языка. Они участвуют в формировании сладкого, кислого,
горького и соленого вкуса.
Импульсы от вкусовых рецепторов по афферентным волокнам язычной
ветви тройничного, лицевого и языкоглоточного нервов поступают в цент-
ры ряда рефлексов. Несмотря на кратковременность пребывания пищи в
полости рта (в среднем 15—18 с), с ее рецепторов оказываются пусковые
влияния почти на весь пищеварительный тракт. Особенно важны раздраже-
ния рецепторов языка и слизистой оболочки рта в осуществлении пищева-
рительных процессов в самой полости рта. Здесь пища в процессе жевания
измельчается, смачивается слюной, перемешивается с ней, растворяется,
формируется ослизненный пищевой комок для глотания. Пища принимает-
ся в виде кусков, смесей различного состава и консистенции или жидко-
стей. В зависимости от этого она разное время подвергается механической
и химической обработке в полости рта или сразу проглатывается.
408
8.6.2. Жевание
Процесс механической обработки пищи между верхними и нижними ря-
дами зубов посредством движения нижней челюсти относительно верх-
ней называется жеванием.
Жевательные движения осуществляются сокращениями жевательных и
мимических мышц, мышц языка. Резцы и клыки откусывают пищу, пре-
моляры ее раздавливают, моляры растирают. Резцы могут развивать давле-
ние на пишу 11—25 кг/см2, коренные зубы — 29—90 кг/см2. Акт жевания
осуществляется рефлекторно, имеет цепной характер, автоматизирован-
ные и произвольные компоненты.
Импульсы от рецепторов полости рта в основном по волокнам тройнич-
ного нерва передаются в сенсорные ядра продолговатого мозга, ядра зри-
тельных бугров, оттуда — в кору большого мозга. От ствола мозга и зритель-
ных бугров коллатерали отходят к ретикулярной формации. В регуляции
жевания принимают участие двигательные ядра продолговатого мозга,
красное ядро, черное вещество, подкорковые ядра и кора большого мозга.
Совокупность управляющих жеванием нейронов различных отделов мозга
называется центром жевания. Импульсы от него по двигательным волокнам
тройничного нерва поступают к жевательным мышцам. Они осуществляют
движения нижней челюсти вниз-вверх, вперед-назад и вбок. Мышцы язы-
ка, щек и губ перемещают пищевой комок в полости рта, подают и удержи-
вают пищу между жевательными поверхностями зубов.
При регистрации жевания — мастикациографии — выявляются следую-
щие фазы (рис. 8.7, Б): введение пищи в рот, ориентировочная, основная,
формирования пищевого комка, которая переходит в глотание. Длитель-
ность и характер жевания зависят от свойств и количества пережевывае-
мой пищи, возраста, аппетита, полноценности жевательного аппарата и
механизмов его управления.
8.6.3. Слюноотделение
I Слюна продуцируется тремя парами крупных слюнных желез и множе-
ством мелких железок языка, слизистой оболочки неба и щек.
Из желез по выводным протокам слюна поступает в полость рта. Око-
лоушные и малые железы боковых поверхностей языка, имеющие большое
количество серозных клеток, секретируют жидкую слюну с высокой кон-
центрацией натрия и калия и высокой активностью амилазы. Секрет под-
нижнечелюстной железы богат органическими веществами, в том числе
муцином, имеет амилазу, но в меньшей концентрации, чем слюна около-
ушной железы. Слюна подъязычной железы еще более богата муцином,
имеет основную реакцию, высокую фосфатазную активность. Слизистые
железы расположены в корне языка и неба. Их секрет особенно вязок
из-за высокой концентрации муцина.
Секрет ацинусов желез поступает в систему протоков, собирающихся в вы-
водной проток, выносящий измененную здесь в количестве и составе слюну
в полость рта. Вне приема пищи у человека слюна выделяется для увлажне-
ния полости рта в среднем со скоростью 0,24 мл/мин, при жевании — 3—
3,5 мл/мин в зависимости от вида пищи; при введении в рот лимонной кис-
лоты (0,5 ммоль) — 7,4 мл/мин. За сутки выделяется 0,5—2 л слюны.
409
Значение слюны в пищеварении состоит в смачивании пищи, растворе-
нии питательных и вкусовых веществ, ослизнении пережеванной пищи,
переваривании в основном полисахаридов.
Состав и свойства слюны. Смешанная слюна — вязкая, слегка опалес-
цирующая мутноватая жидкость с относительной плотностью 1,001—1,017,
вязкостью 1,10—1,32 пуаза. Состав слюны зависит от скорости ее секре-
ции и вида стимулятора саливации. Смешанная слюна имеет pH 5,8—7,8.
Состав слюны сложен (табл. 8.4) и меняется в зависимости от свойств
принимаемой пищи.
Таблица 8.4. Основные компоненты смешанной слюны
Вещество Содержание, г/л Вещество Содержание, ммоль/л
Вода 994 Натрий 6-23
Белки 1,4-6,4 Калий 14-41
Глюкоза 0,1-0,3 Кальций 1,2-2,7
Аммоний 0,01-0,12 Хлор 5-31
Фосфор 0,08-0,35 Гидрокарбонат 2-13
Муцин склеивает пищевые частицы в пищевой комок, будучи покрыт
слизью, он легче проглатывается. Слизь слюны выполняет также защит-
ную функцию, покрывая слизистую оболочку рта и пищевода.
Слюна содержит а-амилазу и 0-глюкозидазу. Первая гидролизует поли-
сахариды в основном до стадии дисахаридов, а второй фермент их гидро-
лизует до моносахаридов. Гидролиз углеводов ферментами слюны из-за
кратковременности пребывания пищи в полости рта происходит не столь-
ко в ней, сколько внутри пищевого комка уже в желудке. Действие карбо-
гидраз слюны прекращается желудочным соком кислой реакции. Актив-
ность протеолитических ферментов низкая, и они имеют значение в сана-
ции полости рта. Так, мурамидаза (лизоцим) слюны обладает высокой
бактерицидностью.
Количество и состав слюны адаптированы к виду принимаемой пищи и
режиму питания. На пищевые вещества выделяется более вязкая слюна и
ее тем больше, чем суше пища; на отвергаемые вещества и горечи — зна-
чительное количество жидкой слюны.
Регуляция слюноотделения. Прием пищи и связанные с ней факторы
(вид, запах, вкус, жевание пищи) условно- и безусловнорефлекторно воз-
буждают слюноотделение. Латентный период слюноотделения зависит от
силы пищевого раздражителя и возбудимости пищевого центра, составляя
1—30 с. Слюноотделение продолжается весь период еды и почти прекра-
щается вскоре после нее.
Возбуждение от рецепторов полости рта передается в ЦНС по аффе-
рентным волокнам тройничного, лицевого, языкоглоточного и блуждаю-
щего нервов. Импульсы достигают продолговатого и других отделов моз-
га, включая кору большого мозга. Основной центр слюноотделения распо-
ложен в продолговатом мозге; в него и в боковые рога верхних грудных
сегментов спинного мозга поступают импульсы от рецепторов и распо-
ложенных выше отделов мозга. К слюнным железам импульсы следуют
по эфферентным парасимпатическим и симпатическим нервным во-
локнам.
410
Парасимпатическая иннервация поднижнечелюстной и подъязычной
слюнных желез начинается от верхнего слюноотделительного ядра про-
долговатого мозга. Волокна преганглионарных нейронов в составе бара-
банной струны доходят до ганглиев этих желез, где переключаются на
постганглионарные нейроны, аксоны которых достигают гландулоцитов.
Для околоушных желез преганглионарные волокна берут начало из ниж-
него слюноотделительного ядра продолговатого мозга, проходят в составе
языкоглоточного нерва до ушного узла. Здесь расположены вторые ней-
роны, по аксонам которых в составе височно-ушного нерва импульсы
достигают слюнных желез. Под влиянием ацетилхолина окончаний
постганглионарных нейронов через посредство инозитол-1,4,5-трифосфа-
та и Са2+ выделяется большое количество жидкой слюны с высокой
концентрацией электролитов и низкой концентрацией муцина. Этому
способствуют сокращения миоэпителиальных клеток желез и вазодила-
тация.
Симпатическая иннервация слюнных желез осуществляется из боковых
рогов II—IV грудных сегментов спинного мозга, откуда волокна преганг-
лионарных нейронов следуют в верхний шейный ганглий, где контактиру-
ют с постганглионарными нейронами. Их аксоны достигают слюнных же-
лез. Норадреналин окончаний постганглионарных нейронов вызывает не-
большое по объему выделение густой слюны, усиливает образование в же-
лезах ферментов и муцина. Одновременное раздражение парасимпатиче-
ских нервов усиливает секреторный эффект. Слюноотделение тормозят
болевые раздражения, отрицательные эмоции, утомление, умственное на-
пряжение, дегидратация.
Парасимпатическая денервация слюнных желез вызывает их гиперсек-
рецию — паралитическую секрецию.
Снижение секреции слюнных желез называется гипосиалией. Длитель-
ная гипосиалия может быть причиной трофических нарушений слизистой
оболочки рта, десен, зубов. Избыточное слюноотделение (сиалорея, птиа-
лизм) сопровождает многие патологические состояния.
8.6.4. Глотание
Глотание — перевод пищевого комка из полости рта в желудок. Человек
в среднем совершает за сутки 600 глотаний, 200 из которых производятся
во время еды. Глотание имеет рефлекторный механизм и возникает в ре-
зультате раздражения чувствительных окончаний тройничных, гортанных
и языкоглоточных нервов. По их афферентным волокнам импульсы посту-
пают в продолговатый мозг, в котором расположен центр глотания. От
него импульсы по эфферентным двигательным волокнам тройничного,
языкоглоточного, подъязычного и блуждающего нервов достигают мышц,
обеспечивающих глотание. Доказательством рефлекторного характера гло-
тания служит то, что если выключить рецепторы корня языка и глотки,
обработав их раствором кокаина, то глотание не осуществится. Организа-
ция деятельности бульбарного центра глотания координируется двигатель-
ными центрами среднего мозга, коры большого мозга и находится в тес-
ной связи с центром дыхания, тормозя его при глотании, что предотвра-
щает попадание пищи в воздухоносные пути.
Глотание состоит из трех последовательных фаз: 1 — ротовой (произво-
льная), 2 — глоточной (быстрая, короткая непроизвольная), 3 — пищевод-
ной (медленная, длительная непроизвольная).
411
Во время первой фазы из пищевой пережеванной массы во рту форми-
руется пищевой комок объемом 5—15 см\ который движениями языка пе-
ремещается на его спинку. Произвольными сокращениями передней части
языка пищевой комок прижимается к твердому небу, затем переводится на
корень языка за передние дужки.
Во время второй фазы раздражения рецепторов корня языка рефлектор-
но вызывают сокращение мышц, приподнимающих мягкое небо, что пре-
пятствует попаданию пищи в полость носа. Движения языка проталкива-
ют пищевой комок в глотку. Одновременно сокращаются мышцы, смеща-
ющие подъязычную кость и вызывающие поднятие гортани, вследствие
чего закрывается вход в дыхательные пути, что препятствует поступлению
в них пищи. Переводу ее в глотку способствует повышение давления в по-
лости рта и снижение давления в глотке. Препятствуют обратному движе-
нию пищи в ротовую полость поднявшийся корень языка и прилегающие
к нему дужки. Вслед за поступлением пищи в глотку сокращаются мыш-
цы, суживающие ее просвет выше пищевого комка, вследствие чего он
продвигается в пищевод.
Перед глотанием глоточно-пищеводный сфинктер закрыт, во время
глотания давление в глотке повышается до 45 мм рт.ст. и через открыв-
шийся сфинктер пищевой комок поступает в начало пищевода, где давле-
ние не более 30 мм рт.ст. Вторую фазу глотания нельзя выполнить произ-
вольно, если в полости рта нет пищи, жидкости или слюны. Если раздра-
жать корень языка, то произойдет глотание, которое произвольно остано-
вить нельзя. Две фазы акта глотания длятся около 1 с.
Третью фазу глотания составляют прохождение пищи по пищеводу и
перевод ее в желудок сокращениями пищевода. Движения пищевода вы-
зываются рефлекторно при каждом глотательном акте. Продолжитель-
ность третьей фазы при глотании твердой пищи 8—9 с, жидкой 1—2 с.
В момент глотания пищевод подтягивается к зеву и начальная его часть
расширяется, принимая пищевой комок. Сокращения пищевода имеют
характер волны, возникающей в верхней его части и распространяющейся
в сторону желудка (перистальтические сокращения). При этом последова-
тельно сокращаются кольцеобразно расположенные мыщцы пищевода,
передвигая перетяжкой пищевой комок. Перед ним движется волна пони-
женного тонуса пищевода (релаксационная). Средняя скорость перисталь-
тической волны 2—4 см/с. По мере продвижения ее к желудку давление в
полости пищевода нарастает до 50—70 мм рт.ст. Глотание твердой пищи
повышает давление в большей мере, чем жидкой.
Первичная перистальтическая волна, вызванная второй фазой глота-
ния, дойдя до уровня пересечения пищевода с дугой аорты и продолжая
движение, вызывает вторичную волну. Они продвигают пищевой комок до
кардиальной части желудка и снижают тонус нижнего пищеводного сфин-
ктера, который вне приема пищи развивает давление 10—30 мм рт. ст. Пе-
ристальтика пищевода обеспечивает глотание и вне содействия ему сил
гравитации.
Когда релаксационная волна достигает конечной части пищевода, то-
нус этого сфинктера понижается и перистальтическая волна проводит че-
рез него пищевой комок в желудок. При наполнении желудка тонус кар-
дии повышается, что предотвращает забрасывание содержимого желудка в
пищевод.
Питье жидкости вызывает глотание, оно — релаксационную волну, и
жидкость переводится из пищевода в желудок не за счет пропульсивного
его сокращения, а посредством гравитационных сил и повышения давле-
412
ния в полости рта. Лишь последний глоток жидкости завершается про-
пульсивной волной по пищеводу.
Регуляция моторики пищевода осуществляется в основном эфферентны-
ми волокнами блуждающих и симпатических нервов; большую роль играет
его собственная — интрамуральная — нервная система.
Парасимпатические волокна блуждающих нервов стимулируют пери-
стальтику пищевода и расслабляют кардию, симпатические волокна тор-
мозят моторику пищевода и повышают тонус кардиального сфинктера.
В снижении тонуса нижнего пищеводного сфинктера большую роль игра-
ют интрамуральные (нехолинергические и неадренергические) нейроны,
основными нейротрансмиттерами которых являются ВИП и NO.
Тонус нижнего пищеводного сфинктера повышают а-адренергические
медиаторы, гастринрилизинг-пептид, мет-энкефалин, гистамин.
При некоторых патологических состояниях тонус кардии снижается,
перистальтика пищевода нарушается и содержимое желудка может забра-
сываться в пищевод. Это вызывает ощущение, называемое изжогой, и мо-
жет быть причиной повреждения слизистой оболочки пищевода. При па-
тологически повышенном тонусе сфинктера и нарушении его раскрытия
глотание нарушается.
8.7. ПИЩЕВАРЕНИЕ В ЖЕЛУДКЕ
Пищеварительными функциями желудка являются депонирование
пищи, ее механическая, химическая и физико-химическая обработка, по-
рционная эвакуация содержимого желудка в кишечник. Фундальная часть
желудка и его тело выполняют в основном депонирующую и гидролитиче-
скую функции, антропилорическая — гомогенизирующую, кислотопони-
жающую, эвакуаторную и эндокринную. Пища, в течение нескольких ча-
сов находясь в желудке, набухает, разжижается, многие ее компоненты
растворяются и подвергаются гидролизу ферментами слюны и желудочно-
го сока. Желудочный сок обладает также антибактериальным действием.
Карбогидразы слюны действуют на углеводы содержимого желудка, пи-
щевого комка, куда еще не диффундировал желудочный сок, кислота ко-
торого прекращает действие карбогидраз. Ферменты желудочного сока
действуют на белки пищевого содержимого в зоне непосредственного кон-
такта со слизистой оболочкой желудка и на небольшом удалении от нее,
куда диффундировал желудочный сок. Вся масса пищи в желудке не сразу
смешивается с соком. По мере разжижения и химической обработки пищи
ее слой, прилегающий к слизистой оболочке, движениями тела желудка
перемещается в антральную часть, а перемешанное и гомогенизированное
здесь пищевое содержимое эвакуируется в кишечник.
8.7.1. Секреторная функция желудка
Образование, состав и свойства желудочного сока. Желудочный сок про-
дуцируется железами желудка, расположенными в его слизистой оболочке.
Фундальные железы состоят из трех типов клеток. Главные клетки секрети-
руют пепсиногены I и II; обкладочные (париетальные, оксинтные) — НС1_и
внутренний фактор кроветворения; добавочные выделяют слизь, HCOJ,
пепсиногены I и II. Соотношение разных типов клеток в железах слизистой
оболочки различных отделов желудка неодинаково. В кардиальном отделе
413
Секреция
HCI
Стимуляция
париетальной
клетки
Рис. 8.9. Механизм
секреции соляной
кислоты.
желудка человека расположены трубчатые железы, состоящие в основном
из клеток, продуцирующих слизь, HCOJ и пепсиногены I и II.
Пилорические железы выделяют небольшое количество секрета, содер-
жащего слизь, НСОз и пепсиноген II. Ведущее значение в желудочном
пищеварении имеет фундальный сок.
За сутки желудок человека выделяет 2—2,5 л пищеварительного сока.
Он представляет собой бесцветную прозрачную жидкость, содержащую
соляную кислоту (0,3—0,5 %) и поэтому имеющую кислую реакцию (pH
1,5—1,8). pH содержимого желудка значительно выше, так как сок фунда-
льных желез частично нейтрализуется принятой пищей, основным компо-
нентом сока и слизью. В желудочном соке содержатся многие неорганиче-
ские вещества: вода (995 г/л), хлориды (5—6 г/л), сульфаты (10 мг/л), фос-
фаты (10—60 мг/л), гидрокарбонат (0—1,2 г/л), аммиак (20—80 мг/л).
Обкладочные клетки продуцируют НС1 одинаковой концентрации
(160 ммоль/л), но кислотность выделяющегося сока вариабельна за счет
изменения под влиянием разных стимуляторов секреции числа функцио-
нирующих париетальных гландулоцитов и нейтрализации НС1 основными
непариетальными компонентами желудочного сока, которые секретируют-
ся с примерно одинаковой концентрацией гидрокарбонатов — 45 ммоль/л.
Чем быстрее секреция НС1, тем меньше она нейтрализуется и тем выше
кислотность желудочного сока и максимальный часовой дебит НС1. В нор-
ме при стимуляции секреции максимальными дозами пентагастрина
или гистамина у мужчин он составляет 22—29 ммоль/ч, у женщин 16—
21 ммоль/ч (т.е. на 25—30 % ниже).
Ионы Н+ для синтеза HCI получаются в результате диссоциации воды,
а также гидратации СОг и диссоциации образовавшейся при этом уголь-
ной кислоты. Этот процесс катализируется ферментом карбоангидразой.
Транспорт С1~ в цитозоль сопряжен с выведением из него HCOJ. Работа
Н+, К+- АТФазы или Н+-помпы мембраны осуществляется за счет энер-
гии АТФ, которая перекачивает протоны из цитоплазмы в просвет канали-
кулы, где ионы водорода соединяются с Cl- НС1 транспортируется в по-
лость железы (рис. 8.9), а затем — желудка.
Хлористоводородная (соляная) кислота желудочного сока вызывает дена-
турацию и набухание белков, чем способствует их последующему расщеп-
лению пепсинами, активирует пепсиногены, создает кислую среду, необ-
холимую для расщепления пищевых белков пепсинами; участвует в анти-
бактериальном действии желудочного сока и регуляции деятельности пи-
щеварительного тракта в зависимости от pH его содержимого.
Органические компоненты желудочного сока представлены азотсодержа-
щими веществами (200—500 мг/л): мочевиной, мочевой и молочной кис-
лотами, полипептидами. Содержание белка достигает 3 г/л, мукоидов —
15 г/л. Органические вещества сока являются продуктами секреторной де-
ятельности желудочных желез и обмена веществ в слизистой оболочке же-
лудка, а также транспортируются через нее из крови. В числе белков осо-
бое значение для пищеварения имеют ферменты.
Главными клетками желудочных желез человека синтезируется неско-
лько изоформ пепсиногенов, которое принято делить на две группы. Пеп-
синогены I и II групп локализуются в слизистой кардиальной и фундаль-
ной частей желудка, группы II — в антральной части и в начале двенадца-
типерстной кишки. При активации пепсиногенов путем отщепления от
них полипептида образуется несколько пепсинов, которые действуют на
разные виды белков при разном pH (1,5—3,5).
Пепсины являются эндопептидазами, в результате чего основными про-
дуктами их гидролитического действия на белки являются полипептиды.
Возможность пепсинов гидролизовать белки в широком диапазоне pH име-
ет значение в желудочном протеолизе, который происходит при разном pH
в зависимости от объема и кислотности желудочного сока, буферных
свойств и количества принятой пищи, диффузии кислого сока в глубь пи-
щевого желудочного содержимого. Гидролиз белка в слое, примыкающем к
слизистой оболочке и в непосредственной близости к ней, происходит при
более низком pH, а на некотором расстоянии вглубь — при более высоком
pH. Проходящая перистальтическая волна «снимает» («слизывает») приму-
козный слой, продвигает его к антральной части желудка, и к слизистой те-
перь примыкает бывший более глубокий слой пищевого содержимого, на
белки которого пепсины действовали при менее кислой реакции и теперь
подвергаются гидролизу пепсинами в более кислой среде (Г.Ф. Коротько).
Белки, подвергнутые действию желудочных протеаз, и образовавшиеся
при этом «осколки» белковой молекулы затем быстрее расщепляются про-
теазами сока поджелудочной железы и тонкой кишки.
Важным компонентом желудочного сока являются мукоиды, продуци-
руемые мукоцитами поверхностного эпителия, шейки фундальных и пило-
рических желез. Слой слизи 1—1,5 мм образует слизистый защитный барь-
ер желудка. Основный пилорический секрет частично нейтрализует кис-
лое содержимое желудка, эвакуируемое в двенадцатиперстную кишку.
Показатели желудочной секреции имеют существенные индивидуаль-
ные, половые и возрастные различия. При патологии желудочная секре-
ция может повышаться (гиперсекреция) и понижаться (гипосекреция), со-
ответственно может меняться секреция НС1 (гипер- и гипацидность, от-
сутствие ее в соке — анацидность, ахлоргидрия). Меняется содержание
пепсиногенов и соотношение их изоформ в соке.
Регуляция желудочной секреции. Вне пищеварения железы желудка вы
деляют небольшое количество желудочного сока. Прием пищи резко увели
чивает его выделение. Это происходит за счет стимуляции желудочных же
лез нервными и гуморальными механизмами.
Секрецию НС1 обкладочными клетками стимулируют холинергически
волокна блуждающих нервов, медиатор которых ацетилхолин возбуждав
Мз-холинорецепторы базолатеральных мембран гландулоцитов (рис. 8.10'
Эффекты ацетилхолина и холиномиметических препаратов блокируютс
41
Рис. 8.10. Стимуляция секреции па-
риетальной клетки.
ФИФ2 — фосфатидилиноэитол-4,5-бифос-
фат; ИФ3 — инозитол-1,4,5-трифосфат;
АЦ — аденилатциклаза; Mj-холинорецеп-
тор; Hj-гистаминорецептор; ЭР — эндо-
плазматический ретикулум.
атропином. Велика роль в эффек-
тах ацетилхолина транспорта в
клетку Са2+ Стимуляция обкладоч-
ных клеток блуждающими нервами
опосредуется также гастрином и
гистамином.
Гастрин высвобождается из
G-клеток слизистой оболочки ант-
ральной части желудка. Высвобож-
дение гастрина усиливается под
действием импульсов блуждающих
нервов, а также местным механиче-
ским и химическим раздражением
этой части желудка. Химическими
стимуляторами G-клеток являются
продукты переваривания белков —
пептиды и некоторые аминокислоты. Если pH в антральной части желудка
понижается, что связано с повышением секреции НС1 железами желудка,
то высвобождение гастрина уменьшается, а при pH 1,0 — прекращается.
Это уменьшает объем сока и секрецию НС1. Таким образом гастрин при-
нимает участие в саморегуляции желудочной секреции в зависимости от
величины pH содержимого антрального отдела.
К стимуляторам обкладочных клеток желудочных желез относится и ги-
стамин, образующийся в ECL-клетках слизистой оболочки желудка. Вы-
свобождение из них гистамина обеспечивается гастрином. Гистамин сти-
мулирует гландулоциты через Нг-рецепторы их мембран и вызывает выде-
ление большого количества сока высокой кислотности, но бедного пепси-
ном. Стимулирующие эффекты гастрина и гистамина зависят от иннерва-
ции желудочных желез блуждающими нервами.
Торможение секреции НС1 может быть результатом снижения стимули-
рующих влияний на париетальные клетки и непосредственного торможе-
ния их секреторной активности. Снижение секреции НС1 вызывают сек-
ретин, ХЦК, глюкагон, ЖИП, ВИП, нейротензин, полипептид YY, сома-
тостатин, тиролиберин, энтерогастрон, АДГ, кальцитонин, окситоцин,
простагландин Ег, бульбогастрон, кологастрон, серотонин. Высвобожде-
ние некоторых из них соответствующими эндокринными клетками сли-
зистой оболочки кишечника зависит от свойств его химуса. ПГЕг через
мембранные рецепторы снижает активность цАМФ. Торможение чрез-
мерной желудочной секреции НС1 в полости желудка обусловлено сома-
тостатином, снижающим высвобождение гастрина. Торможение секреции
НС1 жирной пищей в большой мере обусловлено влиянием на железы
желудка из двенадцатиперстной кишки посредством ХЦК. Повышенная
кислотность дуоденального содержимого через периферический рефлекс
и дуоденальные гормоны тормозит выделение НС1. Механизм стимуля-
Секреция
пепсиногена
Рис. 8.11. Стимуляция
секреции главной кле-
тки.
ФИФ} — фосфатид ил-
инозитол-4,5-бифосфат;
ИФ3 — инозитол-1,4,
5-трифосфат; АЦ — аде-
нилатциклаза; ЭР — эн-
доплазматический рети-
кулум.
Гастрин
ХЦК
ВИП
ПГЕ
b - Адрено-
ГИП
агонисты
ции и торможения секреции НС1 различными нейротрансмиттерами и
гормонами неодинаков в зависимости от вида лиганда, рецептора и вто-
ричных мессенджеров.
Стимуляторами секреции пепсиногена главными клетками являются хо-
линергические волокна блуждающих нервов, гастрин, симпатические во-
локна, оканчивающиеся на p-адренорецепторах, секретин. Слабо стимули-
рует секрецию пепсиногена и гистамин. Усиление секреции пепсиногенов
главными клетками желудочных желез осуществляется посредством неско-
льких механизмов (рис. 8.11).
Эти механизмы в неодинаковой мере активируются или тормозятся
различными нейротрансмиттерами и гормонами, непосредственными и
опосредованными влияниями их на главные клетки и секрецию пепсино-
гена. Так, гистамин и гастрин влияют на него опосредованно — усиливают
секрецию соляной кислоты, а снижение pH содержимого желудка через
417
местный холинергический рефлекс усиливает секрецию главных клеток.
Существует и прямое стимулирующее влияние гастрина на них. ХЦК, сек-
ретин и p-адреномиметики непосредственно стимулируют секрецию глав-
ных клеток, но тормозят секрецию обкладочных.
Стимуляция мукоцитов и секреции ими слизи осуществляется холинер-
гическими волокнами блуждающих нервов. Гастрин и гистамин умеренно
стимулируют мукоциты, видимо, в связи с удалением слизи с их мембран
при выраженной секреции кислого желудочного сока. Ряд ингибиторов
секреции соляной кислоты усиливает секрецию слизи — серотонин, сома-
тостатин, адреналин, дофамин, энкефалин, простагландин Е2.
Интенсивная секреция желез требует усиления их кровоснабжения.
Стимуляторы желудочной секреции повышают, а ингибиторы секреции
снижают кровоток в слизистой оболочке желудка. Коррекция повышен-
ной секреции желудочных желез, особенно секреции НС1, может осущест-
вляться уменьшением стимулирующих влияний, блокадой соответствую-
щих мембранных рецепторов и самой протонной помпы рядом фармако-
логических веществ.
Фазы желудочной секреции. Нервные, гуморальные и паракринные ме-
ханизмы тонко регулируют секрецию желез желудка, обеспечивая опреде-
ленное количество сока, кислото- и ферментовыделение в зависимости от
количества и качества принятой пищи, эффективности ее переваривания в
желудке и тонкой кишке. Происходящую при этом секрецию делят на три
фазы.
Связанная с приемом пищи начальная секреция желудка возбуждается
нервными импульсами, приходящими к железам в результате рефлекса в
ответ на раздражение дистантных рецепторов, возбуждаемых видом и за-
пахом пищи, всей обстановкой, связанной с ее приемом (условнорефлек-
торные раздражения). К ним присоединяется рефлекс в ответ на раздраже-
ние принимаемой пищей рецепторов полости рта, глотки и пищевода
(безусловнорефлекторные раздражения). Нервные импульсы осуществля-
ют при этом роль пускового влияния. Желудочную секрецию, обусловлен-
ную этими сложно-рефлекторными влияниями,, принято обозначать пер-
вой, психической, или мозговой, фазой секреции.
Механизмы первой фазы секреции желудка были впервые изучены в ла-
боратории И.П. Павлова в опытах на эзофаготомированных собаках с
фистулой желудка. При кормлении такой собаки пища выпадает из пи-
щевода и не поступает в желудок, однако через 5—10 мин после начала
мнимого кормления начинает выделяться желудочный сок. Аналогичные
данные были получены при исследовании людей, страдающих сужением
пищевода и подвергшихся вследствие этого операции наложения фисту-
лы желудка. Жевание пищи вызывало у людей выделение желудочного
сока.
Рефлекторные влияния на желудочные железы передаются через блуж-
дающие нервы. В стимуляцию желудочных желез в первую фазу включен
и гастриновый механизм. Это доказывается тем, что при мнимом кормле-
нии людей в крови увеличивается содержание гастрина. Его высвобожде-
ние из G-клеток опосредуется не только ацетилхолином, но и гастринри-
лизинг-пептидом (ГРП—GRP) нейротрансмиттером аксонов постган-
глионарных нейронов блуждающих нервов. После удаления антральной
части желудка, где продуцируется гастрин, секреция в первую фазу пони-
жается.
Секреция в мозговую фазу зависит от возбудимости пищевого центра,
отличается легкой тормозимостью при воздействии различных внешних и
418
называется ж
м'ото желудка.
внутренних факторов. Прием в начале еды сильных пищевых раздражите-
лей (острые приправы) повышает желудочную секрецию в первую фазу.
На секрецию первой фазы наслаивается секреция второй,. фазы, которая
елудачной. так как вызывается влиянием пищевого содержи-
Сокоотделение при механическом раздражении желудка возбуждается
рефлекторно с’механорецёпторов слизистой оболочки й мышечного слоя
стенки желудка при его растяжении. Этот рефлекс резко уменьшается по-
сле перерезки блуждающих нервов. Сходство динамики секреции НС1 и
пепсина обеспечивается общностью большинства стимуляторов обкладоч-
ных и главных клеток желудочных желез, а также тем, что HCI с хеморе-
цепторов фундальной слизистой стимулирует главные клетки посредством
периферического местного холинергического рефлекса. Механическое и
химическое раздражение антральной части желудка приводит к высвобож-
дению из G-клеток гастрина — мощного стимулятора желудочной секре-
ции.
Во вторую фазу на железы желудка осуществляются в основном корри-
гирующие влияния, которые, путем усиления и ослабления деятельности
желудочных желез обеспечивают соответствие секреции количеству и
свойствам пищевого желудочного содержимого.
Влияния-из-кишечника на железы желудка обеспечивают их секрецию в
третью, кишечную, фазу. Возбуждающие и тормозные влияния из двенад-
цатиперстной и тощей кишки на железы желудка осуществляются нервны-
ми и гуморальными путями, имеют корригирующую роль. Нервные влия-
ниялсредаются с механо- и хеморецепторов тонкой кишки.
Торможение желудочной секреции в ее кишечную фазу вызывается ря-
дом веществ в составе кишечного содержимого, которые по убывающей
сйлё тормошимо действия расположены в следующем порядке: продукты
гидролиза зкирщ полипептиды, аминокислоты, продукты гидролиза крах-
мала, ионы водорода (pH ниже 3,0 оказывает сильное тормозное дейст-
вие).
Высвобождение -в двенадцатиперстной кишке секретина и холецистоки-
нина под влиянием поступившего в кишечник содёржимбГО“желудка и об-
разовавшихся продуктов гидролиза питательных веществ тормозит секре-
цию соляной кислоты жепудком, но усиливает секрецию пепсиногенов.
В гуморальной стимуляции желудочной секреции принимают участие и
всосавшиеся в кровь продукты гидролиза питательных веществ, особенно
белков.
От общего объема желудочной секреции после приема смешанной
пищи на долю мозговой фазы приходится 30—40 %, желудочной >50 % и
кишечной <10 %.
Влияние пищевых режимов на желудочную секрецию. Секреция желу-
дочных желез подопытных собак значительно изменяется в зависимости
от характера питания. При длительном (30—40 сут) употреблении пиши,
содержащей большое количество углеводов (хлеб, овощи), секреция уме-
ньшается. Если животные длительный срок (30—60 сут) питаются пищей,
богатой белками, например мясом, то секреция увеличивается. Меняется
не только объем желудочной секреции, ее динамика во времени, но и фер-
ментативные свойства желудочного сока. А.М. Уголевым эксперименталь-
но установлено, что длительный прием растительной пищи повышает гид-
ролитическую активность желудочного сока по отношению к белкам рас-
тительного происхождения, а преобладание в пищевом рационе животных
белков повышает способность желудочного сока гидролизовать их.
419
8.7.2. Моторная деятельность желудка
Во время приема пищи и в первое время после него фундальная часть
желудка расслабляется и ее сокращения очень слабые — пищевая рецеп-
тивная релаксация желудка. Она способствует депонированию пищи в же-
лудке и его секреции. Спустя некоторое время в зависимости от вида
пищи сокращения усиливаются, имея наименьшую силу в кардиальной
части желудка и наибольшую — в антральной. Сокращения желудка начи-
наются на большой кривизне в непосредственной близости от пищевода и
следуют в пилорическую часть.
При регистрации внутрижелудочного давления методом открытых ка-
тетеров выявляются сокращения желудка двух типов: фазовые (А) и то-
нические (В). Первые быстрые, перистальтические, с частотой около
3 волн/мин, вторые — длительные — до 2 мин. Волны А делятся на
2 вида: первые имеют амплитуду 1—15 мм рт.ст., вторые — 16—30 мм
рт.ст. Тонические волны могут сочетаться и не сочетаться с фазовыми.
Волны В более выражены в антропилорической части.
В наполненном желудке возникают три основных вида движений: пери-
стальтические волны, систолические сокращения антрального отдела и то-
нические, уменьшающие размер полости дна и тела желудка. Перистальти-
ческие сокращения (в среднем 3 волн/мин) распространяются от кардиа-
льной части желудка к пилорической со скоростью около 1 см/с, быстрее
по большой, чем по малой кривизне, охватывают 1—2 см желудочной
стенки, длятся около 1,5 с. В антральной части скорость перистальтиче-
ской волны увеличивается до 3—4 см/с.
После приема пищи и в зависимости от ее вида параметры моторной
деятельности желудка имеют характерную динамику (рис. 8.12). В течение
первого часа перистальтические волны слабые, в дальнейшем они усили-
ваются, приобретая в антральном отделе большую величину и скорость,
проталкивая пищу к выходу из желудка. Давление в этом отделе повыша-
ется до 10—25 см рт.ст., открывается пилорический сфинктер, и порция
желудочного содержимого переходит в двенадцатиперстную кишку. Остав-
шееся (большее) количество его возвращается в проксимальную часть ант-
рального отдела желудка. Такие движения желудка обеспечивают переме-
шивание и перетирание (фрикционный эффект) пищевого содержимого,
его гомогенизацию. В теле желудка такого перемешивания не происходит.
Перистальтическая волна, все более углубляясь, идет по нему и перемеща-
ет порцию фундального содержимого, прилегающую к слизистой оболоч-
ке, наиболее подвергнутую действию желудочного сока, в антральную
часть. Перемещенный слой пищи замещается более центральным содер-
жимым желудка.
Регуляция моторики желудка. Блуждающие нервы посредством холинер-
гического механизма усиливают 1йиторйку желудка: увеличивают ритм й
силу сокращений, ускоряют движение перистальтических волн. Влияния
блуждающих нервов могут давать и тормозной эффект: рецептивная ре-
лаксация желудка, снижение тонуса пилорического сфинктера.
Сомпо/иическме нервы через посредство а- адренорецепторов.-тормозят
моторику желудка: уменьшают ритм и силу его сокращений, скорость дви-
жения перистальтической волны. Описаны и стимулирующие а- и 0- адре-
норецепторные влияния (например, на пилорический сфинктер). Двунап-
равленные влияния-осушествляются пептидергическими. нейрона-миГТТгь
званные типы влияний осуществляются рефлекторно при раздражении ре-
цепторов рта, пищевода, желудка, тонкой и толстой кишки. Замыкание
420
Дистальная
часть
Антральная
часть
1
Пилорический
сфинктер
Проксимальная
часть
Рецептивная
релаксация
Рис» 8.12. Моторика же-
лудка.
1 — натощак, части желудка;
2 — прием пищи; 3 — пере-
мещение пищи в антрум; 4 —
перемешивание, перетирание
и эвакуация пищи. Светлые
стрелки — направление дви-
жения пищи.
2
рефлекторных дуг осуществляется на различных уровнях ЦНС, в перифе-
рических симпатических ганглиях и интрамуральной нервной системе.
В регуляции моторики желудка велико значение гастроинтестинальных
гормонов. Моторику желудка усиливают гастрин, мотилин, серотонин,
инсулин. Тормозят ее секретин, ХЦК, глюкагон, соматостатин, ЖИП,
ВИП. Стимуляторы моторики желудка повышают уровень его кровоснаб-
жения, и сама моторика влияет на него, изменяя сопротивление кровотоку
при сокращениях желудка. Нарушение кровоснабжения желудка нарушает
его моторную активность.
8.7.3. Эвакуация содержимого желудка в двенадцатиперстную
кишку
Скорость эвакуации пищи из желудка зависит от объема, состава и
консистенции, степени измельченности, разжиженности, величины осмо-
тического давления, температуры и pH содержимого желудка, градиента
давления между полостями пилорического отдела желудка и двенадцати-
перстной кишки, состояния пилорического сфинктера, аппетита, с кото-
рым принималась пища, состояния водно-солевого гомеостаза и ряда дру-
гих причин. Пища, богатая углеводами, при прочих равных условиях бы-
стрее покидает желудок, чем богатая белками. Жирная пища эвакуируется
из него с наименьшей скоростью. Жидкости начинают переходить в киш-
ку сразу же после их поступления в желудок. Время полной эвакуации
смешанной пищи из желудка здорового взрослого человека составляет
6—10 ч.
Эвакуация из желудка растворов и пережеванной пищи происходит по
экспоненте, а эвакуация жиров экспоненциальной зависимости не подчи-
няется. Скорость и дифференцированность эвакуации определяются со-
гласованной моторикой гастродуоденального комплекса, а не только дея-
тельностью пилорического сфинктера, выполняющего в основном роль
клапана.
Ведущее значение в регуляции скорости эвакуации содержимого желудка
имеют рефлекторные влияния с желудка и двенадцатиперстной кишки.
Раздражение механорецепторов желудка ускоряет эвакуацию его содержи-
421
мого, с двенадцатиперстной кишки — замедляет. Из химических агентов,
действующих на слизистую двенадцатиперстной кишки, значительно за-
медляют эвакуацию кислые (pH меньше 5,5) и гипертонические растворы,
10 % раствор этанола, глюкоза и продукты гидролиза жира. Скорость эва-
куации зависит также от эффективности гидролиза питательных веществ в
желудке и тонкой кишке — его недостаточность замедляет эвакуацию.
Следовательно, желудочная эвакуация «обслуживает» гидролитический
процесс в них и в зависимости от хода его с различной скоростью «загру-
жает» основной химический реактор желудочно-кишечного тракта — тон-
кую кишку.
8.7.4. Рвота
Рвотой называется непроизвольный выброс содержимого желудоч-
но-кишечного тракта через рот (иногда и нос). Рвоте часто предшествует
неприятное ощущение тошноты. Рвота имеет защитное значение и возни-
кает рефлекторно в результате раздражения корня языка, глотки, слизи-
стой оболочки желудка, желчных путей, брюшины, коронарных сосудов,
вестибулярного аппарата (при укачивании), мозга. Рвота может быть обу-
словлена обонятельными, зрительными и вкусовыми раздражителями, вы-
зывающими чувство отвращения.
Рвота начинается сокращениями тонкой кишки, в результате часть ее
содержимого антиперистальтическими волнами переводится в желудок.
Через 10—20 с происходят сокращения желудка, раскрывается кардиаль-
ный сфинктер, после глубокого вдоха сильно сокращаются мышцы брюш-
ной стенки, наружные межреберные мышцы и диафрагмы, вследствие
чего содержимое в момент выдоха выбрасывается через пищевод в полость
рта, он широко раскрывается и из него удаляются рвотные массы.
Центр рвоты расположен на дне IV желудочка в ретикулярной Форма-
ции продолговатого мозга. Эфферентные импульсы, обсспечивающие.рво-
ту, следуют к кишечнику, желудку и пищеводу в составе блуждающих и
чревных нервов, а также нервов, иннервирующих брюшные и диафраг-
мальные мышцы, мышцы туловища и конечностей, что обеспечивает
основные и вспомогательные движения и характерную позу. Рвота сопро-
вождается изменением дыхания, кашлем, потоотделением, тахикардией,
слюноотделением и другими реакциями. Это объясняется иррадиацией
возбуждения из центра рвоты в центры других рефлексов. В центр рвоты
может иррадиировать возбуждение из центров других рефлексов.
8.8. ПИЩЕВАРЕНИЕ В ТОНКОЙ КИШКЕ
В обеспечении начального этапа кишечного пищеварения большая
роль принадлежит процессам, происходящим в двенадцатиперстной киш-
ке. Натощак ее содержимое имеет слабоосновную реакцию (pH 7,2—8,0).
При переходе в кишку кислого содержимого желудка реакция дуоденаль-
ного содержимого становиться кислой, но затем она сдвигается к нейтра-
льной за счет дуоденального химуса, формируемого вследствие поступле-
ния в кишку основных секретов поджелудочной железы, тонкой кишки и
желчи, прекращающих действие пепсина.
У человека pH дуоденального химуса колеблется в пределах 4—8,5г Чем
выше его кислотность, тем больше выделяется еока поджелудочной-жеде-
422
зы, желчи и кишечного секрета», замедляется эвакуация, содержимого же-
лудка в двенадцатиперстную кишку, а из нее — в тощую кишку. По мере
пассажа пищевого содержимого по двенадцатиперстной кишке оно сме-
шивается с поступающими в кишку секретами, ферменты которых уже в
двенадцатиперстной кишке осуществляют гидролиз питательных веществ.
Особенно велика в этом роль сока поджелудочной железы.
8.8.1. Секреция поджелудочной железы
8.8.1.1. Образование, состав и свойства поджелудочного сока
Основную массу поджелудочной железы составляют ее экзокринные
элементы, 80—95 % которых приходится на ацинозные (ацинарные) клет-
ки, секретирующие ферменты. Центроацинозные и протоковые клетки
секретируют воду, электролиты, слизь; из протоков компоненты смешан-
ного секрета частично реабсорбируются.
Поджелудочная железа человека натощак выделяет небольшое количе-
ство-панкреатического секрета..(О.»2—0,3.мл/мин), а после приема пищи
4—4,5 мл/мин. За сутки выделяется 1,5—2,5 л бесцветного прозрачного
сока сложного состава.
Среднее содержание воды в соке 987 г/л. Основность сока (pH 7,5—
8,8) ооусловлена гидрокарбонатом (25—150 ммоль/л), концентрация кото-
рого в соке изменяется прямо пропорционально скорости секреции. В со-
ке содержатся хлориды (4—130 ммоль/л) натрия и калия; между концент-
рацией гидрокарбонатов и хлоридов существует обратная зависимость, что
связано с механизмом образования гидрокарбонатов клетками протока
железы (рис. 8.13). Гидрокарбонаты панкреатического секрета участвуют в
нейтрализации кислого пищевого содержимого желудка в двенадцатипер-
стной кишке. Соли кальция составляют 1—2,5 ммоль/л, В соке значитель-
на концентрация белка (2—3,5 г/л), основную часть которого составляют
ферменты., переваривающие все виды питательных веществ (табл. 8.4).
Таблица 8.4. Ферменты сока поджелудочной железы человека
Протеолитические: Амилолитические:
Трипсин(оген) I, II, Ш а-Амилаза
Химотрипсин(оген) А, В, С Нуклеазы:
(Про)карбоксипептидаза Аь А3 Рибонуклеаза
(Про)карбоксипептидаза Bh В2 Дезоксирибонуклеаза
(Про)эластаза 1, 2 Другие ферменты:
Липолитические: Колипаза 1,2
Липаза Ингибитор трипсина
(Про)фосфолипаза Аь А2 Щелочная фосфатаза
| Неспецифическая эстераза
Амилаза, липаза, колипаза, щелочная фосфатаза, ингибитор трипсина и
нуклеазы секретируются поджелудочной железой в активном состоянии, а
протеазы и фосфолипазы — в виде зимогенов.
423
Рис. 8.13. Механизмы
секреции гидрокарбонатов
эпителиоцитом протока
поджелудочной железы.
КА — карбоангидраза.
Трипсиноген поджелудочного сока в двенадцатиперстной кишке под
действием ее фермента энтерокиназы (энтеропептидаза) превращается в
трипсин, который вызывает последующую активацию трипсиногена. Акти-
вация состоит в отщеплении от трипсиногена гексапептида под действием
энтерокиназы и трипсина при pH 6,8—8,0. Процесс ускоряется в присут-
ствии Са2+
Химотрипсиноген, прокарбоксипептидазы А и В, проэластазы и про-
фосфолипазы активируются трипсином. Трипсин, химотрипсин и эластаза
расщепляют преимущественно внутренние пептидные связи белков и вы-
сокомолекулярных полипептидов В результате этого образуются в основ-
ном низкомолекулярные пептиды.
Сок поджелудочной железы содержит а-амилазу, расщепляющую поли-
сахариды. Производные нуклеиновых кислот расщепляют рибо- и дезок-
сирибонуклеазы. Липаза расщепляет жиры, в основном триглицериды, до
моноглицеридов и жирных кислот. На липиды действуют также фосфоли-
паза А2 и эстераза.
Поскольку триглицериды нерастворимы в воде, липаза действует на по-
верхности жира. Чем больше поверхность жира, тем активнее идет его
гидролиз. Поэтому эмульгирование жира имеет огромное значение для его
переваривания. Эмульгирование обеспечивается желчью. Активность ли-
пазы повышает фермент колипаза. Она связывается с липазой в присутст-
вии желчных солей и снижает оптимум pH действия фермента с 9 до 6—7,
а также способствует адсорбции липазы на слизистой оболочке кишки.
Регуляция секреции поджелудочной железы. Секреция поджелудочной
железы регулируется нервными и гуморальными механизмами. Раздраже-
ние блуждающих нервов вызывает выделение поджелудочного сока, богато-
го ферментами. Холинергические волокна блуждающих нервов посредством
ацетилхолина действуют на М|-холинорецепторы панкреацитов и стиму-
лируют секрецию ими ферментов и гидрокарбонатов. Холинергические
424
нейроны также потенцируют секреторные эффекты секретина и холеци-
стокинина. Хирургическая ваготомия существенно снижает секрецию под-
желудочной железы.
Симпатические волокна, иннервирующие поджелудочную железу, через
p-адренорецепторы тормозят поджелудочную секрецию, усиливают синтез
органических веществ в ней. Эффекты снижения секреции обеспечивают-
ся также уменьшением кровоснабжения поджелудочной железы путем су-
жения кровеносных сосудов через их а-адренорецепторы.
Торможение секреции вызывают болевые раздражения, сон, напряжен-
ная физическая и умственная работа и др.
Поджелудочная железа имеет также пептидергическую иннервацию-,
окончания этих нейронов выделяют ряд нейропептидов. Одни из них сти-
мулируют (GRP, VIP, PHI и др.), а другие тормозят ( энкефалин, PYY и
др.) секрецию.
Гуморальная стимуляция панкреатической секреции. Первым открытым
и названным гормоном веществом явился секретин -- стимулятор обиль-
ного по объему сокоотделения и секреции гидрокарбонатов. Высвобожде-
ние этого гормона в кровь дуоденальными S-клетками происходит при
действии на слизистую двенадцатиперстной кишки перешедшего в нее
кислого желудочного содержимого. Секретин в большей мере стимулирует
через соответствующие мембранные рецепторы и вторичные мессенджеры
(аденилатциклаза и цАМФ) центроацинозные и протоковые клетки, в ме-
ньшей мере — ацинарные клетки, поэтому выделяется секрет с высокой
концентрацией в нем гидрокарбонатов и низкой ферментативной актив-
ностью.
Секрецию гидрокарбонатов и воды усиливают также ВИП, нейротен-
зин, гастринрилизинг-пептид; тормозят вещество П, соматостатин, про-
стагландины (Е), пептид YY, кальцитонин, глюкагон, ПП.
Гормоном, усиливающим секрецию поджелудочной железы, является
холецистокинин (ХЦК). Высвобождение гормона в кровь из ССК-клеток
слизистой оболочки двенадцатиперстной и тощей кишки происходит под
влиянием химуса, особенно продуктов начального гидролиза пищевого
белка и жира, углеводов, некоторых аминокислот. Стимулируют высво-
бождение ХЦК Са2+ и снижение pH содержимого двенадцатиперстной
кишки.
ХЦК действует преимущественно на ациноциты поджелудочной железы,
поэтому выделяющийся в ответ на этот гормон сок богат ферментами. Од-
новременное действие на железу секретина и ХЦК, имеющее место при
приеме пищи, усиливает друг друга. Пептид химоденин стимулирует секре-
цию химотрипсиногена. Секрецию ациноцитов усиливают также гастрин-
рилизинг-пептид и гастрин, секретин, инсулин, NO, ВИП и некоторые ме-
нее выраженные стимуляторы секреции ферментов. Тормозят глюкагон^со-
матостатин, вещество П, энкефалин. ГИП, ПП, пептид YY, кальцИТбнин.
~Ацийоциты имеют на базолатеральной мембране -несколько типов спе-
цифических рецепторов, на которые действуют нейротрансмиттеры и гор-
моны. В зависимости от их видов включаются две цепи вторичных посред-
ников (рис. 8.14). В первой их цепи, мобилизуемой секретином и ВИП че-
рез их рецепторы, последовательно включаются аденилатциклаза (АЦ),
цАМФ и соответствующая протеинкиназа, посредством которой активиру-
ется экзоцитоз гранул зимогена. Во второй цепи воздействие на мембран-
ные рецепторы ацетилхолина (АЦХ), ХЦК и др. мобилизует фосфатидил-
инозитолбифосфат (ФИФ2), а он в свою очередь — инозитол 1,4,5-три-
фосфат (ИФЗ) и 1,2-диацилглицерол. Под их действием из ретикулума вы-
425
Секреция
пепсиногена
Рис. 8.14. Стимуляция
секреции ациноцита.
АЦХ — ацетилхолин; ХЦК —
холецистокинин; ГРП — гас-
тринрилизинг-пептид; ВИП —
вазоактивный интестиналь-
ный пептид; NOS — NO-
синтаза; ФИФ2 — фосфати-
дилинозитол-4, 5-бифосфат;
ИФ3 — инозитол-1,4,5-три-
фосфат; АЦ — аденилатцик-
лаза; ЭР — эндоплазматиче-
ский ретикулум.
свобождаются Са2+, в их присутствии оксидазотсинтаза (NOS) выделяет из
L-аргинина оксид азота (NO), который активирует цГМФ, а последний
активирует специфическую для него протеинкиназу, которая и обеспечи-
вает экзоцитоз гранул зимогена через апикальную мембрану ациноцита.
Фазы секреции поджелудочной железы. Секреция поджелудочного сока
резко усиливается через 2—3 мин после приема пищи и продолжается
6—14 ч. От количества и качества пищи зависят объем выделяющегося
сока, его состав и динамика. Чем выше кислотность пищевого содержимо-
го желудка, поступающего в двенадцатиперстную кишку, тем больше вы-
деляется поджелудочного сока и гидрокарбонатов в его составе. Поэтому
динамика поджелудочной и желудочной секреции схожи.
Фазы панкреатической секреции при стимуляции ее приемом пищи те
же, что для желудочной секреции. Но в отличие от них более выражены
гормональные влияния на поджелудочную железу, особенно в кишечную
фазу.
426
Первая, мозговая, фаза секреции поджелудочной железы вызывается ви-
дом, 'запахом пищи и другими раздражителями, связанными с приемом
пищи (условнорефлекторные раздражения), а также воздействиями на ре-
цепторы слизистой оболочки рта, жеванием и глотанием (безусловнореф-
лекторные раздражения). У человека с фистулой поджелудочного протока
наблюдали условнорефлекторное выделение панкреатического сока через
2—3 мин после того, как испытуемому говорили о пище, которую ему да-
дут. Нервные импульсы, возникающие в рецепторах, достигают продолго-
ватого мозга и затем по волокнам блуждающего нерва поступают к железе
и вызывают ее секрецию.
По объему секреции первая фаза составляет в среднем 15 % общей по-
стпрандиальной (послетрапезной) секреции поджелудочной железы, а по
секреции ферментов — 25 %. Это подтверждает большую роль рефлектор-
ного вагусного механизма в стимуляции ферментовыделительной деятель-
ности железы. Секреция ее в первую фазу вариабельна и в большой мере
зависит от аппетита, вида принимаемой пищи.
Втооая Лаза — желудочная. Секреция во время нее стимулируется и
поддерживается путем ваго-вагального рефлекса с механо- и хеморецепто-
ров желудка и посредством гастрина. На нее приходится около 10 % об-
щей секреции.
С переходом желудочного содержимого в двенадцатиперстную кишку
начинается третья — кишечная фаза панкреатической секреции. Она со-
ставляет 7U—% общей секреции. В эту фазу секреция стимулируется по-
средством ваго-вагального дуоденопанкреатического рефлекса, секретина
и ХЦК. Высвобождение секретина и ХЦК из продуцирующих их клеток
происходит при действии на слизистую оболочку двенадцатиперстной
кишки ее кислого содержимого и продуктов гидролиза нутриентов. Секре-
ция ферментов в кишечную фазу стимулируется посредством ваго-вагаль-
ного рефлекса и ХЦК. ХЦК и другие пептиды поддерживают этот реф-
лекс, стимулируя и потенцируя рецепторы вагусных афферентов. Кишеч-
ная фаза слагается из дуоденальной (основной), подвздошно-ободочной
(особенно выражена, если этого отдела кишечника достигают недостаточ-
но гидролизованные нутриенты, которые тормозят не только секрецию
железы, но и скорость продвижения химуса по тонкой кишке) и циркуля-
торной (вызывается всосавшимися в кровь продуктами гидролиза нутри-
ентов, выступающими в роли стимуляторов железы и потребляемых ею
энергетических веществ).
В кишечную фазу велика роль саморегуляции панкреатической секре-
ции, которая зависит от ферментных свойств дуоденального содержимого.
«Избыток» в нем ферментов селективно по принципу отрицательной об-
ратной связи тормозит секрецию ферментов. Избыток субстрата снимает
эти тормозные влияния. Образовавшиеся продукты гидролиза субстрата
стимулируют секрецию соответствующих ферментов поджелудочной желе-
зой. Эти механизмы направлены на срочную адаптацию секреции панкре-
атических ферментов к виду принятой пищи. Их реализация обеспечива-
ется М-холинергическими и 0-адренергическими влияниями, ХЦК и сек-
ретином. При стимуляции секреции поджелудочной железы усиливается
ее кровоснабжение, что важно для поддержания секреции железы на вы-
соком уровне.
Влияние пищевых режимов на секрецию поджелудочной железы. Прием
пищи вызывает увеличение выделения всех ферментов в составе сока, но
при углеводной пище в наибольшей мере увеличивается секреция амила-
зы, белковой пищи — трипсина и химотрипсина, прием жирной пищи вы-
427
зывает секрецию сока с более высокой липолитической активностью. На-
бор ферментов в панкреатическом соке срочно адаптируется к составу
принимаемой пищи во все три фазы секреции, и особенно в ее кишечную
фазу.
Есть медленные адаптации секреции ферментов под влиянием длитель-
ного приема пищи определенного состава. Суть адаптации состоит в том,
что железа секретирует больше того фермента, который гидролизует пре-
обладающие в рационе питательные вещества. Эта адаптация носит согла-
сованный характер с работой других отделов пищеварительного тракта,
составляя часть интегрированных адаптаций всего пищеварительного кон-
вейера.
8.8.2. Желчеобразование и желчевыделение
Участие желчи в пищеварении. Желчь образуется в печени; ее участие в
пищеварении многообразно. Желчь эмульгирует жиры, увеличивая повер-
хность, на которой осуществляется их гидролиз липазой; растворяет про-
дукты гидролиза жиров, способствует их всасыванию и ресинтезу тригли-
церидов в энтероцитах; повышает активность панкреатических и кишеч-
ных ферментов, особенно липазы. Желчь усиливает гидролиз и всасыва-
ние белков и углеводов, всасывание жирорастворимых витаминов, холе-
стерина и солей кальция; является стимулятором желчеобразования, жел-
чевыделения, моторной и секреторной деятельности тонкой кишки, апоп-
тоза и пролиферации энтероцитов.
Состав желчи и ее образование. У человека за сутки образуется около
1—2 л желчи. Процесс образования желчи — желчеотделение (холерез) —
идет непрерывно, а поступление желчи в двенадцатиперстную кишку —
желчевыделение (холекинез) — периодически, в основном в связи с прие-
мом пищи. Натощак желчь в кишечник почти не поступает, а направляет-
ся в желчный пузырь, где при депонировании концентрируется и изменяет
свой состав. Поэтому принято говорить о двух видах желчи — печеночной
и пузырной.
Желчь является не только секретом, но и экскретом. В ее составе выво-
дятся различные эндогенные и экзогенные вещества (табл. 8.5). В желчи
содержатся белки, аминокислоты, витамины и другие вещества. Желчь об-
ладает небольшой ферментативной активностью, pH печеночной желчи
7,3—8,0. При прохождении желчи по желчевыводящим путям и нахожде-
нии в желчном пузыре жидкая и прозрачная золотисто-желтого цвета пе-
ченочная желчь с относительной плотностью 1,008—1,015 концентрирует-
ся, так как из нее всасываются вода и минеральные соли, к ней добавляет-
ся муцин желчных путей и пузыря, и желчь становиться темной, тягучей,
увеличивается ее относительная плотность до 1,026—1,048 и снижается pH
до 6,0—7,0 за счет образования солей желчных кислот и всасывания гид-
рокарбонатов. Основное количество желчных кислот и их солей содержит-
ся в желчи в виде соединений с гликоколом и таурином.
Желчные пигменты являются продуктами распада гемоглобина и других
производных порфиринов. Основным желчным пигментом человека явля-
ется билирубин — пигмент красно-желтого цвета, придающий печеночной
желчи характерную окраску. Другой пигмент зеленого цвета — биливердин
в желчи человека содержится в следовых количествах.
Желчь образуется гепатоцитами (примерно 75 % ее объема) и эпители-
альными клетками желчных протоков (около 25 % ее объема).
428
Таблица 8.5. Состав желчи
Компоненты Печеночная желчь Пузырная желчь
Вода (г/л) 950-980 850-920
Сухой остаток (г/л):
Соли желчных кислот 10,0-11,0 30-100
Жирные кислоты 1,0 3,0-12,0
Билирубин 2,0 5,0-20,0
Холестерин 0,5-1,0 3,0-9,0
Лецитин 0,4 1,0-4,0
Неорганические соли 8,0-8,5 6,0-6,5
Ионы (ммоль/л):
Na+ 145 130
К+ 5 9
Са2+ 2,5 6
С1- 100 75
HCOJ 28 10
Желчные кислоты синтезируются в гепатоцитах. Из тонкой кишки вса-
сывается в кровь около 85—90 % желчных кислот, выделившихся в кишку
в составе желчи. Всосавшиеся желчные кислоты с кровью по воротной
вене приносятся в печень и включаются в состав желчи (энтеропанкреати-
ческая циркуляция). Остальные 10—15 % желчных кислот выводятся из
организма в основном в составе кала. Эта потеря желчных кислот воспол-
няется их синтезом в гепатоцитах.
В целом образование желчи происходит путем активной секреции ком-
понентов желчи (желчные кислоты) гепатоцитами, активного и пассивно-
го транспорта веществ из крови через клетки и межклеточные контакты
(вода, глюкоза, креатинин, электролиты, витамины, гормоны и др.) и об-
ратного всасывания воды и ряда веществ из желчных капилляров, прото-
ков и желчного пузыря (рис. 8.15). Ведущая роль в образовании желчи
принадлежит секреции.
Регуляция желчеобразования. Желчеобразование идет непрерывно, но
его рефлекторно и гуморально усиливают акт еды и принятая пища. Пара-
симпатические холинергические влияния усиливают, а симпатические адре-
нергические снижают желчеобразование. К числу гуморальных стимулято-
ров желчеобразования (холеретики) относится сама желчь. Секретин уси-
ливает секрецию желчи, выделение в ее составе воды и электролитов (гид-
рокарбонаты). Слабее стимулируют желчеобразование глюкагон, гастрин и
ХЦК.
Желчевыделение. Движение желчи в желчевыделительном аппарате
обусловлено разностью давления в его частях и двенадцатиперстной киш-
ке, состоянием сфинктеров внепеченочных желчных путей. Выделяют
3 сфинктера: в месте слияния пузырного и общего печеночного протока
(Мириззи), в шейке желчного пузыря (Люткенса) и концевом отделе об-
щего желчного протока (Одди). Тонус мышц этих сфинктеров определяет
направление движения желчи. Давление в желчевыделительном аппарате
создается секреторным давлением желчеобразования и сокращениями
гладких мышц протоков и желчного пузыря. Эти сокращения согласованы
429
Тонкая кишка
Рис. 8.15. Желчеобразование и его регуляция.
с тонусом сфинктеров и регулируются нервными и гуморальными ме-
ханизмами. Давление в общем желчном протоке колеблется от 4 до
300 см вод.ст. В желчном пузыре давление вне пищеварения составляет
60—185 см вод.ст.; во время пищеварения за счет сокращения пузыря оно
поднимается до 200—300 см вод.ст., обеспечивая выход желчи в двенадца-
типерстную кишку через открывшийся сфинктер Одди.
Вид, запах пищи, подготовка к ее приему и сам прием вызывают слож-
ные изменения деятельности желчевыделительного аппарата. Желчный
пузырь при этом через различный латентный период сначала расслабляет-
ся, а затем сокращается, и желчь в небольшом количестве выходит в две-
надцатиперстную кишку. Этот период первичной реакции желчевыделите-
льного аппарата длится 7—10 мин. На смену ему приходит основной эва-
куаторный период, во время которого сокращение желчного пузыря чере-
дуется с расслаблением и через открытый сфинктер Одди переходит в две-
надцатиперстную кишку сначала желчь из общего протока, затем пузыр-
ная, а в последующем — печеночная желчь. Сильными возбудителями
желчевыделения являются яичный желток, молоко, мясо и жиры.
Рефлекторная стимуляция желчевыделительного аппарата и холекинеза
осуществляется условно- и безусловнорефлекторно через блуждающие
нервы при раздражении рецепторов ротовой полости, желудка и двенадца-
типерстной кишки.
Большую роль в стимуляции желчевыделения играет ХЦК, вызываю-
щий сокращения желчного пузыря. Слабые сокращения его вызывают га-
стрин, секретин, ГРП. Тормозят сокращения желчного пузыря глюкагон,
кальцитонин, ВИП, ПП, антихолецистокинин.
430
8.8.3. Кишечная секреция
Кишечный сок представляет собой мутную вязкую жидкость и является
продуктом деятельности всей слизистой оболочки тонкой кишки; имеет
сложный состав и разное происхождение. За сутки у человека выделяется
до 2,5 л сока тонкой кишки.
В криптах слизистой оболочки двенадцатиперстной кишки заложены
б^рушсерсвы^железы. Их сок — густая бесцветная жидкость слабоосновной
реакции; обладает небольшой протеолитической,.амилолитической и ли-
политической активностью. Либеркюновы железы, или кишечные крипту,
заложены в слизистой оболочке двенадцатиперстной и всей тонкой киш-
ки. Секреторной способностью обладают многие эпителиоциты крипт
тонкой кишки.
Эпителиоциты с исчерченной каемкой покрывают ворсинку. Апикаль-
ная часть клетки содержит многие кишечные ферменты, которые трансло-
цированы из клетки, где они были синтезированы. Ферментами богаты
также лизосомы.
Бокаловидные кяедикдг-выделяют слизь через разрывы апикальной плаз-
матической мембраны. Секрет обладает ферментативной активностью.
Энтероциты с ацидофильными гранулами, клетки Панета, в зрелом со-
стоянии также имеют морфологические признаки мерокриновой и апок-
риновой секреции. Секрет содержит гидролитические ферменты. В крип-
тах заложены также аргентаффинные клетки, выполняющие эндокринные
функции.
Находящееся в полости петли тонкой кишки содержимое является про-
дуктом многих клеток и процессов, в том числе десквамации энтероцитов
и двустороннего транспорта высоко- и низкомолекулярных веществ. Это,
собственно, и есть то, что называется кишечным соком.
Свойства и состав кишечного сока. Центрифугирование кишечного сока
разделяет его на жидкую и плотную части. Жидкая часть сока образована
секретом, транспортированными из крови растворами неорганических и
органических веществ и содержимым разрушенных энтероцитов, имеет
около 20 г/л сухого вещества. В числе неорганических веществ (10 г/л) —
хлориды, гидрока^юонатьГТГ“фосфать1натрия, калия, кальция. Сок имеет
pH 7,2—7,5: при усилении секреции — floJSjL Органические вещества
представлены слизью, белками, аминокислотами, мочевиной и другими
продуктами обмена веществ. Плотная часть сока — желтовато-серая мас-
са, тшссг вид слизистых комков и включает в себя неразрушенные эпите-
лиальные клетки, их фрагменты и слизь — секрет бокаловидных клеток.
Слизь образует защитный слой, предотвращающий чрезмерное механи-
ческое и химическое воздействие химуса на слизистую оболочку кишки. В
слизи высока активность пищеварительных ферментов.
В слизистой оболочке тонкой кишки идет непрерывная смена слоя кле-
ток поверхностного эпителия. Они образуются в криптах, затем продвига-
ются по ворсинкам и слущиваются с их верхушек — морфокинетическая
(или морфонекротическая) секреция. Полное обновление этих клеток у
человека совершается в среднем за 3—5 сут. Высокий темп образования и
отторжения клеток обеспечивает достаточно большое их количество в ки-
шечном соке: за сутки отторгается около 250 г эпителиоцитов.
Плотная часть сока обладает значительно большей ферментативной ак-
тивностью, чем жидкая. В кишечном соке содержится более 20 ферментов.
Кишечные ферменты обеспечивают пристеночное пищеварение. Углеводы
гидролизуются а-глюкозидазами, а-галактазидазой (лактаза), глюкоамила-
431
зой (у-амилаза). К а-глюкозидазам относятся мальтаза; дисахаридазы: изо-
мальтаза, сахараза (инвертаза) и трегалаза. С их участием из соответствую-
щих дисахаридов образуются моносахариды. Дефицит кишечных дисаха-
ридаз приводит к непереносимости соответствующего дисахарида. Извест-
ны генетически закрепленные и приобретенные лактазная, трегалазная,
сахаразная и комбинированные ферментные недостаточности.
В тонкой кишке продолжается и завершается гидролиз пептидов. Ами-
нопептидазы составляют основную часть пептидазной активности щеточ-
ной каймы энтероцитов и расщепляют пептидную связь между двумя
определенными аминокислотами, которые затем всасываются. В присте-
ночном гидролизе липидов важное значение имеет кишечная моноглице-
ридлипаза. Она гидролизует моноглицериды с любой длиной углеводород-
ной цепи, а также короткоцепочечные ди- и триглицериды, в меньшей
мере — триглицериды со средней длиной цепи и эфиры холестерина. На-
чальный гидролиз нуклеопротеидов осуществляется протеазами, затем
гидролизуются отщепленные от белковой части РНК и ДНК соответствен-
но РНК- и ДНКазами до олигонуклеотидов, которые затем при участии
нуклеаз и эстераз деградируют до нуклеотидов. Последние атакуются ще-
лочными фосфатазами и более специфичными нуклеотидазами с высво-
бождением всасываемых затем нуклеозидов. Фосфатазная активность ки-
шечного сока высока.
Ферментный спектр слизистой оболочки тонкой кишки и ее сока изме-
няется под влиянием длительных режимов питания.
Регуляция кишечной секреции. Секреция кишечных желез усиливается
при приеме пищи, местном механическом и химическом раздражении
кишки, посредством холинергических нейронов и под влиянием некото-
рых кишечных гормонов.
Механическое раздражение слизистой оболочки тонкой кишки увели-
чивает выделение жидкой части сока. Химическими стимуляторами секре-
ции тонкой кишки являются продукты переваривания белка, жира, панк-
реатический сок, соляная и другие кислоты. Местное воздействие продук-
тов переваривания питательных веществ вызывает отделение кишечного
сока, богатого ферментами.
Акт еды существенного влияния на кишечную секрецию не оказывает.
Имеются данные о модуляции секреции под влиянием ЦНС, о стимулиру-
ющем действии на секрецию холиномиметических веществ, тормозном
влиянии холинолитиков и симпатомиметических веществ. Стимулируют
кишечную секрецию ГИП, ВИП, мотилин; тормозит — соматостатин.
8.8.4. Полостной и пристеночный гидролиз питательных
веществ в тонкой кишке
В тонкой кишке происходит полостное и пристеночное пищеварение;
не исключено и внутриклеточное.
Полостное пищеварение в тонкой кишке осуществляется ферментами
панкреатического и кишечного секретов. В результате полостного пищева-
рения гидролизуются крупномолекулярные нутриенты и образуются в
основном олигомеры. Последующий их гидролиз происходит по типу при-
стеночного пищеварения и завершается на мембране энтероцитов.
Регуляция полостного пищеварения осуществляется путем изменения сек-
реции пищеварительных желез, скорости продвижения химуса по тонкой
кишке, интенсивности пристеночного пищеварения и всасывания.
432
Регуляция пристеночного пищеварения изучена недостаточно. Интенсив-
ность его зависит от полостного пищеварения и, следовательно, факторов,
влияющих на него. Влияют на мембранное пищеварение гормоны надпо-
чечников (синтез и транслокация ферментов), диеты и другие факторы.
Пристеночное пищеварение зависит также от моторики кишки, изменяю-
щей переход веществ из химуса в исчерченную каемку, величины пор ис-
черченной каемки, ферментного состава в ней, сорбционных свойств мем-
браны.
8.8.5. Моторная деятельность тонкой кишки
Моторная деятельность тонкой кишки обеспечивает перемешивание ее
химуса с пищеварительными секретами, продвижение его по кишке, сме-
ну его у слизистой оболочки, повышение внутрикишечного давления, т.е.
способствует гидролизу и всасыванию питательных веществ.
Движение тонкой кишки происходит в результате координированных
сокращений продольного и циркулярного слоев гладких мышц. Принято
различать несколько типов сокращений тонкой кишки (рис. 8.16): ритми-
ческая сегментация, маятникообразные, перистальтические (очень мед-
ленные, медленные, быстрые, стремительные), антиперистальтические и
тонические. Первые два типа относятся к ритмическим, или сегментирую-
щим, сокращениям.
Ритмическая сегментация обеспечивается преимущественно сокраще-
ниями циркулярного слоя мышц, при этом содержимое кишки делится на
части. Следующим сокращением образуется новый сегмент кишки, содер-
жимое которого состоит из двух частей соседних сегментов. Данными со-
кращениями достигается перемешивание химуса.
Маятникообразные сокращения обеспечиваются продольными и цирку-
лярными мышцами. При этом происходит перемещение химуса «впе-
ред-назад» и слабое поступательное движение его в аборальном направле-
нии. В верхних отделах тонкой кишки человека частота ритмических со-
кращений составляет 9—12, в нижних — 6—8 в 1 мин.
Перистальтическая волна, состоящая из перехвата и расширения тон-
кой кишки, продвигает химус в аборальном направлении. Одновременно
по длине кишки продвигается несколько волн со скоростью 0,1—0,3 см/с,
в проксимальных отделах быстрее, чем в дистальных. Скорость стреми-
тельной пропульсивной волны 7—12 см/с.
При антиперисталыпических сокращениях волна движется в обратном,
оральном направлении. В норме тонкая кишка, как и желудок, антипери-
стальтически не сокращаются (это характерно для рвоты).
Тонические сокращения могут иметь локальный характер или передви-
гаться с очень малой скоростью. Исходное (базальное) давление в полости
тонкой кишки составляет 5—14 см вод.ст. Монофазные волны повышают
внутрикишечное давление до 30—90 см вод.ст. Медленный компонент со-
кращений длится от одной до нескольких минут и повышает давление не
столь значительно.
Моторика тонкой кишки регулируется миогенными, нервными и гу-
моральными механизмами. Миогенные механизмы обеспечивают автома-
тизм кишечных мышц и сократительную реакцию на растяжение кишки.
Фазная сократительная деятельность кишки реализуется нейронами
миэнтерального нервного сплетения, обладающими ритмической фоно-
вой активностью. Кроме осцилляторов энтеральных метасимпатических
433
Рис. 8.16. Типы сокращений тонкой
кишки.
а перистальтика, б — сегментация.
Стрелки — направления движения химуса.
ганглиев имеются два датчика ритма кишечных сокращений — первый у
места впадения в двенадцатиперстную кишку общего желчного протока,
второй — в подвздошной кишке. Эти датчики и ганглии энтерального
нервного сплетения контролируются нервными и гуморальными меха-
низмами.
Парасимпатические влияния преимущественно усиливают, симпатиче-
ские тормозят моторику тонкой кишки. Описаны пептидергические нерв-
ные влияния обоих типов. Эффекты раздражения вегетативных нервов в
большой мере зависят от состояния кишки, на фоне которого производят-
ся раздражения. Изменяют моторику раздражения спинного и продолгова-
того мозга, гипоталамуса, лимбической системы, коры большого мозга.
Раздражения передних и средних ядер отделов гипоталамуса преимущест-
венно возбуждают, а заднего тормозят моторику желудка, тонкой и тол-
стой кишки.
Акт еды тормозит, а затем усиливает кишечную моторику. В дальней-
шем она зависит от физических и химических свойств химуса: усиливают
ее грубые виды пищи, богатые непереваренными в тонкой кишке пищевы-
ми волокнами, продукты переваривания питательных веществ, особенно
жиры, кислоты, основания, соли.
Важное значение имеют рефлексы с различных отделов пищеваритель-
ного тракта на моторику тонкой кишки: пищеводно-кишечный (возбужда-
ющий), желудочно-кишечный (возбуждающий и тормозящий), ректоэнте-
ральный (тормозящий). Дуги этих рефлексов замыкаются на различных
уровнях ЦНС и в периферических ганглиях. В целом моторная деятель-
ность любого участка тонкой кишки — суммарный результат местных,
удаленных влияний в пределах пищеварительного тракта и влияний с дру-
гих систем организма.
Моторику тонкой кишки усиливают, действуя на миоциты или энтера-
льные нейроны, серотонин, гистамин, гастрин, мотилин, ХЦК, вещество
П, вазопрессин, окситоцин, брадикинин и др., тормозят — секретин,
ВИП, ГИП и др.
8.8.6. Всасывание различных веществ
в тонкой кишке
Различные вещества всасываются в пищеварительном тракте посредст-
вом различных механизмов, имея характерную топографию всасывания.
Всасывание воды и минеральных солей. В желудочно-кишечный тракт в
составе пищи и выпиваемых жидкостей поступает за 1 сут 2—2,5 л воды, в
434
составе секретов пищеварительных желез 6—7 л, выводится же с калом
всего 100—150 мл воды. Остальное количество воды всасывается из пище-
варительного тракта в кровь, небольшое количество — в лимфу. Всасыва-
ние воды начинается в желудке, наиболее интенсивно происходит в тон-
кой и особенно толстой кишке.
Основное количество воды всасывается из изотонических растворов
кишечного химуса, так как в кишечнике гипер- и гипотонические раство-
ры соответственно концентрируются или разводятся. Абсорбция воды из
изотонических и гипертонических растворов требует затраты энергии.
Всасываемые эпителиоцитами растворенные вещества «тянут» за собой
воду. Решающая роль в переносе воды принадлежит ионам и особенно на-
трия. Поэтому все факторы, влияющие на его транспорт, изменяют и вса-
сывание воды. Оно сопряжено также с транспортом сахаров и аминокис-
лот. Поэтому многие эффекты замедления или ускорения всасывания
воды являются результатом изменения транспорта из тонкой кишки дру-
гих веществ.
Интенсивность всасывания натрия и воды в кишке максимальна при
pH 6,8 (при pH 3,0 всасывание воды прекращается). Изменяют всасывание
воды рационы питания. Увеличение в них доли белка повышает скорость
всасывания воды, Na+ и С1_ Изменяется скорость всасывания воды в за-
висимости от гидратированности организма.
Доказано условнорефлекторное изменение всасывания воды; замедле-
ние под влиянием наркоза и после ваготомии, что свидетельствует о роли
ЦНС в этом процессе. Влияют на всасывание воды многие гормоны желез
внутренней секреции и некоторые гастроинтестинальные гормоны — сни-
жают ее всасывание гастрин, секретин, ХЦК, ВИП, ГРП, серотонин.
За сутки в желудочно-кишечном тракте всасывается более 1 моля хло-
рида натрия. В желудке натрий почти не всасывается, но интенсивно вса-
сывается в толстой и подвздошной кишке, в тощей кишке его всасывание
значительно меньше.
Ионы Na+ поступают из полости тонкой кишки в кровь через кишеч-
ные эпителиоциты и между ними. Поступление Na+ в эпителиоцит проис-
ходит по электрохимическому градиенту пассивным путем. Имеется также
система транспорта Na+, сопряженная с транспортом сахаров и аминокис-
лот, возможно, и с С1" и HCOJ Ионы Na+ из эпителиоцитов через их ба-
золатеральные мембраны транспортируются активно в межклеточную
жидкость, кровь и лимфу. Это обеспечивает возможность дальнейшего
пассивного транспорта Na+ через апикальные мембраны в эпителиоциты
из полости кишечника. Различные стимуляторы и ингибиторы всасывания
Na+ действуют прежде всего на механизмы активного транспорта базола-
теральных мембран эпителиоцитов. Транспорт Na+ по межклеточным ка-
налам совершается пассивно по градиенту концентрации. Интенсивность
всасывания натрия зависит от pH кишечного содержимого, гидратации
организма и содержания в нем этого элемента. Усиливают всасывание на-
трия минералокортикоиды (альдостерон), угнетают — гастрин, секретин и
холецистокинин.
Всасывание калия происходит в основном в тонкой кишке посредством
механизмов активного и пассивного транспорта по электрохимическому
градиенту. Активный транспорт К+ сопряжен с транспортом Na+ в базола-
теральных мембранах эпителиоцитов.
Всасывание хлора происходит в желудке и наиболее активно в под-
вздошной кишке по типу активного и пассивного транспорта. Пассивный
транспорт С1“ сопряжен с транспортом Na+. Активный транспорт С1~ че-
435
рез апикальные мембраны сопряжен с транспортом Na+ или обменом С1
на НСОз
Двухвалентные ионы в желудочно-кишечном тракте всасываются очень
медленно. Так, в кишечник человека поступает ежесуточно 35 ммоль каль-
ция, но только половина его всасывается. Кальций всасывается в 50 раз
медленнее, чем Na+, но быстрее, чем двухвалентные ионы железа, цинка
и марганца. Всасывание кальция совершается с участием переносчиков,
активируется желчными кислотами и витамином D, поджелудочным со-
ком, некоторыми аминокислотами, натрием, угнетается многими вещест-
вами. При недостатке кальция в организме его всасывание увеличивается,
в чем большую роль могут играть гормоны ряда желез, но особенно пара-
тирин.
Всасывание продуктов гидролиза белков. Белки всасываются в основном
в кишечнике после их гидролиза до аминокислот. Всасывание различных
аминокислот происходит с неодинаковой скоростью в различных отделах
тонкой кишки. Быстрее других всасываются аргинин, метионин, лейцин;
медленнее — фенилаланин, цистеин, тирозин и еще медленнее — аланин,
серин, глутаминовая кислота. L-формы аминокислот всасываются ин-
тенсивнее, чем D-формы. Всасывание аминокислот из кишки через
апикальные мембраны в эпителиоциты осуществляется активно посредст-
вом транспортеров со значительной затратой энергии фосфоросодержа-
щих макроэргов. Количество всасывающихся пассивно аминокислот не-
велико.
Существует несколько видов транспортеров аминокислот в апикальных
мембранах эпителиоцитов. Из эпителиоцитов аминокислоты транспорти-
руются в межклеточную жидкость по механизму облегченной диффузии.
Транспорт аминокислот через апикальную и базальную мембраны взаимо-
связан. Большинство аминокислот, образующихся в процессе гидролиза
белков и пептидов, всасывается быстрее, чем свободные аминокислоты,
введенные в тонкую кишку. Транспорт натрия стимулирует всасывание
аминокислот. Из менее концентрированных растворов аминокислот они
всасываются быстрее, чем из более концентрированных.
Интенсивность всасывания аминокислот зависит от возраста, уровня
белкового обмена в организме, содержания в крови свободных аминокис-
лот и ряда других факторов, от нервных и гуморальных влияний.
Три- и дипептиды в тонкой кишке всасываются посредством специаль-
ного транспортера апикальной мембраны.
Всасывание углеводов. Происходит в основном в тонкой кишке. С наи-
большей скоростью всасываются гексозы; в их числе глюкоза и галактоза;
пентозы всасываются медленнее. Всасывание глюкозы и галактозы исполь-
зует механизм активного транспорта через апикальные мембраны кишеч-
ных эпителиоцитов. Транспорт моносахаридов, образующихся при гидро-
лизе олигосахаридов, осуществляется с большей скоростью, чем всасыва-
ние моносахаридов, введенных в просвет кишки. Всасывание глюкозы
(и некоторых других моносахаридов) через апикальные мембраны кишеч-
ных эпителиоцитов активируется транспортом натрия.
Глюкоза аккумулируется в кишечных эпителиоцитах, и последующий
транспорт ее из них через базолатеральные мембраны в межклеточную
жидкость и кровь происходит по градиенту концентрации, а также с учас-
тием специальных транспортеров.
Всасывание фруктозы (и некоторых других моносахаридов) не зависит
от транспорта Na+ и происходит активно. Не исключают возможности и
пассивного транспорта фруктозы.
436
Всасывание углеводов тонкой кишкой усиливается некоторыми амино-
кислотами, резко тормозится ингибиторами тканевого дыхания. Всасыва-
ние различных моносахаридов в различных отделах тонкой кишки проис-
ходит с неодинаковой скоростью. Так, скорость всасывания глюкозы в то-
щей кишке в 3 раза выше, чем в подвздошной.
На всасывание сахаров влияют диета, многие факторы внешней сре-
ды, концентрация глюкозы в крови. Существует сложная нервная и гумо-
ральная регуляция всасывания углеводов. Доказано изменение их всасыва-
ния под влиянием коры и подкорковых структур головного мозга, его
ствола и спинного мозга.
Парасимпатические влияния усиливают, а симпатические — тормозят
всасывание углеводов. Всасывание глюкозы усиливается гормонами над-
почечников, гипофиза, щитовидной железы, а также серотонином и аце-
тилхолином.
Гистамин незначительно, а соматостатин существенно тормозят вса-
сывание глюкозы.
Всасывание продуктов гидролиза жиров. Всасывание липидов наиболее
активно происходит в двенадцатиперстной кишке и проксимальной части
тощей кишки. Скорость всасывания различных жиров зависит от их
эмульгирования и гидролиза. В результате действия в полости кишки пан-
креатической липазы из триглицеридов образуются диглицериды, затем
моноглицериды и жирные кислоты, хорошо растворимые в растворах со-
лей желчных кислот. Кишечная липаза в зоне исчерченной каемки эпите-
лиоцитов завершает гидролиз липидов. Из моноглицеридов, жирных кис-
лот с участием солей желчных кислот, фосфолипидов и холестерина обра-
зуются мельчайшие мицеллы (диаметр их около 100 нм), которые через
апикальные мембраны переходят в кишечные эпителиоциты. Желчные
кислоты мицелл остаются в полости кишки и всасываются в подвздошной
кишке по механизму активного транспорта.
В кишечных эпителиоцитах происходит ресинтез триглицеридов. Из
них, а также холестерина, фосфолипидов и глобулинов образуются хило-
микроны — мельчайшие жировые частицы, заключенные в белковую обо-
лочку. Хиломикроны покидают эпителиоциты через базолатеральные мем-
браны, переходят в соединительные пространства ворсинок, оттуда прони-
кают в центральный лимфатический сосуд ворсинки, чему содействуют ее
сокращения.
Основное количество жира всасывается в лимфу, поэтому через 3—4 ч
после приема пищи лимфатические сосуды наполнены лимфой, напоми-
нающей молоко и называемой млечным соком.
В нормальных условиях в кровь поступает небольшое количество всо-
савшегося в кишечнике жира, представленного триглицеридами жирных
кислот с короткой углеводородной цепочкой. В кровеносные капилляры
из эпителиоцитов и межклеточного пространства могут транспортировать-
ся и растворимые в воде свободные жирные кислоты и глицерин. Для вса-
сывания жиров с короткими и средними углеводородными цепями жир-
ных кислот образование в эпителиоцитах хиломикронов не обязательно.
Небольшое количество хиломикронов может поступать и в кровеносные
сосуды ворсинок.
На скорость гидролиза и всасывания жира влияет ЦНС. Парасимпати-
ческий отдел вегетативной нервной системы ускоряет, а симпатический —
замедляет всасывание жиров. Ускоряют их всасывание гормоны коры над-
почечников, щитовидной железы и гипофиза, а также дуоденальные гор-
моны — секретин и ХЦК.
437
8.9. ФУНКЦИИ ТОЛСТОЙ КИШКИ
8.9.1. Поступление кишечного химуса в толстую кишку
За сутки у человека из тонкой в толстую кишку порционно переходит
0,5—4 л химуса через илеоцекальный сфинктер — баугиниеву заслонку.
Сфинктер выполняет роль клапана. Его расслаблению и раскрытию илео-
цекального прохода способствуют сокращения продольных мышц тонкой
и толстой кишки. При наполнении слепой кишки и ее растяжении сфинк-
тер плотно закрывается и содержимое толстой кишки в норме в тонкую
кишку не возвращается.
Вне пищеварения сфинктер закрыт. После приема пищи через 1—4 мин
каждые 0,5—1 мин он открывается и химус небольшими порциями (до 15 мл)
поступает в толстую кишку. Раскрытие сфинктера происходит рефлекторно:
перистальтическая волна тонкой кишки повышает давление в ней и расслаб-
ляет сфинктер и обычно — пилорический сфинктер (бисфинктерный реф-
лекс). Повышение давления в толстой кишке увеличивает тонус илеоцекаль-
ного сфинктера и тормозит поступление в нее содержимого тонкой кишки.
8.9.2. Роль толстой кишки в пищеварении
Пища почти полностью переваривается и всасывается в тонкой киш-
ке. Небольшое количество веществ пищи, в том числе клетчатка и пек-
тин, в составе химуса подвергаются гидролизу в толстой кишке. Гидро-
лиз осуществляется ферментами химуса и сока толстой кишки, а клетчат-
ка и пектин — ферментами микроорганизмов.
Сок толстой кишки выделяется в небольшом количестве вне раздраже-
ния кишки. Местное механическое раздражение слизистой увеличивает
секрецию в 8—10 раз. Сок состоит из жидкой и плотной частей, имеет
основную реакцию (pH 8,5—9,0). Плотную часть сока составляют слизи-
стые комки из отторгнутых кишечных эпителиоцитов и слизи, секретируе-
мой бокаловидными клетками.
Основное количество ферментов содержится в плотной части сока, их
активность значительно меньше, чем в тонкой кишке. В соке толстой
кишки нет энтерокиназы и сахаразы, щелочной фосфатазы в 15—20 раз
меньше, чем в соке тонкой кишки. В небольшом количестве в составе
сока выделяются катепсины, пептидазы, липаза, амилаза и нуклеазы. В за-
висимости от осмотического и гидростатического давления кишечного со-
держимого интенсивно всасывается вода (до 4—6 л и более за 1 сут). Хи-
мус постепенно превращается в каловые массы (за сутки выводится
200—350 г сформированного кала). При растительной пище их больше,
чем при смешанной или мясной. При пище, богатой неперевариваемыми
волокнами (целлюлоза, гемицеллюлоза, пектин, лигнин), количество кала
увеличивается не только за счет них, но и ускорения передвижения химуса
и формируемого кала, что предотвращает запоры.
8.9.3. Моторная деятельность толстой кишки
Весь процесс пищеварения у взрослого человека длится 1 —3 сут, из них
наибольшее время приходится на пребывание остатков пищи в толстой
кишке. Ее моторика обеспечивает резервуарную функцию — накопление
содержимого, всасывание из него ряда веществ, в основном воды, продви-
жение его, формирование каловых масс и их удаление (дефекация). У здо-
рового человека контрастная масса через 3—3,5 ч после ее приема начина-
ет поступать в толстую кишку. Она заполняется в течение 24 ч и полно-
стью опорожняется за 48—72 ч.
Начальный отдел толстой кишки имеет в среднем 8 циклов сокращений
в I мин, а сигмовидная кишка — до 17—18 циклов в 1 мин.
Толстая кишка осуществляет сокращения нескольких типов: малые и
большие маятникообразные, перистальтические и антиперистальтические,
пропульсивные. Первые 4 типа сокращений перемешивают содержимое
кишки и повышают давление в ее полости, что способствует сгущению со-
держимого путем всасывания воды. Сильные пропульсивные сокращения
возникают 3—4 раза в сутки и продвигают кишечное содержимое в або-
ральном направлении.
Толстая кишка получает парасимпатическую инервацию в составе блуж-
дающих и тазовых нервов и усиливает моторику путем условных и безу-
словных рефлексов при раздражении пищевода, желудка и тонкой кишки.
Симпатические нервы проходят в составе чревных нервов и тормозят мото-
рику кишки. Ведущее значение в организации ее моторики имеют интра-
муральные нервные механизмы при местном раздражении толстой кишки
ее содержимым. Раздражение механорецепторов прямой кишки тормозит
моторику вышележащих отделов тонкой кишки. Тормозят моторику тол-
стой кишки серотонин, адреналин, глюкагон.
8.9.4. Газы толстой кишки
За сутки выводится из кишечника при дефекации и вне ее 100—150 мл
газа. При метеоризме объем его может достигать Зли более. Газы кишеч-
ника имеют различное происхождение. Часть их попадает в пищеварите-
льный тракт при заглатывании пищи, но в основном газы образуются в
кишечнике. При взаимодействии гидрокарбонатов пищеварительных сек-
ретов с кислыми продуктами кишечного химуса образуется значительное
количество СО2. Газы продуцирует и микрофлора кишечника. Некоторые
виды пищи (бобовые, капуста, лук, черный хлеб, картофель и др.) и мик-
рофлора способствуют образованию большого количества газов. У здоро-
вых людей газовую смесь составляют азот (24—90 %), углекислый газ
(4,3—29 %), кислород (0,1—23 %), водород (0,6 %), метан (0—26 %); в не-
большом количестве сероводород, аммиак, меркаптан.
8.9.5. Дефекация
Дефекация — опорожнение толстой кишки от каловых масс, происхо-
дит в результате раздражения рецепторов прямой кишки накопившимися
в ней каловыми массами. Позыв на дефекацию возникает при повышении
давления в прямой кишки до 40—50 см вод.ст. Сфинктеры прямой киш-
ки — внутренний, состоящий из гладких мышц, и наружный, из исчерчен-
ных мышц, вне дефекации находятся в состоянии тонического сокраще-
ния. В результате рефлекторного расслабления этих сфинктеров и пери-
стальтических сокращений кал выводится из прямой кишки. В этом про-
цессе большое значение имеет так называемое натуживание, при котором
сокращаются мышцы брюшной стенки и диафрагмы, повышается внутри-
439
Кора большого
мозга
ефекации
&
нерв
Крестцовый
отдел
Поясничный!
отдел
2
3
Ствол
головного
мозга
Нижнии
мезентериальный
ганглий
Подчревный
т t Р
Тазовый нерв ]
Рис. 8.17. Рефлекторное обеспече-
ние дефекации.
Р — рецепторы; 1 — внутренний
сфинктер заднего прохода; 2 — наруж-
ный сфинктер заднего прохода; 3 —
анальные железы; 4 — интрамураль-
ные ганглии; (+) — влияния, повыша-
ющие тонус мышцы; (—) — влияния,
понижающие тонус мышцы.
брюшное давление, достигаю-
щее при акте дефекации 220 см
вод.ст.; сокращается мышца,
поднимающая сфинктер задне-
го прохода. Рефлекторная дуга
от рецепторов прямой кишки
замыкается в пояснично-крест-
цовом отделе спинного мозга.
Она обеспечивает непроизво-
льный компонент акта дефека-
ции. Произвольный компонент
осуществляется при участии
коры большого мозга, центров
продолговатого мозга и гипота-
ламуса (рис. 8.17).
Из спинального центра де-
фекации парасимпатические
нервные волокна в составе та-
зовых нервов тормозят тонус
сфинктеров и усиливают мо-
торику прямой кишки, стиму-
лируя акт дефекации. Симпа-
тические нервные волокна по-
вышают тонус сфинктеров и
тормозят моторику прямой
кишки.
Произвольный компонент
акта дефекации состоит в ни-
сходящих влияниях головного мозга на спинальный центр, в расслаблении
наружного сфинктера, сокращении диафрагмы и брюшных мышц, обеспе-
чении соответствующей позы. У большинства людей акт дефекации совер-
шается 1 раз в сутки.
8.9.6. Микрофлора пищеварительного тракта
Пищеварительный тракт человека и животных «заселен» микроорганиз-
мами. В одних отделах тракта в норме их мало или почти нет, в других —
очень много. Макроорганизм и его микрофлора составляют единую дина-
мичную систему. Динамичность эндоэкологического микробного биоце-
ноза пищеварительного тракта определяется количеством поступающих в
него микроорганизмов (за сутки перорально поступает около 1 млрд мик-
робов), интенсивностью их размножения и гибели в пищеварительном
440
тракте и выведения из него в составе кала (в норме выделяется за сутки
1012—1014 микроорганизмов).
Каждый отдел пищеварительного тракта имеет характерное для него
количество и набор микроорганизмов. Их число в полости рта, несмотря
на бактерицидные свойства слюны, велико (107—108 клеток в 1 мл ротовой
жидкости). Содержимое желудка здорового человека натощак из-за бакте-
рицидных свойств желудочного сока часто бывает стерильным; нередко
обнаруживается и относительно большое число микроорганизмов (до 103 в
I мл содержимого), проглатываемых со слюной. Примерно таково же чис-
ло их в двенадцатиперстной и начальной части тощей кишки. В содержи-
мом подвздошной кишки микроорганизмы обнаруживаются регулярно: в
среднем 106 в 1 мл содержимого. В содержимом толстой кишки число бак-
терий максимальное.
Микрофлору кишечника делят на три группы:
• главная (бифидобактерии и бактероиды); составляет около 90 % всех
микробов;
• сопутствующая (лактобактерии, эшерихии, энтерококки) — 10 % от об-
щего их числа;
• остаточная (цитробактер, энтеробактер, протеи, дрожжи, клостридии,
стафилококки, аэробные бациллы и др.) — менее I %.
Микроорганизмы, связанные со слизистой оболочкой кишечника, от-
носятся к мукозной микрофлоре (М-микрофлора), локализованные в поло-
сти кишки — к полостной (П-микрофлора). Соотношения между М- и
П-микрофлорой динамичны. К внешним воздействиям М-микрофлора
более устойчива, чем П-микрофлора. Количество П-микроорганизмов в
направлении от желудка к толстой кишке нарастает более круто, чем
М-форм; анаэробная микрофлора преобладает над аэробной.
За баугиниевой заслонкой резко изменяется и качество микрофлоры.
Толстая кишка — это своеобразная микроэкологическая зона. В ней
П-микрофлора представлена бактероидами, бифидобактериями, лактобак-
териями. В М-флоре толстой кишки доминируют бифидобактерии и лак-
тобактерии. Общее число М-форм слизистой толстой кишки составляет
106, соотношение анаэробов к аэробам — 10:1. Максимальное число бак-
терий в фекалиях (1010—1013 в 1 г), где они составляют до 30 % их массы.
Состав и количество микроорганизмов в пищеварительном тракте зави-
сят от эндогенных и экзогенных факторов. К первым относятся влияния
слизистой оболочки пищеварительного канала, его секретов и самих мик-
роорганизмов, моторики. Ко вторым — характер питания, факторы внеш-
ней среды, прием антибактериальных препаратов. Экзогенные факторы
влияют непосредственно и опосредованно через эндогенные факторы.
Существенны влияния на микрофлору функционального состояния пище-
варительной системы. Перистальтика пищеварительного тракта обеспечи-
вает транспорт микроорганизмов в составе химуса в каудальном направле-
нии, что существенно в создании проксимодистального градиента засе-
ленности кишечника микроорганизмами. Баугиниева заслонка предотвра-
щает поступление микроорганизмов с содержимым из толстой кишки в
тонкую.
Велика роль в формировании микрофлоры пищеварительного тракта
пищеварительных секретов. Слюна имеет мурамидазу (лизоцим), которая
определяет бактерицидные свойства этого секрета. Желудочный сок за
счет соляной кислоты и других факторов обладает бактерицидностью, что
существенно влияет на число и состав микрофлоры кишечника. Она зави-
441
Первичные Вторичные Бактериальные
нутриенты нутриенты метаболиты
Бактериальный
пул
Рис. 8.18. Потоки веществ
из желудочно-кишечного
тракта во внутреннюю сре-
ду организма в норме (А) и
при недостаточности пере-
варивания и всасывания
нутриентов пищи (Б) (по
А.М. Уголеву, с дополне-
ниями).
сит и от поступления в тонкую кишку панкреатического, кишечного сек-
ретов и желчи. Эти влияния не только прямые, но и опосредованные. Так,
снижение содержания нутриентов в химусе лишает микроорганизмы необ-
ходимых им питательных веществ. Гидролизаты белков и жиров ингибиру-
ют развитие ряда микроорганизмов. Таким действием обладают лейкопе-
дез и свободные желчные кислоты, а также выделяемые в составе пищева-
рительных секретов иммуноглобулины, С-реактивный белок, лактофер-
рин.
Стабильность, сбалансированность и адекватность питания важны в
стабилизации эубиоза человека.
Нормальная микрофлора — эубиоз — выполняет ряд важнейших для
макроорганизма функций. Она участвует в формировании иммунобиоло-
гической реактивности организма, предохраняет макроорганизм от вне-
дрения и размножения в нем патогенных микроорганизмов. Кишечная
микрофлора синтезирует витамины К и группы В, другие вещества, важ-
ные для организма. В их числе физиологически активные амины (кадаве-
рин, октамин, гистамин и др.), незаменимые аминокислоты, углеводы,
жиры. Микрофлора обладает способностью морфокинетических воздейст-
вий на пищеварительный тракт, особенно на его слизистую оболочку.
Ферменты бактерий расщепляют целлюлозу, гемицеллюлозу и пектины,
непереваренные в тонкой кишке. Это симбионтный тип пищеварения,
обеспечивающий поток из кишки вторичных нутриентов (рис. 8.18). Недо-
статочность собственного пищеварения увеличивает количество нутриен-
тов, утилизируемых микрофлорой. Она количественно и качественно из-
меняется, что приводит ко многим патологическим последствиям.
Микроорганизмы утилизируют непереваренные питательные вещества,
образуя при этом ряд веществ, которые всасываются из кишечника и
включаются в обмен веществ организма. Микрофлора существенно влияет
на печеночно-кишечную циркуляцию компонентов желчи и через них на
442
деятельность печени. С участием микрофлоры кишечника происходит об-
мен белков, фосфолипидов, желчных и жирных кислот, билирубина, холе-
стерина.
Пищеварительные секреты, выполнив свою физиологическую роль, ча-
стично разрушаются и всасываются в тонкой кишке, а часть их поступает
в толстую кишку, где они подвергаются действию микрофлоры. С участи-
ем микрофлоры инактивируются многие ферменты. Микроорганизмы
принимают участие в разложении желчных кислот, ряда органических ве-
ществ с образованием органических кислот, их аммонийных солей, ами-
нов и др.
8.10. ФУНКЦИИ ПЕЧЕНИ
Анатомическое положение печени на пути крови, несущей питательные
и иные вещества от пищеварительного тракта, особенности строения, кро-
воснабжения, лимфообращения, специфика функций гепатоцитов опреде-
ляют функции этого органа. Выше описана желчеотделительная функция
печени, но она не единственная.
Важна барьерная функция, состоящая в обезвреживании токсичных сое-
динений, поступивших с пищей либо образовавшихся в кишечнике за счет
деятельности его микрофлоры, лекарств, всосавшихся в кровь. Химиче-
ские вещества обезвреживаются путем их ферментативного окисления,
восстановления, метилирования, ацетилирования, гидролиза (1-я фаза) и
последующей конъюгации с рядом веществ — глюкуроновой, серной и ук-
сусной кислотами, глицином, таурином и др. (2-я фаза). Не все вещества
обезвреживаются в 2 фазы. В одну из них или без изменений выводятся в
составе желчи и мочи растворимые конъюгаты. Инактивация токсичного
аммиака происходит за счет образования мочевины и креатинина. Микро-
организмы обезвреживаются в основном путем фагоцитоза и лизиса.
Печень принимает участие в инактивации ряда гормонов (глюкокорти-
коиды, альдостерон, андрогены, эстрогены, инсулин, глюкагон, ряд гаст-
роинтестинальных гормонов) и биогенных аминов (гистамин, серотонин,
катехоламины).
Экскреторная функция печени выражается в выделении из крови в соста-
ве желчи большого числа веществ, обычно трансформированных в печени,
что является ее участием в обеспечении гомеостаза.
Печень участвует в обмене белков: в ней синтезируются белки крови
(весь фибриноген, 95 % альбуминов, 85 % глобулинов), происходит дез-
аминирование и переаминирование аминокислот, образование мочевины,
глутамина, креатина, факторов свертывающей и противосвертывающей
систем крови. Желчные кислоты влияют на транспортные свойства белков
крови.
Печень участвует в обмене липидов: в их гидролизе и всасывании, синте-
зе триглицеридов, фосфолипидов, холестерина, желчных кислот, липопро-
теидов, ацетоновых тел, окислении триглицеридов. Велика роль печени в
обмене углеводов: процессах гликогенеза, гликогенолиза, включении в об-
мен глюкозы, галактозы и фруктозы, образовании глюкуроновой кислоты.
Печень участвует в эритрокинетике, в том числе в разрушении эритро-
цитов, деградации гема с последующим образованием билирубина.
Важна роль печени в обмене витаминов, особенно жирорастворимых А,
D, Е, К, всасывание которых в кишечнике идет с участием желчи. Ряд ви-
таминов депонируется в печени и высвобождается по мере их метаболиче-
443
ской потребности (A, D, К, С, РР). Депонируются в печени микроэлемент
ты (железо, медь, марганец, кобальт, молибден и др.) и электролиты.
Кишечно-печеночная циркуляция желчных кислот важна не только в гид-
ролизе и всасывании липидов, но и в других процессах. Они являются ре-
гуляторами холереза и выделения в составе желчи холестерина, желчных
пигментов, активности печеночных цитоферментов, влияют на транспорт-
ную активность энтероцитов, ресинтез в них триглицеридов, регулируют
пролиферацию, передвижение, апоптоз и отторжение энтероцитов с ки-
шечных ворсинок.
Регуляторное влияние желчи распространяется на секрецию желудка,
поджелудочной железы и тонкой кишки, эвакуаторную деятельность гаст-
родуоденального комплекса, моторику кишечника, реактивность органов
пищеварения по отношению к нейротрансмиттерам, регуляторным пепти-
дам и аминам.
Нормальное содержание в крови желчных кислот поддерживает и сти-
мулирует физиологические и биохимические процессы. Они угнетаются
при повышении концентрации желчных кислот в крови и затем проявля-
ется их токсическое действие.
8.11. ПИЩЕВАРИТЕЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ
И ДВИГАТЕЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ ЧЕЛОВЕКА
8.11.1. Влияние гипокинезии
Повседневная недостаточная физическая активность человека или ее
минимизация в условиях специфической трудовой деятельности в ограни-
ченном пространстве (космические и подводные корабли), при госпиталь-
ном постельном режиме, инвалидизация в связи с патологией опорно-дви-
гательного аппарата, сердечно-сосудистой системы, центральных наруше-
ний движений вызывает комплекс адаптационных перестроек в деятельно-
сти пищеварительной системы, названный К.В. Смирновым (1990) «гипо-
кинетическим синдромом пищеварительной системы». По его мнению,
данный синдром является результатом дефицита мышечной деятельности,
приводящим к резкому уменьшению энергетических затрат организма,
снижению активации ЦНС от рецепторов двигательного аппарата, умень-
шению объемных параметров системной и регионарной гемодинамики с
характерным снижением кровоснабжения органов пищеварения, застоем
крови в них.
Важнейшим проявлением «гипокинетического синдрома пищеваритель-
ной системы» является гиперсекреция желудочных желез — увеличение
секреции НС1 и пепсиногена в межпищеварительный период (натощак) и в
ответ на стимуляцию секреции желудочных желез, что связывают с увели-
чением концентрации гастрина и Са2+ в крови. Секреция желудочной сли-
зи при этом уменьшается. Такие изменения секреции — повышение агрес-
сивных свойств желудочного сока и снижение защищенности слизистой от
его действия — выступают как фактор риска язвенной болезни. Для описы-
ваемого синдрома характерны снижение моторной активности желудка, по-
вышение тонуса пилорического сфинктера и замедление эвакуации из же-
лудка пищевого содержимого, а также последующего пассажа химуса по
тонкой и толстой кишке. Это нередко является одной из причин запоров.
Длительная гипокинезия уменьшает секреторную активность поджелу-
дочной железы. При этом увеличивается «уклонение» панкреатических
444
ферментов в кровь, что и является причиной повышения их содержания и
активности в крови, выделения из нее в составе мочи.
Желчеобразование и желчевыделение при гипокинезии снижаются, по-
давляются синтез желчных кислот, их конъюгация и энтерогепатическая
циркуляция. Повышаются литогенные свойства желчи и риск камнеобра-
зования — желчнокаменной болезни.
Длительная гипокинезия уменьшает ферментативную активность тон-
кой кишки, а следовательно, и пристеночное пищеварение, и всасывание
в нем основных нутриентов. Отмечено снижение моторной активности
тонкой кишки, особенно двенадцатиперстной.
Описаны существенные количественные и качественные изменения
микрофлоры кишечника: повышение численности условно-патогенных
энтеробактерий, но снижение количества бифидобактерий и лактобакте-
рий. Дисбиотические изменения нарастают с увеличением срока гипоки-
незии.
Выявленные функциональные изменения, механизмы которых изучены
недостаточно, устраняются снятием гипокинезии, применением медика-
ментозной терапии. Терапевтический эффект в большой мере зависит от
длительности гипокинетического воздействия на организм — чем оно
кратковременнее, тем быстрее восстанавливаются функции.
8.11.2. Влияние гиперкинезии
Гиперкинезия (виды труда и спорта, связанные с длительными физиче-
скими нагрузками, кратковременные неадекватные физические нагрузки)
вызывает множественные физиологические реакции всех систем организ-
ма. Деятельность системы пищеварения при гиперкинезии в большей мере
зависит от интенсивности и характера выполняемой мышечной работы,
степени адаптированности к ней человека.
У людей с повседневной высокой двигательной активностью повышает-
ся реактивность секреторного аппарата желудка и поджелудочной железы
по отношению к их стимуляторам. Такой тип изменения свойств желез и
механизмов их регуляции обеспечивает срочное включение секреции в пи-
щеварительный процесс и его интенсификацию, что особенно важно для
обеспечения высокого уровня энергетических затрат организма при высо-
кой мышечной активности.
В основе повышения реактивности желез желудка и поджелудочной же-
лезы (выражена в меньшей мере) лежат разные механизмы, основными из
которых являются повышение тонуса центров парасимпатического отдела
автономной нервной системы, увеличение продукции гастрина (и повы-
шение числа G-клеток в слизистой желудка) и инсулина. Показано совер-
шенство механизма саморегуляции высвобождения гастрина в зависимо-
сти от pH желудочного содержимого натощак и быстрое включение гаст-
ринового механизма в мобилизацию секреции после приема пищи (пик
максимального содержания гастрина уже на 15-й минуте) у лиц, занимаю-
щихся спортом. Высокая мобильность механизмов стимуляции желудоч-
ной секреции сопряжена со столь же высокой мобильностью механизмов
ее торможения, например, в ответ на подкисление желудочного и дуодена-
льного содержимого.
Во время собственно физической нагрузки происходит торможение
секреции пищеварительных желез. Причем у спортсменов такое торможе-
ние вызывается значительно большими нагрузками, чем у нетренирован-
445
ных физическими нагрузками людей, у которых даже относительно не-
большие физические нагрузки тормозят секрецию желудочных и поджелу-
дочной желез.
В большей мере тормозные влияния проявляются в секреции желудоч-
ных, чем поджелудочной железы. Панкреатическая секреция ферментов
более устойчива к мышечным нагрузкам; менее устойчива секреция гидро-
карбонатов и наименее — объем секреции сока.
Изменение моторики пищеварительного тракта зависит от характера и
напряженности физической нагрузки: динамические нагрузки ускорят мо-
торику и пассаж пищевого содержимого, статические нагрузки ее тормо-
зят.
8.12. НЕПИЩЕВАРИТЕЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ
ПИЩЕВАРИТЕЛЬНОГО ТРАКТА
Все физиологические системы и органы имеют основные и дополните-
льные функции. В большой мере это присуще и пищеварительной системе.
8.12.1. Экскреторная деятельность пищеварительного тракта
Пищеварительные железы и кишечник выводят из крови многие эндо-
генные и экзогенные вещества, участвуя таким образом в сохранении го-
меостаза организма. Так, экзосекреция железами желудка Н+ и HCOJ,
поджелудочной железой — HCOJ имеет существенное значение в поддер-
жании кислотно-основного равновесия организма. Путем выделения в по-
лость желудочно-кишечного тракта метаболитов организм освобождается
от них. Другая группа веществ выводится из крови и депонируется ка-
кое-то время в содержимом желудочно-кишечного тракта (например, вода
и растворенные в ней неорганические соли). Третья группа выделенных с
секретом в химус веществ подвергается гидролизу, всасывается и включа-
ется в метаболизм (например, белки — 60 г/сут, что немаловажно в эндо-
генном питании). Четвертая группа веществ трансформаций не претерпе-
вает, но участвует в пищеварительной деятельности и циркулирует между
кровотоком и содержимым желудочно-кишечного тракта (например, энте-
рогепатическая циркуляция желчных кислот).
Выводятся в пищеварительный тракт и экзогенные вещества: ряд ле-
карственных, токсичных веществ, попавших в кровоток энтеральным и
парентеральным путем.
8.12.2. Участие пищеварительного тракта в водно-солевом
обмене
Это участие просматривается уже в формировании чувства жажды в ре-
зультате неприятного ощущения сухости во рту, которое снижается при
слюноотделении. В свою очередь оно зависит от гидратированности орга-
низма. Доказаны орофарингеальный, желудочный и кишечный сенсорные
механизмы возбуждения и торможения жажды с рецепторов пищевари-
тельного тракта.
Дегидратация организма снижает секреторную активность пищевари-
тельных желез, что сохраняет воду в организме. Диурез и объем секреции,
446
выделение электролитов в составе секретов желез и мочи взаимосвязаны.
В одних случаях они одно-, в других — разнонаправленны. Значительное
количество воды и электролитов депонируется в пищеварительном тракте
и включается в их обмен, циркулирует между кровью и содержимым пи-
щеварительного тракта.
8Л2.3. Эндокринная функция пищеварительного тракта
и выделение в составе секретов физиологически активных
веществ
Регуляторные пептиды пищеварительного тракта влияют на пищевари-
тельные функции, о чем сказано выше. Так называемые общие эффекты
особенно выражены в изменении обмена веществ, деятельности сердеч-
но-сосудистой и эндокринной систем организма.
Приведем примеры общих эффектов регуляторных пептидов пищевари-
тельного тракта. Гастрин усиливает высвобождение гистамина, инсулина,
кальцитонина, липолиз в жировой ткани, выделение почками воды, калия,
натрия. Соматостатин тормозит высвобождение гастроинтестинальных
гормонов, соматотропина, подавляет гликогенолиз, изменяет пищевое по-
ведение. ВИП снижает тонус кровеносных сосудов и бронхов. Секретин
усиливает липолиз и гликолиз, тормозит реабсорбцию бикарбонатов в поч-
ках, увеличивает диурез, ренальное выделение натрия и калия, повышает
сердечный выброс. ХЦК угнетает аппетит и является рилизинг-фактором
для инсулина. ПП также угнетает аппетит; ГИП усиливает высвобождение
инсулина и глюкагона. Нейротензин усиливает высвобождение глюкагона,
соматостатина, вазопрессина, гистамина, лютропина и фоллитропина, тор-
мозит высвобождение инсулина, усиливает теплопродукцию.
Ряд регуляторных пептидов образуется из экзогенных (в том числе пи-
щевых) белков при их частичном переваривании, ограниченном протеоли-
зе в желудке и кишечнике. Так, при гидролизе белков молока и хлеба об-
разуется группа морфиноподобных веществ (экзорфины).
Высвобождение регуляторных пептидов и аминов пищеварительного
тракта регулируется гормонами эндокринных желез.
В секретах и ткани пищеварительных желез содержатся физиологиче-
ски активные вещества. Они могут синтезироваться в самих железах, эли-
минироваться из крови и затем выделяться в составе секретов. Слюна со-
держит лизоцим (мурамидаза), которая обладает антибактериальной ак-
тивностью, участвует в реакциях местного иммунитета, увеличивая про-
дукцию антител, фагоцитов, повышает межклеточную проницаемость,
свертываемость крови. Калликреин слюнных желез принимает участие в
образовании эндогенных вазодилататоров и гипотензивных веществ, уча-
ствует в обеспечении местной гиперемии и повышении проницаемости
капилляров.
Из слюны выделен белок, обладающий свойствами антианемического
фактора. Ферменты слюны влияют на микрофлору полости рта, на ее тро-
фику. Слюнные железы принимают участие в обеспечении гомеостаза
ферментов и гормонов в крови, выделяя их из крови и в кровь.
В слюне и железе обнаружен паротин. Он влияет на обмен белков, ка-
льция (увеличивает кальцификацию трубчатых костей и зубов), липидов,
гемопоэз, пролиферацию хрящевой ткани, увеличивает васкуляриза-
цию органов, проницаемость гистогематических барьеров, сперматогенез.
В железе найдены факторы стимуляции роста нервов и эпителия.
447
Желудок влияет на многие непищеварительные функции. Его сок обла-
дает высокой бактерицидностью, содержит антианемический фактор Ка-
стла, про-, антикоагулянты и фибринолитики. В желудке образуется ряд
регуляторных пептидов и аминов широкого спектра физиологической ак-
тивности.
Поджелудочная железа принимает участие в регуляции микрофлоры ки-
шечника, трофики его слизистой и скорости обновления ее эпителиоци-
тов. Хроническая потеря панкреатического сока вызывает нарушения уг-
леводного, жирового, белкового и водно-солевого обмена, деятельности
кроветворных органов и эндокринных желез. Велика роль в обмене ве-
ществ эндокринного аппарата поджелудочной железы. Железа образует
ряд регуляторных пептидов (ВИП, гастрин, энкефалин, ПП) и ферментов:
липоксин — «гормон жирового обмена»; ваготонин, повышающий тонус
парасимпатического отдела вегетативной нервной системы.
Кишечник, кроме участия во многих видах обмена и гомеостаза, содер-
жит и выделяет многие регуляторные пептиды. Слизистая оболочка тон-
кой кишки обладает тромбопластической, антигепариновой и фибриноли-
тической активностью.
Легко заключить, что многочисленные проявления патологии пищева-
рительной системы связаны не только с нарушением пищеварительных
функций и ассимиляции пищи, но многочисленных и важных непищева-
рительных функций этой системы.
8.12.4. Инкреция (эндосекреция) пищеварительными железами
ферментов
Ферменты, синтезируемые пищеварительными железами, транспорти-
руются в лимфу и кровь из интерстициальной жидкости, куда попадают в
небольшом количестве инкреторным путем непосредственно из гландуло-
цитов, покидая их через базолатеральные мембраны; резорбируются из
протоков желез и из тонкой кишки; высвобождаются из разрушенных
гландулоцитов.
Чем больше секреторных клеток, продуцирующих данный фермент,
тем выше показатели его экзосекреции в составе сока и инкреции — со-
держание и активность в крови, ренальное и экстраренальное выделение
этого фермента. При повышении сопротивления оттоку секрета из желе-
зы (обтурация протока, отек слизистой оболочки желудка, повышение
давления в полости, куда выводится секрет) экзосекреция снижается, но
возрастает транспорт ферментов в кровь. Стимуляция секреции желез на
эндосекреции ферментов отражается в меньшей мере, чем на их экзосек-
реции.
Относительное постоянство активности пищеварительных ферментов в
периферической крови является результатом сбалансированности количе-
ства поступающих в кровь ферментов с количеством ферментов, подверга-
ющихся катаболизму, ренальному и экстраренальному выведению из орга-
низма. Наиболее изучено выделение некоторых ферментов в составе мочи
(ренальное выделение). Ферменты из крови выделяются также с потом,
молоком, рекретируются ферменты и в составе секретов пищеварительных
желез (экстраренальное выделение), включаются в пищеварительный про-
цесс и подвергаются аутолизу, гидролизу протеазами секретов.
Инкретированные ферменты в крови находятся в свободном и связан-
ном с транспортными белками и форменными элементами состоянии. Из
448
крови ферменты адсорбируются эндотелием кровеносных сосудов. Есть
свидетельства участия инкретированных ферментов в гидролизе пищевых
веществ крови и лимфы. Ферменты крови выполняют и регуляторную
роль — тормозят секрецию одноименных ферментов, но могут усиливать
секрецию других ферментов данной железы. Так, показано стимулирую-
щее влияние трипсиногена крови на секрецию пепсиногена железами же-
лудка; пепсиногена крови — на секрецию трипсиногена поджелудочной
железой. Экзо- и эндосекретируемые ферменты выполняют роль гидролаз
и модуляторов (модулирующие эффекты вызывают также их фрагменты)
секреторной и моторной деятельности пищеварительных органов. Пуско-
вого влияния на них в физиологических дозах ферменты не оказывают.
8.12.5. Иммунная система пищеварительного тракта
Пищеварительный тракт контактирует с внешней средой и поэтому
имеет ряд защитных механизмов против патогенных и непатогенных анти-
генных факторов. Среди них антибактериальное свойство слюны, подже-
лудочного сока, желчи, протеолитическая активность секретов, моторная
деятельность кишечника, характерная ультраструктура поверхности слизи-
стой оболочки тонкой кишки, препятствующая проникновению через нее
бактерий. К неспецифическим барьерным механизмам следует добавить
специфическую иммунную систему защиты, локализованную в пищевари-
тельном тракте и составляющую важную часть общей многокомпонентной
иммунной системы человека.
Активные иммунные процессы в слизистой желудочно-кишечного
тракта происходят в пейеровых бляшках, аппендиксе, солитарных лимфа-
тических узлах, что в целом составляет лимфоидную ткань, ассоциирован-
ную со слизистой.
В желудочно-кишечном тракте имеется три группы иммунокомпонент-
ных элементов лимфоидной ткани:
• лимфоидные фолликулы на всем протяжении пищеварительного тракта;
в подвздошной кишке и червеобразном отростке эти фолликулы образу-
ют большие скопления в виде пейеровых бляшек;
• плазматические и Т-лимфоидные клетки слизистой оболочки пищева-
рительного тракта;
• малые неидентифицированные лимфоидные клетки.
Пейеровы бляшки в наибольшем количестве расположены в подвздош-
ной кишке, встречаются в двенадцатиперстной и тощей. Поверхность пей-
еровых бляшек покрыта эпителием в ассоциации с лимфоцитами. Вокруг
них находятся специализированные М-клетки, захватывающие антиген из
просвета кишечника. М-клетки имеют микроворсинки, цитоплазматиче-
ские везикулы, мало лизосом и специализированы для захвата и переноса
антигена (белки, микрочастицы, вирусы, бактерии и др.) к лимфоцитам,
которые освобождают антиген в лимфоидной ткани.
Местная иммунная система желудочно-кишечного тракта обеспечивает
две основные функции: распознавание и индукцию толерантности к пи-
щевым антигенам и блокирующий эффект по отношению к патогенным
микроорганизмам.
Пейеровы бляшки участвуют в распознавании пищевых антигенов хи-
муса и формировании местного иммунного ответа. Червеобразный отрос-
ток также является важнейшим компонентом местной иммунной системы.
449
Вследствие поступления в него антигенов пищевого и микробного проис-
хождения развивается иммунный ответ.
Плазматические клетки свободно располагаются в слизистой и строме
ворсинок кишки под эпителием. Они синтезируют и секретируют имму-
ноглобулины G, М, A, D, Е. Различные отделы желудочно-кишечного
тракта содержат в норме различное количество плазмоцитов, продуцирую-
щих соответственно разное количество иммуноглобулинов (1g) разных
классов с преобладанием IgA.
Эпителиальные клетки транспортируют IgA на поверхность слизистой
кишки, где они включаются в кишечный секрет и обозначаются как сек-
реторный иммуноглобулин A (SIgA). Он обладает свойством не разрушать-
ся протеолитическими пищеварительными ферментами. Нормальная ки-
шечная микрофлора человека имеет большое значение в секреции SIgA.
Он находится на апикальной части эпителиальных клеток и в межэпите-
лиальном пространстве, на поверхности слизистых оболочек, в смеси с
секретированной слизью, которая вместе с антигенами и микроорганизма-
ми удаляется в полость желудочно-кишечного тракта. Свойство отталкива-
ния от эпителиальных клеток проявляется у SIgA после соединения его с
антигеном.
SIgA осуществляет защитную функцию, непосредственно действуя на
бактерии, связывая их и препятствуя внедрению в глубь слизистой обо-
лочки. SIgA дезактивирует токсичные продукты деятельности бактерий,
небактериальные продукты и способствует последующему их разрушению
протеолитическими ферментами.
Эпителий кишечной слизистой участвует в индукции оральной толе-
рантности («неотвечаемость на антиген»), продуцируют цитокины, под-
держивающие иммунный ответ, пиноцитируют растворимые антигены.
Лимфоциты слизистой оболочки в большом количестве находятся меж-
ду эпителиальными клетками. В тонкой кишке таких клеток около 40 на
100 эпителиоцитов. Большинство таких лимфоцитов являются Т-клстка-
ми. Их функциональная активность проявляется в защитной цитотоксич-
ности, секреции цитокинов и нарушается при многих заболеваниях.
Активная иммунная роль присуща собственной пластинке слизистой
оболочки, в которой присутствуют Т-лимфоциты хелперы, цитотоксиче-
ские Т-лимфоциты и плазматические клетки.
Органы местной иммунной защиты желудочно-кишечного тракта обес-
печивают защитный иммунный ответ на контакт с антигенами, перораль-
но поступающими в организм человека из внешней среды. Выраженность
ответной реакции зависит от силы антигенной стимуляции, функциональ-
ного состояния макроорганизма, нервной и эндокринной регуляции.
Глава 9
ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ.
ПИТАНИЕ
9.1. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ
Из предыдущего изложения курса физиологии ясно значение обмена
веществ (метаболизма) как характерного признака жизни. В результате об-
мена веществ непрерывно образуются, обновляются и разрушаются кле-
точные структуры, синтезируются и разрушаются различные химические
соединения. В организме динамически уравновешены процессы анаболиз-
ма (ассимиляция) — биосинтеза органических веществ, компонентов кле-
ток и тканей, и катаболизма (диссимиляция) — расщепления сложных мо-
лекул компонентов клеток. Преобладание анаболических процессов обес-
печивает рост, накопление массы тела; преобладание же катаболических
процессов ведет к частичному разрушению тканевых структур, уменьше-
нию массы тела. При этом происходит превращение энергии, переход по-
тенциальной энергии химических соединений, освобождаемой при их рас-
щеплении, в кинетическую, в основном тепловую и механическую, час-
тично в электрическую энергию.
Для возмещения энергозатрат организма, сохранения массы тела и
удовлетворения потребностей роста необходимо поступление из внешней
среды белков, липидов, углеводов, витаминов, минеральных солей и воды.
Их количество, свойства и соотношение должны соответствовать состоя-
нию организма и условиям его существования. Это достигается путем пи-
тания. Необходимо также, чтобы организм очищался от конечных продук-
тов метаболизма, которые образуются при расщеплении различных ве-
ществ. Это достигается работой органов выделения.
В учебнике не приводится динамика химических превращений, происходящих в
тканях, что является задачей биологической химии. Физиологи обычно определя-
ют затраты веществ и энергии организмом и устанавливают, как эти затраты дол-
жны быть восполнены с помощью полноценного питания.
В дальнейшем мы раздельно рассмотрим обмен белков, липидов, углеводов, ми-
неральных солей и значение витаминов, хотя превращения всех этих веществ г
организме происходят одновременно. Выделение отдельных звеньев обмена пред-
ставляет собой искусственное расчленение единого биологического процесса. Это
делается лишь для удобства изучения, а также для того, чтобы показать неодина-
ковое физиологическое значение перечисленных выше веществ.
9.1.1. Обмен белков
Белки занимают ведущее место среди органических элементов, на их
долю приходится более 50 % сухой массы клетки. Они выполняют ряд
важнейших биологических функций.
Вся совокупность обмена веществ в организме (дыхание, пищеварение,
выделение) обеспечивается деятельностью ферментов, которые являются
белками. Все двигательные функции организма обеспечиваются взаимо-
действием сократительных белков — актина и миозина.
451
Поступающий с пищей из внешней среды белок служит пластической и
энергетической целям. Пластическое значение белка состоит в восполне-
нии и новообразовании различных структурных компонентов клетки.
Энергетическое значение заключается в обеспечении организма энергией,
образующейся при расщеплении белков.
В тканях постоянно протекают процессы распада белка с последующим
выделением из организма неиспользованных продуктов белкового обмена
и наряду с этим — синтез белков. Таким образом, белки организма нахо-
дятся в динамическом состоянии: из-за непрерывного процесса их разру-
шения и образования происходит обновление белков, скорость которого
неодинакова для различных тканей. С наибольшей скоростью обновля-
ются белки печени, слизистой оболочки кишечника, а также других
внутренних органов и плазмы крови. Медленнее обновляются белки, вхо-
дящие в состав клеток мозга, сердца, половых желез и еще медленнее —
белки мышц, кожи и особенно опорных тканей сухожилий, костей и хря-
щей.
Физиологическое значение аминокислотного состава пищевых белков и
их биологическая ценность. Для нормального обмена белков, являющихся
основой их синтеза, необходимо поступление с пищей в организм раз-
личных аминокислот. Изменяя в эксперименте количественное соотно-
шение между поступающими в организм аминокислотами или исключая
из рациона ту или иную аминокислоту, можно по состоянию азотистого
баланса, росту, массе тела и общему состоянию животных судить о зна-
чении для организма отдельных аминокислот. Установлено, что из 20
входящих в состав белков аминокислот 12 синтезируются в организме
(заменимые аминокислоты), а 8 не синтезируются (незаменимые аминокис-
лоты).
Без незаменимых аминокислот синтез белка резко нарушается и насту-
пает отрицательный баланс азота, останавливается рост, уменьшается мас-
са тела. Для людей незаменимыми аминокислотами являются лейцин,
изолейцин, валин, метионин, лизин, треонин, фенилаланин, триптофан.
Белки обладают различным аминокислотным составом, поэтому и воз-
можность их использования для синтетических нужд организма неодина-
кова. В связи с этим было введено понятие биологической ценности белков
пищи. Белки, содержащие весь необходимый набор аминокислот в таких
соотношениях, которые обеспечивают нормальные процессы синтеза, яв-
ляются биологически полноценными. Наоборот, белки, не содержащие
тех или иных аминокислот или содержащие их в очень малых количествах,
являются неполноценными. Так, неполноценными белками являются же-
латин, в котором имеются лишь следы цистеина и отсутствуют триптофан
и тирозин; зеин (белок, находящийся в кукурузе), содержащий мало трип-
тофана и лизина; глиадин (белок пшеницы) и гордеин (белок ячменя), со-
держащие мало лизина; и некоторые другие. Наиболее высока биологиче-
ская ценность белков мяса, яиц, рыбы, икры, молока.
В связи с этим пища человека должна не просто содержать достаточное
количество белка, но обязательно иметь в своем составе не менее 30 %
белков с высокой биологической ценностью, т. е. животного происхожде-
ния.
У людей встречается форма белковой недостаточности, развивающаяся
при однообразном питании продуктами растительного происхождения с
малым содержанием белка. При этом возникает заболевание, получившее
название «квашиоркор». Оно встречается среди населения стран тропиче-
ского и субтропического пояса Африки, Латинской Америки и Юго-Вос-
дч->
точной Азии. Этим заболеванием страдают преимущественно дети в возра-
сте 1—5 лет.
Биологическая ценность одного и того же белка для разных людей раз-
лична. Вероятно, она не является какой-то определенной величиной, а
может изменяться в зависимости от состояния организма, предваритель-
ного пищевого режима, интенсивности и характера физиологической дея-
тельности, возраста, индивидуальных особенностей обмена веществ и дру-
гих факторов.
Практически важно, чтобы два неполноценных белка, один из которых
не содержит одних аминокислот, а другой — других, в сумме могли обес-
печить потребности организма.
Азотистый баланс. Это соотношение количества азота, поступившего в
организм с пищей и выделенного из него. Так как основным источником
азота в организме является белок, то по азотистому балансу можно судить
о соотношении количества поступившего и разрушенного в организме
белка. Количество азота, поступившего с пищей, всегда больше количест-
ва усвоенного азота, так как часть его теряется с калом.
Усвоение азота вычисляют по разности содержания его в принятой
пище и в кале. Зная количество усвоенного азота, легко вычислить общее
количество усвоенного организмом белка, так как в белке содержится в
среднем 16 % азота (1 г азота содержит 6,25 г белка). Следовательно, умно-
жив найденное количество азота на 6,25, можно определить количество
усвоенного белка.
Для того чтобы установить количество разрушенного белка, необходимо
знать общее количество азота, выведенного из организма. Азотсодержа-
щие продукты белкового обмена (мочевина, мочевая кислота, креатинин и
др.) выделяются преимущественно с мочой и частично с потом. В услови-
ях обычного, неинтенсивного потоотделения количество азота в поте мож-
но не принимать во внимание, поэтому для определения количества рас-
павшегося в организме белка обычно находят количество азота в моче и
умножают на 6.25.
Между количеством азота, введенного с белками пищи, и количеством
азота, выводимого из организма, существует определенная связь. Увеличе-
ние поступления белка в организм приводит к увеличению выделения азо-
та. У взрослого человека при адекватном питании, как правило, количест-
во введенного в организм азота равно количеству азота, выведенного из
организма. Это состояние получило название азотистого равновесия. Если
в условиях азотистого равновесия повысить количество белка в пище, то
азотистое равновесие вскоре восстановится, но уже на новом, более высо-
ком уровне. Таким образом, азотистое равновесие может устанавливаться
при значительных колебаниях содержания белка в пище.
В случаях, когда поступление азота превышает его выделение, говорят о
положительном азотистом балансе. При этом синтез белка преобладает
над его распадом. Устойчивый положительный азотистый баланс наблюда-
ется всегда при увеличении массы тела. Он отмечается в период роста ор-
ганизма, во время беременности, в периоде выздоровления после тяжелых
заболеваний, а также при усиленных спортивных тренировках, сопровож-
дающихся увеличением массы мышц. В этих условиях происходит задерж-
ка азота в организме (ретенция азота).
Белки в организме не депонируются, т.е. не откладываются в запас, по-
этому при поступлении с пищей значительного количества белка только
часть его расходуется на пластические цели, большая же часть — на энер-
гетические цели.
453
Когда количество выведенного из организма азота превышает количе-
ство поступившего азота, говорят об отрицательном азотистом балансе.
Отрицательный азотистый баланс отмечается при белковом голодании, а
также в случаях, когда в организм не поступают отдельные, необходимые
для синтеза белков аминокислоты.
Распад белка в организме протекает непрерывно. Степень распада
белка обусловлена характером питания. Минимальные затраты белка в
условиях белкового голодания наблюдаются при питании углеводами. В
этих условиях выделение азота может быть в 3—3)^ раза меньше, чем при
полном голодании. Углеводы при этом выполняют сберегающую белки
роль.
Распад белков в организме, происходящий при отсутствии белков в
пище и достаточном введении всех других питательных веществ (углеводы,
жиры, минеральные соли, вода, витамины), отражает те минимальные тра-
ты, которые обусловлены основными процессами жизнедеятельности. Эти
наименьшие потери белка для организма в состоянии покоя, пересчитан-
ные на 1 кг массы тела, были названы Рубнером коэффициентом изнашива-
ния. Коэффициент изнашивания для взрослого человека равен
0,028—0,075 г азота на 1 кг массы тела в сутки.
Отрицательный азотистый баланс развивается при полном отсутствии
или недостаточном количестве белка в пище, а также при потреблении
пиши, содержащей неполноценные белки. Не исключена возможность де-
фицита белка при нормальном поступлении, но при значительном увели-
чении потребности в нем организма. Во всех этих случаях имеет место бел-
ковое голодание.
При белковом голодании даже в случаях достаточного поступления в
организм жиров, углеводов, минеральных солей, воды и витаминов проис-
ходит постепенно нарастающая потеря массы тела, зависящая от того, что
затраты тканевых белков (минимальные в этих условиях и равные коэф-
фициенту изнашивания) не компенсируются поступлением белков с пи-
щей, поэтому длительное белковое голодание в конечном счете, так же
как и полное голодание, неизбежно приводит к смерти. Особенно тяжело
переносит белковое голодание растущий организм, у которого в этом слу-
чае происходит не только потеря массы тела, но и остановка роста, обу-
словленная недостатком пластического материала, необходимого для по-
строения клеточных структур.
Регуляция обмена белков. Нейроэндокринная регуляция обмена белков
осуществляется рядом гормонов.
Соматотропный гормон гипофиза во время роста организма стимулиру-
ет увеличение массы всех органов и тканей. У взрослого человека он обес-
печивает процесс синтеза белка за счет повышения проницаемости кле-
точных мембран для аминокислот, усиления синтеза РНК в ядре клетки и
подавления синтеза катепсинов — внутриклеточных протеолитических
ферментов.
Существенное влияние на белковый обмен оказывают гормоны щито-
видной железы — тироксин и трийодтиронин. Они могут в определенных
концентрациях стимулировать синтез белка и благодаря этому активизи-
ровать рост, развитие и дифференциацию тканей и органов.
Гормоны коры надпочечников — глюкокортикоиды (гидрокортизон,
кортикостерон) усиливают распад белков в тканях, особенно в мышечной
и лимфоидной. В печени же глюкокортикоиды, наоборот, стимулируют
синтез белка.
454
9.1.2. Обмен липидов
Жиры и другие липиды (фосфатиды, стерины, цереброзиды и др.) объе-
динены в одну группу по физико-химическим свойствам: они не раство-
ряются в воде, но растворяются в органических растворителях (эфир,
спирт, бензол и др.). Эта группа веществ важна для пластического и
энергетического обмена.
Пластическая роль липидов состоит в том, что они входят в состав кле-
точных мембран и в значительной мере определяют их свойства. Велика
энергетическая роль жиров: их теплотворная способность более чем в
2 раза превышает таковую углеводов или белков.
Жиры организма животных являются триглицеридами олеиновой, па-
льмитиновой, стеариновой, а также некоторых других высших жирных
кислот.
Большая часть жиров в организме находится в жировой ткани, меньшая
входит в состав клеточных структур. В жировой ткани жир, находящийся в
клетке в виде включений, легко выявляется при микроскопическом и
микрохимическом исследовании. Жировые капельки в клетках — это за-
пасной жир, используемый для энергетических потребностей. Больше все-
го запасного жира содержится в жировой ткани, которой особенно много
в подкожной основе (клетчатка), вокруг некоторых внутренних органов,
например почек (в околопочечной клетчатке), а также в некоторых орга-
нах, например в печени и мышцах.
Общее количество жира в организме человека колеблется в широких
пределах и в среднем составляет 10—20 % от массы тела; в случае патоло-
гического ожирения может достигать даже 50 %.
Количество запасного жира зависит от характера питания, количества
пищи, конституциональных особенностей, а также от величины расхода
энергии при мышечной деятельности, пола, возраста и др.; количество же
протоплазматического жира является устойчивым и постоянным.
Образование и распад жиров в организме. Жир, всасывающийся из ки-
шечника, поступает преимущественно в лимфу и в меньшем количестве —
непосредственно в кровь.
Опытами с кормлением животных меченым жиром, содержащим изото-
пы углерода и водорода, показано, что жиры, всосавшиеся в кишечнике,
поступают непосредственно в жировую ткань, которая играет роль жиро-
вого депо организма. Находящиеся здесь жиры могут переходить в кровь
и, поступая в ткани, подвергаются там окислению, т.е. используются как
энергетический материал.
Жиры разных животных, как и жиры различных органов, неодинаковы
по химическому составу и физико-химическим свойствам.
У животных определенного вида состав и свойства жира относительно
постоянны. При употреблении пищи, содержащей даже небольшое коли-
чество жира, в теле животных и человека жир все же откладывается в
Депо. При этом он имеет видовые особенности данного животного, однако
видовая специфичность жиров выражена несравнимо меньше, чем видо-
вая специфичность белков.
В случае длительного и обильного питания каким-либо одним видом
жира может измениться состав жира, откладывающегося в организме. Это
Показано в опытах на собаках, которые после длительного голодания поте-
ряли почти весь запасной жир тела. Одни животные после этого получали
с пищей льняное масло, а другие — баранье сало. Через 3 нед масса жи-
455
вотных восстановилась, и они были забиты. В теле каждого из них обнару-
жено отложение около 1 кг жира, который у первых был жидким, не за-
стывал при О °C и походил на льняное масло, а у вторых оказался твер-
дым, имел точку плавления +50 °C и был похож на баранье сало.
Аналогично влияние пищевого жира и на свойства жира человека.
Имеются наблюдения, что у полинезийцев, употребляющих в большом ко-
личестве кокосовое масло, свойства жира подкожного слоя могут прибли-
жаться к свойствам масла кокосовых орехов, а у людей, питающихся тю-
леньим мясом, — к свойствам тюленьего жира.
При обильном углеводном питании и отсутствии жиров в пище синтез
жира в организме может происходить из углеводов. Доказательства этого
дает сельскохозяйственная практика откорма животных.
Некоторые ненасыщенные жирные кислоты (число двойных связей бо-
лее 1), например линолевая, линоленовая и арахидоновая, в организме че-
ловека и некоторых животных не образуются из других жирных кислот,
т.е. являются незаменимыми. Вместе с тем они необходимы для нормаль-
ной жизнедеятельности. Это обстоятельство, а также то, что с жирами по-
ступают некоторые растворимые в них витамины, является причиной тя-
желых патологических нарушений, которые могут наступить при длитель-
ном (многомесячное) исключении жиров из пищи.
Регуляция обмена жиров. Процесс образования, отложения и мобилиза-
ции из депо жира регулируется нервной и эндокринной системами, а так-
же тканевыми механизмами и тесно связаны с углеводным обменом. Так,
повышение концентрации глюкозы в крови уменьшает распад триглице-
ридов и активизирует их синтез. Понижение концентрации глюкозы в
крови, наоборот, тормозит синтез триглицеридов и усиливает их расщеп-
ление. Таким образом, взаимосвязь жирового и углеводного обмена на-
правлена на обеспечение энергетических потребностей организма. При
избытке углеводов в пище триглицериды депонируются в жировой ткани;
при нехватке углеводов происходит расщепление триглицеридов с образо-
ванием неэстерифицированных жирных кислот, служащих источником
энергии.
Ряд гормонов оказывает выраженное влияние на жировой обмен. Силь-
ным жиромобилизирующим действием обладают гормоны мозгового веще-
ства надпочечников — адреналин и норадреналин, поэтому длительная адре-
налинемия сопровождается уменьшением жирового депо. Соматотропный
гормон гипофиза также обладает жиромобилизирующим действием. Анало-
гично действует тироксин — гормон щитовидной железы, поэтому гипер-
функция щитовидной железы сопровождается похуданием.
Наоборот, тормозят мобилизацию жира глюкокортикоиды — гормоны
коркового вещества надпочечника, вероятно, вследствие того, что они не-
сколько повышают уровень глюкозы в крови.
Имеются данные, свидетельствующие о возможности прямых нервных
влияний на обмен жиров. Симпатические влияния тормозят синтез тригли-
церидов и усиливают их распад. Парасимпатические влияния, наоборот, спо-
собствуют отложению жира. Показано, в частности, что после перерезки
чревного нерва с одной стороны у голодающей кошки к концу периода го-
лодания на денервированной стороне в околопочечной клетчатке сохраня-
ется значительно больше жира, чем на контрольной, не денервированной.
Нервные влияния на жировой обмен контролируются гипоталамусом.
При разрушении вентромедиальных ядер гипоталамуса развиваются дли-
тельное повышение аппетита и усиленное отложение жира. Раздражение
вентролатеральных ядер, напротив, ведет к потере аппетита и исхуданию.
Обмен фосфатидов и стеринов. Пищевые продукты, богатые липидами,
обычно содержат некоторое количество фосфатидов и стеринов. Физиоло-
гическое значение этих веществ очень велико: они входят в состав клеточ-
ных структур, в частности клеточных мембран, а также ядерного вещества
и цитоплазмы.
Фосфатидами особенно богата нервная ткань. Фосфатиды синтезиру-
ются в стенке кишечника и в печени (в крови печеночной вены обнаруже-
но повышенное содержание фосфатидов). Печень является депо некото-
рых фосфатидов (лецитин), содержание которых в печени особенно вели-
ко после приема пищи, богатой жирами.
Исключительно важное физиологическое значение имеют стерины, в
частности холестерин. Это вещество входит в состав клеточных мембран,
является источником образования желчных кислот, а также гормонов
коры надпочечников и половых желез, витамина D. Вместе с тем холесте-
рину отводится ведущая роль в развитии атеросклероза. Содержание холе-
стерина в плазме крови человека имеет возрастную динамику: у новорож-
денных концентрация холестерина 65—70 мг/100 мл, к возрасту 1 год она
увеличивается и составляет 150 мг/100 мл. Далее происходит постепен-
ное, но неуклонное повышение концентрации холестерина в плазме кро-
ви, которое обычно продолжается у мужчин до 50 лет и у женщин до
60—65 лет. В экономически развитых странах у мужчин 40—60 лет кон-
центрация холестерина в плазме крови составляет 205—220 мг/100 мл, а
у женщин 195—235 мг/100 мл. Содержание холестерина у взрослых людей
выше 270 мг/100 мл расценивается как гиперхолестеринемия, а ниже
150 мг/100 мл — как гипохолестеринемия.
В плазме крови холестерин находится в составе липопротеидных комп-
лексов, с помощью которых и осуществляется его транспорт. У взрослых
людей 67—70 % холестерина плазмы крови находится в составе липопро-
теидов низкой плотности (ЛПНП), 9—10% — в составе липопротеидов
очень низкой плотности (ЛПОНП) и 20—24% — в составе липопротеидов
высокой плотности (ЛПВП). Характерно, что у животных, устойчивых к
развитию атеросклероза, большая часть холестерина плазмы крови нахо-
дится В составе ЛПВП. Наоборот, наследственная (семейная) гиперхоле-
стеринемия характеризуется высоким уровнем ЛПНП и высоким содержа-
нием холестерина в плазме крови. Таким образом, липопротеиды опреде-
ляют уровень холестерина и динамику его обмена. Некоторые стерины
пищи, например витамин D, обладают большой физиологической актив-
ностью.
9.1.3. Обмен углеводов
Основная роль углеводов определяется их энергетической функцией.
Глюкоза крови является непосредственным источником энергии в орга-
низме. Быстрота ее распада и окисления, а также возможность быстрого
извлечения из депо обеспечивают экстренную мобилизацию энергетиче-
ских ресурсов при стремительно нарастающих затратах энергии в случа-
ях эмоционального возбуждения, при интенсивных мышечных нагруз-
ках и др.
Уровень глюкозы в крови составляет 3,3—5,5 ммоль/л (60—100 мг%) и
является важнейшей гомеостатической константой организма. Особенно
чувствительной к понижению уровня глюкозы в крови (гипогликемия) яв-
457
ляется ЦНС. Незначительная гипогликемия проявляется общей слабостью
и быстрой утомляемостью. При снижении уровня глюкозы в крови до
2,2—1,7 ммоль/л (40—30 мг%) развиваются судороги, бред, потеря созна-
ния, а также вегетативные реакции: усиленное потоотделение, изменение
просвета кожных сосудов и др. Это состояние получило название «гипо-
гликемическая кома». Введение в кровь глюкозы быстро устраняет данные
расстройства.
Изменения углеводов в организме. Глюкоза, поступающая в кровь из ки-
шечника, транспортируется в печень, где из нее синтезируется гликоген.
При перфузии изолированной печени раствором, содержащим глюкозу,
количество гликогена в ткани печени увеличивается.
Гликоген печени представляет собой резервный, т. е. отложенный в
запас, углевод. Количество его может достигать у взрослого человека
150—200 г. Образование гликогена при относительно медленном по-
ступлении глюкозы в кровь происходит достаточно быстро, поэтому по-
сле введения небольшого количества углеводов повышения содержания
глюкозы в крови (гипергликемия) не наблюдается. Если же в пищевари-
тельный тракт поступает большое количество легко расщепляющихся и
быстро всасывающихся углеводов, содержание глюкозы в крови быстро
увеличивается. Развивающуюся при этом гипергликемию называют али-
ментарной, иначе говоря — пищевой. Ее результатом является глюкозу-
рия, т.е. выделение глюкозы с мочой, которое наступает в том случае,
если уровень глюкозы в крови повышается до 8,9—10,0 ммоль/л (160—
180 мг%).
При полном отсутствии углеводов в пище они образуются в организме
из продуктов распада жиров и белков.
По мере убыли глюкозы в крови происходят расщепление гликогена в
печени и поступление глюкозы в кровь (мобилизация гликогена). Благода-
ря этому сохраняется относительное постоянство содержания глюкозы в
крови.
Гликоген откладывается также в мышцах, где его содержится около
1—2 %. Количество гликогена в мышцах увеличивается при обильном пи-
тании и уменьшается во время голодания. При работе мышц под влияни-
ем фермента фосфорилазы, которая активируется в начале мышечного со-
кращения, происходит усиленное расщепление гликогена, являющегося
одним из источников энергии мышечного сокращения.
Захват глюкозы разными органами из притекающей крови неодина-
ков: мозг задерживает 12 % глюкозы, кишечник — 9 %, мышцы — 7 %,
почки — 5 %.
Распад углеводов в организме животных происходит как бескислород-
ным путем до молочной кислоты (анаэробный гликолиз), так и путем
окисления продуктов распада углеводов до СОг и HjO.
Регуляция обмена углеводов. Основным параметром регулирования
углеводного обмена является поддержание уровня глюкозы в крови в
пределах 4,4—6,7 ммоль/л. Изменение содержания глюкозы в крови вос-
принимается глюкозорецепторами, сосредоточенными в основном в пе-
чени и сосудах, а также клетками вентромедиального отдела гипотала-
муса.
Показано участие ряда отделов ЦНС в регуляции углеводного обмена.
К. Бернар в 1849 г. установил, что укол продолговатого мозга в области
дна IV желудочка (так называемый сахарный укол) вызывает увеличение
содержания глюкозы в крови. При раздражении гипоталамуса можно по-
лучить такую же гипергликемию, как и при уколе в дно IV желудочка.
458
Роль коры большого мозга в регуляции уровня глюкозы крови иллюстри-
рует развитие гипергликемии у студентов во время экзамена, у спортсме-
нов перед ответственными соревнованиями, а также при гипнотическом
внушении. Центральным звеном регуляции углеводного и других видов
обмена и местом формирования сигналов, управляющих уровнем глюко-
зы, является гипоталамус. Отсюда регулирующие влияния реализуются ве-
гетативными нервами и гуморальным путем, включающим эндокринные
железы.
Выраженным влиянием на углеводный обмен обладает инсулин — гор-
мон, вырабатываемый В-клетками островковой ткани поджелудочной же-
лезы.
При введении инсулина уровень глюкозы в крови снижается. Это про-
исходит за счет усиления инсулином синтеза гликогена в печени и мыш-
цах и повышения потребления глюкозы тканями организма. Инсулин яв-
ляется единственным гормоном, понижающим уровень глюкозы в крови,
поэтому при уменьшении секреции этого гормона развиваются стойкая
гипергликемия и последующая глюкозурия (сахарный диабет, или сахар-
ное мочеизнурение).
Увеличение уровня глюкозы в крови возникает при действии несколь-
ких гормонов. Это глюкагон, продуцируемый а-клетками островковой тка-
ни поджелудочной железы; адреналин — гормон мозгового слоя надпочеч-
ников; глюкокортикоиды — гормоны коркового слоя надпочечника; сома-
тотропный гормон гипофиза; тироксин и трийодтиронин — гормоны щито-
видной железы. В связи с однонаправленностью их влияния на углевод-
ный обмен и функциональным антагонизмом по отношению к эффектам
инсулина эти гормоны часто объединяют понятием «контринсулярные гор-
моны».
9.1.4. Обмен минеральных солей и воды
Вода составляет 60 % массы тела взрслого человека, а у новорожденно-
го — 75 %. Она является средой, в которой осуществляются процессы об-
мена веществ в клетках, органах и тканях.
Непрерывное поступление воды в организм является одним из основ-
ных условий поддержания его жизнедеятельности. Основная масса (около
71 %) всей воды в организме входит в состав протоплазмы клеток, состав-
ляя так называемую внутриклеточную воду. Внеклеточная вода входит в со-
став тканевой, или интерстициальной, жидкости (около 21 %) и воды
плазмы крови (около 8 %).
Баланс воды складывается из ее потребления и выделения. С пищей че-
ловек получает в сутки около 750 мл воды, в виде напитков и чистой во-
ды — около 630 мл. Около 320 мл воды образуется в процессе метаболизма
при окислении белков, углеводов и жиров. При испарении с поверхности
кожи и альвеол легких в сутки выделяется около 800 мл воды. Столько же
необходимо для растворения экскретируемых почкой осмотически актив-
ных веществ при максимальной осмолярности мочи. 100 мл воды выво-
дится с фекалиями. Следовательно, минимальная суточная потребность
составляет около 1700 мл воды.
Поступление воды регулируется ее потребностью, проявляющейся чув-
ством жажды. Это чувство возникает при возбуждении питьевого центра
гипоталамуса.
459
Организм нуждается в постоянном поступлении не только воды, но и
минеральных солей. Наиболее важное значение имеют натрий, калий, ка-
льций.
Натрий является основным катионом внеклеточных жидкостей. Его
содержание во внеклеточной среде в 6—12 раз превышает содержание в
клетках. Натрий в количестве 3—6 г/сут поступает в организм в виде по-
варенной соли и всасывается преимущественно в тонком отделе кишеч-
ника. Роль натрия в организме многообразна. Он участвует в поддержа-
нии равновесия кислотно-основного состояния, осмотического давления
внеклеточных и внутриклеточных жидкостей, принимает участие в фор-
мировании потенциала действия, оказывает влияние на деятельность
практически всех систем организма. Ему придают большое значение в
развитии ряда заболеваний. В частности, считают, что натрий опосредует
развитие артериальной гипертензии за счет как увеличения объема вне-
клеточной жидкости, так и повышения сопротивления микрососудов.
Баланс натрия в организме в основном поддерживается деятельностью
почек.
Калий является основным катионом внутриклеточной жидкости. В
клетках содержится 98 % калия. Суточная потребность человека в калии
составляет 2—3 г. Основным источником калия в пище являются продук-
ты растительного происхождения. Всасывается калий в кишечнике. Осо-
бое значение калий имеет благодаря своей потенциалобразующей роли
как на уровне поддержания мембранного потенциала, так и в генерации
потенциала действия. Калий принимает также активное участие в регуля-
ции кислотно-основного состояния. Он является фактором поддержания
осмотического давления в клетках. Регуляция его выведения осуществля-
ется преимущественно почками.
Кальций обладает высокой биологической активностью. Он является
основным структурным компонентом костей скелета и зубов, где содер-
жится около 99 % всего кальция. В сутки взрослый человек должен полу-
чать с пищей 800—1000 мг кальция. В большем количестве кальция нужда-
ются дети ввиду интенсивного роста костей. Всасывается кальций преиму-
щественно в двенадцатиперстной кишке в виде одноосновных солей фос-
форной кислоты. Примерно % кальция выводится пищеварительным трак-
том, куда эндогенный кальций поступает с секретами пищеварительных
желез, и X — почками. Велика роль кальция в осуществлении жизнедеяте-
льности организма. Кальций принимает участие в генерации потенциала
действия, играет определенную роль в инициации мышечного сокраще-
ния, является необходимым компонентом свертывающей системы крови,
повышает рефлекторную возбудимость спинного мозга и обладает симпа-
тикотропным действием.
Кислород, углерод, водород, азот, кальций и фосфор составляют основ-
ную массу живого вещества.
В организме значительную роль в осуществлении жизнедеятельности
играют и элементы, находящиеся в небольшом количестве. Их называют
микроэлементами. К микроэлементам, имеющим высокую биологическую
активность, относят железо, медь, цинк, кобальт, молибден, селен, хром,
никель, олово, кремний, фтор, ванадий. Кроме этого, в организме обнару-
жено в незначительном количестве много других элементов, биологиче-
ская роль которых не установлена. Всего в организме животных и челове-
ка найдено около 70 элементов.
Большинство биологически значимых микроэлементов входит в состав
«беоментов, витаминов, гормонов, дыхательных пигментов.
9.2. ПРЕВРАЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ И ОБЩИЙ ОБМЕН
ВЕЩЕСТВ
В процессе обмена веществ постоянно происходит превращение энер-
гии: потенциальная энергия сложных органических соединений, посту-
пивших с пищей, превращается в тепловую, механическую и электриче-
скую. Энергия расходуется не только на поддержание температуры тела
и выполнение работы, но и на воссоздание структурных элементов кле-
ток, обеспечение их жизнедеятельности, роста и развития организма.
Теплообразование в организме имеет двухфазный характер. При окис-
лении белков, жиров и углеводов одна часть энергии используется для
синтеза АТФ, другая превращается в теплоту. Теплота, выделяющаяся не-
посредственно при окислении питательных веществ, получила название
первичной теплоты. Обычно на этом этапе большая часть энергии превра-
щается в тепло (первичная теплота), а меньшая используется на синтез
АТФ и вновь аккумулируется в ее химических макроэргических связях.
Так, при окислении углеводов 22,7 % энергии химической связи глюкозы
в процессе окисления используется на синтез АТФ, а 77,3 % в форме пер-
вичной теплоты рассеивается в тканях. Аккумулированная в АТФ энергия
используется в дальнейшем для механической работы, химических, транс-
портных, электрических процессов и в конечном счете тоже превращается
в теплоту, обозначаемую вторичной теплотой. Следовательно, количество
тепла, образовавшегося в организме, становится мерой суммарной энер-
гии химических связей, подвергшихся биологическому окислению. Поэто-
му вся энергия, образовавшаяся в организме, может быть выражена в еди-
ницах тепла — калориях или джоулях.
Для определения энергообразования в организме используют прямую
калориметрию, непрямую калориметрию и исследование валового обмена.
9.2.1. Методы исследования энергообмена
9.2.1.1. Прямая калориметрия
Прямая калориметрия основана на непосредственном учете в биока-
лориметрах количества тепла, выделенного организмом. Биокалориметр
представляет собой герметизированную и хорошо теплоизолированную
от внешней среды камеру. В камере по трубкам циркулирует вода. Тепло,
выделяемое находящимся в камере человеком или животным, нагре-
вает циркулирующую воду. По количеству протекающей воды и измене-
нию ее температуры рассчитывают количество выделенного организмоь
тепла.
В последние годы предложены камеры, позволяющие производит
учет выделенного организмом тепла, а следовательно, выполнять прямук
биокалориметрию, изготовленные из покрытий, имеющих градиентны
слой (медная и никелевая пленки, разделенные тонким слоем из эпок
сидной смолы). В этих устройствах тепловой поток измеряется на оснс
вании разницы сопротивлений цепей, включенных в схему моста Уитстс
на. Калориметры градиентного типа выполняются в форме костюма, о(
легающего тело человека и позволяющего ему свободно передвигатьс
Они создаются в комплексе со скафандрами для космонавтов, подводн:
ков и др.
4
9.2.1.2. Непрямая калориметрия
Методы прямой калориметрии очень громоздки и сложны. Учитывая,
что в основе теплообразования в организме лежат окислительные процес-
сы, при которых потребляется О2 и образуется COj, можно использовать
косвенное, непрямое, определение теплообразования в организме по его
газообмену — учету количества потребленного Ог и выделенного СО2 с
последующим расчетом теплопродукции организма.
Для длительных исследований газообмена используют специальные
респираторные камеры (закрытые способы непрямой калориметрии).
Кратковременное определение газообмена в условиях лечебных учрежде-
ний и производства проводят более простыми некамерными методами (от-
крытые способы калориметрии).
Наиболее распространен способ Дугласа—Холдейна, при котором в тече-
ние 10—15 мин собирают выдыхаемый воздух в мешок из воздухонепрони-
цаемой ткани (мешок Дугласа), укрепляемый на спине обследуемого. Он
дышит через загубник, взятый в рот, или резиновую маску, надетую на
лицо. В загубнике и маске имеются клапаны, устроенные так, что обследу-
емый свободно вдыхает атмосферный воздух, а выдыхает воздух в мешок
Дугласа. Когда мешок наполнен, измеряют объем выдохнутого воздуха, в
котором определяют количество О2 и СО2.
Кислород, поглощаемый организмом, используется для окисления бел-
ков, жиров и углеводов. Окислительный распад 1 г каждого из этих ве-
ществ требует неодинакового количества 62 и сопровождается освобожде-
нием различного количества тепла. Как видно из табл. 9.1, при потребле-
нии организмом 1 л О2 освобождается разное количество тепла в зависи-
мости от того, на окисление каких веществ О2 используется.
Таблица 9.1. Потребление кислорода и высвобождение тепла при окислении
различных веществ в организме
Вещество, окисляющееся в организме Количество тепла, освобождающееся при окислении 1 г вещества, кДж (ккал) Количество потребляемого Oj, л Количество освобождающейся при окислении 1 л О2 энергии, кДж (ккал)
Белки 17,17 (4,1) 0,966 19,26 (4,60)
Жиры 38,94 (9,3) 2,019 19,64 (4,69)
Углеводы 17,17 (4,1) 0,830 21,14 (5,05)
Количество тепла, освобождающегося после потребления организмом
1 л О2, носит название калорического эквивалента кислорода. Зная общее
количество О2, использованное организмом, можно вычислить энергети-
ческие затраты только в том случае, если известно, какие вещества — бел-
ки, жиры или углеводы, окислились. Показателем этого может служить
дыхательный коэффициент.
Дыхательным коэффициентом (ДК) называется отношение объема выде-
ленного СО2 к объему поглощенного О2. ДК различен при окислении бел-
ков, жиров и углеводов. Для примера рассмотрим, каков будет ДК при ис-
пользовании организмом глюкозы. Общий итог окисления молекулы глю-
козы можно выразить формулой:
462
С6Н|2О6 + 6 02 = 6 С02 + 6 Н2О.
При окислении глюкозы число молекул образовавшегося COj равно
числу молекул затраченного (поглощенного) Oj. Равное количество моле-
кул газа при одной и той же температуре и одном и том же давлении зани-
мает один и тот же объем (закон Авогадро—Жерара). Следовательно, ДК
(отношение СО2/О2) при окислении глюкозы и других углеводов равен
единице.
При окислении жиров и белков ДК будет ниже единицы. При окисле-
нии жиров ДК равен 0,7 Проиллюстрируем это на примере окисления
трипальмитина:
2 С3Н5 (С|5Н31СОО)3 + 145 О2 = 102 СО2 + 98 Н2О.
Отношение между объемами СО2 и О2 составляет в данном случае:
Ю2СО2
145О2
0,703.
Аналогичный расчет можно сделать и для белка; при его окислении в
организме ДК равен 0,8. При смешанной пище у человека ДК обычно ра-
вен 0,85—0,89. Определенному ДК соответствует определенный калориче-
ский эквивалент кислорода, что видно из табл. 9.2.
Таблица 9.2. Соотношение дыхательного коэффициента и калорического экви-
валента кислорода
Калорический эквивалент кислорода Дыхательный коэффициент
0,70 , 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,0
КДж 19,619 19,481 20,101 20,356 20,616 20,871 21,173
Ккал 4,686 4,739 4,801 4,862 4,924 4,985 5,057
Определение энергетического обмена у человека в покое методом закры-
той системы с неполным газовым анализом. Относительное постоянство
ДК (0,85—0,90) у людей при обычном питании в условиях покоя позволяет
производить достаточно точное определение энергетического обмена у че-
ловека в покое, вычисляя только количество потребленного О2 и беря его
калорический эквивалент при усредненном дыхательном коэффициенте.
Количество потребленного организмом О2 определяют при помощи
различных спирографов.
Определив количество поглощенного О2 и приняв усредненный ДК
равным 0,85, можно рассчитать энергообразование в организме; калориче-
ский эквивалент 1 л кислорода при данном ДК равен 20,356 кДж, т.е.
4,862 ккал. Способ неполного газового анализа благодаря своей простоте
получил широкое распространение.
Дыхательный коэффициент во время работы. Во время интенсивной мы-
шечной работы ДК повышается и в большинстве случаев приближается к
единице. Это объясняется тем, что главным источником энергии во время
напряженной мышечной деятельности является окисление углеводов. По-
463
1,05
Минуты от начала работы
Рис. 9.1. Кривые четырех наблюдений (1—4) изменения дыхательного коэффици-
ента во время и после двухчасовой интенсивной работы.
еле завершения работы ДК в течение первых нескольких минут так назы-
ваемого периода восстановления резко снижается до величин меньших, чем
исходные, и только спустя 30—50 мин после напряженной работы обычно
нормализуется. Эти изменения дыхательного коэффициента показаны на
рис. 9.1.
Изменения ДК после окончания работы не отражают истинного отно-
шения между используемым в данный момент Oj и выделенной СОг. ДК в
начале восстановительного периода повышается по следующей причине: в
мышцах во время работы накапливается молочная кислота, на окисление
которой во время работы не хватало Oj (это так называемый кислородный
долг). Молочная кислота поступает в кровь и вытесняет СО2 из гидрокар-
бонатов, присоединяя основания. Благодаря этому количество выделенно-
го COj больше количества СО2, образовавшегося в данный момент в тка-
нях. Обратная картина наблюдается в дальнейшем, когда молочная кисло-
та постепенно исчезает из крови. Одна часть ее окисляется, другая ре-
синтезируется в гликоген, а третья выделяется с мочой и потом. По мере
уменьшения количества молочной кислоты освобождаются основания, ко-
торые до того были отняты у гидрокарбонатов. Эти основания вновь свя-
зывают СО2 и образуют гидрокарбонаты, поэтому через некоторое время
после работы ДК резко падает вследствие задержки в крови СО2, поступа-
ющей из тканей.
464
9.2.1.3. Исследование валового обмена
Длительное (на протяжении суток) определение газообмена дает воз-
можность не только рассчитать теплопродукцию организма, но решить во-
прос о том, за счет окисления каких питательных веществ шло теплообра-
зование. Рассмотрим это на примере.
Допустим, что обследуемый человек за сутки использовал 654,141 л О2 и выде-
лил 574,180 л СО2 За это же время с мочой выделилось 16,8 г азота и 9,019 г угле-
рода.
Количество белка, распавшегося в организме, определяем по азоту мочи. Так
как 1 г азота содержится в 6,25 г белка, то, следовательно, в организме распалось
16,8-6,25 = 105 г белка. Находим количество углерода белкового происхождения.
Для этого определяем количество углерода в распавшемся белке. Так как в белках
содержится около 53 % углерода, то, следовательно, в распавшемся белке его
было:
105 53
100
= 55,65 г.
На образование СО2 затрачено количество углерода, равное разности между ко-
личеством углерода в распавшемся белке и количеством углерода, выделившегося
с мочой: 55,65 л — 9,0191 л = 46,63 л СО2. Определяем объемное количество СО2
белкового происхождения, выделенного через легкие, исходя из того, что из
1 грамм-молекулы углерода (12 г) образуется 22,4 л СО2:
46,65 22,4 __
——12—— = 87,043 л СО2.
Далее исходя из ДК, равного для белков 0,8, находим количество О2, затрачен-
ного на окисление белков:
87,043 ... Q
0,8 08,8 л‘
По разности между количеством всего поглощенного О2 и количеством О2, за-
траченного на окисление белков, находим количество О2, затраченное на окисле-
ние углеводов и жиров: 654,141 л — 108,8 л = 545,341 л О2. По разности между ко-
личеством всего выделившегося СО2 и количеством СО2 белкового происхожде-
ния, выделившегося легкими, находим количество СО2, образовавшегося при
окислении углеводов и жиров: 574,18 л — 87,043 л = 487,137 л СО2. Определяем
количество углеводов и жиров, окислившихся в организме обследуемого за сутки.
На основании того, что при окислении 1 г жира потребляется 2,019 л О2 и образу-
ется 1,431 л СО2, а при окислении 1 г углеводов потребляется 0,829 л О2 и столько
же (0,829 г) образуется СО2 (ДК для углеводов равен 1), составляем уравнение,
приняв за х количество жира, а за у — количество углеводов, окисленных в орга-
низме, Решив систему уравнений с двумя неизвестными, получим:
2,019х + 0,829у = 545,341
1,431х + 0,829у = 487,137
0,588х = 58,204
х = 99 г жира.
Находим количество углеводов, окисленных в организме, подставляя значение х
в любое из уравнений:
2,01 999 + 0,829у = 545,341.
у = 417 г углеводов.
465
Итак, освобождение энергии в организме протекало за счет окисления 105 г
белков, 99 г жиров и 417 г углеводов. Зная количество тепла, образуемого при
окислении 1 г каждого из веществ (см. табл. 9.2), нетрудно рассчитать общую теп-
лопродукцию организма за сутки:
105 4,1 + 99 9,3 + 417 4,1 = 3061 ккал (12,81 кДж).
9.2.3. Основной обмен
Интенсивность окислительных процессов и превращение энергии зави-
сят от индивидуальных особенностей организма (пол, возраст, масса тела
и рост, условия и характер питания, мышечная работа, состояние эндо-
кринных желез, нервной системы и внутренних органов — печени, почек,
пищеварительного тракта и др.), а также от условий внешней среды (тем-
пература, барометрическое давление, влажность воздуха и его состав, воз-
действие лучистой энергии и др.).
Для определения присущего данному организму уровня окислительных
процессов и энергетических затрат проводят исследование в определенных
стандартных условиях. При этом стремятся исключить влияние факторов,
которые существенно сказываются на интенсивности энергетических за-
трат, а именно мышечную-работу, прием пищи, влияние температуры
окружающей среды.'Энерготраты организма вчеаких стандартных условиях
получили название основного обмена.
Энерготраты в условиях основного обмена связаны с поддержанием
минимального необходимого для жизни клеток уровня окислительных
процессов и с деятельностью постоянно работающих органов и систем —
дыхательных мышц, сердца, почек, печени. Некоторая часть энерготрат в
условиях основного обмена связана с поддержанием мышечного тонуса.
Освобождение в ходе всех этих процессов тепловой энергии обеспечивает
ту теплопродукцию, которая необходима для поддержания температуры
тела на постоянном уровне, как правило, превышающем температуру
внешней среды.
Для определения основного обмена обследуемый должен находиться:
1) в состоянии мышечного покоя (положение лежа с расслабленной мус-
кулатурой), не подвергаясь раздражениям, вызывающим эмоциональное
напряжение; 2) натощак, т.е. через 12—16 ч после приема пищи; 3) при
внешней температуре «комфорта» (18—20 °C), не вызывающей ощущения
холода или жары.
Основной обмен определяют в состоянии бодрствования. Во время сна
уровень окислительных процессов и, следовательно, энергетических затрат
организма на 8—10 % ниже, чем в состоянии покоя при бодрствовании.
Нормальные величины основного обмена человека. Величину основного
обмена обычно выражают количеством тепла в килоджоулях (килокалори-
ях) на 1 кг массы тела или на 1 м2 поверхности тела за 1 ч или за 1 сут.
Для мужчины среднего возраста (примерно 35 лет), среднего роста (примерно
165 см) и со средней массой тела (примерно 70 кг) основной обмен равен
4,19 кДж (1 ккал) на 1 кг массы тела в час, или 7117 кДж (1700 ккал) в сутки. У
женщин той же массы он примерно на 10 % ниже.
Интенсивность основного обмена, пересчитанная на 1 кг массы тела, у детей
значительно выше, чем у взрослых. Величина основного обмена человека в возра-
сте 20—40 лет сохраняется на довольно постоянном уровне. В пожилом возрасте
основной обмен снижается.
466
Согласно формуле Дрейера, суточная величина основного обмена в килокалори-
ях (Н) составляет:
н = ^_,
К А
где W — масса тела, г; А — возраст человека; К — константа, равная для мужчины
0,1015, а для женщины — 0,1129.
Формулы и таблицы основного обмена представляют средние данные, выведен-
ные из большого числа исследований здоровых людей разного пола, возраста,
массы тела и роста.
Определение основного обмена, согласно этим таблицам, у здоровых
людей нормального телосложения дают приблизительно верные (ошибка
5—8 %) величины затраты энергии. Несоразмерно высокие данные для
определенной массы тела, роста, возраста и поверхности тела величины
основного обмена наблюдаются при избыточной функции щитовидной
железы. Понижение основного обмена встречается при недостаточности
шитовидной железы (микседема), гипофиза, половых желез.
9.2.4. Правило поверхности
Если пересчитать интенсивность основного обмена на 1 кг массы тела,
то окажется, что у теплокровных животных разных видов (табл. 9.3.) и у
людей с разной массой тела и ростом она весьма различна. Если же произ-
вести перерасчет интенсивности основного обмена на 1 м2 поверхности
тела, полученные у разных животных и людей величины различаются не
столь резко.
Таблица 9.3. Величина теплопродукции человека и других организмов
Объект Масса тела, кг Теплопродукция за 24 ч, кДж (ккал)
исследования на 1 кг массы тела на 1 м2 поверхности тела
Человек 64,3 134 (32,1) 4363 (1042)
Мышь 0,018 2738 (654,0) 4974 (1188)
Курица 2,0 297 (71,0) 3965 (947) ~1
Гусь 3,5 279 (66,7) 4049 (967)
Собака 15,2 216 (51,5) 4350 (1039)
Свинья 128,0 80 (19,1) 4513 (1078)
Бык 391,0 80(19,1) 6561 (1567)
Согласно правилу поверхности тела, затраты энергии теплокровными
животными пропорциональны величине поверхности тела.
Ежедневная продукция тепла на 1 м2 поверхности тела у человека равна
3559—5234 кДж (850—1250 ккал), средняя цифра для мужчин — 3969 кДж (948
ккал).
Для определения поверхности тела R применяется формула:
R = К Уу массы тела.
467
Эта формула выведена на основании анализа результатов прямых измерений
поверхности тела. Константа К у человека равна 12,3.
Более точная формула предложена Дюбуа:
R = W0’425 Н0-7” 71,84,
где W — масса тела в килограммах, Н — рост в сантиметрах.
Результат вычисления выражен в квадратных сантиметрах. Правило по-
верхности верно не абсолютно. Как показано выше (см. табл. 9.4), оно
представляет собой лишь правило, имеющее известное практическое зна-
чение для ориентировочных расчетов освобождения энергии в организме.
Об относительности правила поверхности свидетельствует тот факт, что
у двух индивидуумов с одинаковой поверхностью тела интенсивность об-
мена веществ может значительно различаться. Уровень окислительных
процессов определяется не столько теплоотдачей с поверхности тела, ско-
лько теплопродукцией, зависящей от биологических особенностей вида
животных и состояния организма, которое обусловлено деятельностью
нервной, эндокринной и других систем.
9.2.5. Обмен энергии при физическом труде
Мышечная работа значительно увеличивает расход энергии, поэтому
суточный расход энергии у здорового человека, проводящего часть суток в
движении и физической работе, значительно превышает величину основ-
ного обмена. Это увеличение энерготрат составляет рабочую прибавку, ко-
торая тем больше, чем интенсивнее мышечная работа.
При мышечной работе освобождается тепловая и механическая энер-
гия. Отношение механической энергии ко всей энергии, затраченной на
работу, выраженное в процентах, называется коэффициентом полезного
действия. При физическом труде человека коэффициент полезного дейст-
вия колеблется от 16 до 25 % и составляет в среднем 20 %, но в отдельных
случаях может быть и выше.
Коэффициент полезного действия изменяется в зависимости от ряда
условий. Так, у нетренированных людей он ниже, чем у тренированных, и
увеличивается по мере тренировки.
Затраты энергии тем больше, чем интенсивнее совершаемая организ-
мом мышечная работа. Степень энергетических затрат при различной фи-
зической активности определяется коэффициентом физической активности
(КФА), который представляет собой отношение общих энерготрат на все
виды деятельности за сутки к величине основного обмена. По этому прин-
ципу все население разделено на 5 групп (табл. 9.4).
Таблица 9.4. Величина энергозатрат в зависимости от особенностей профессии
Группа Особенности профессии Коэффициент физической активности Общий расход энергии, кДж (ккал)
Первая Работники, занятые преимуще- ственно умственным трудом 1,4 9799-10 265 (2100-2450)
Вторая Работники, занятые легким физическим трудом 1,6 10 475-11 732 (2500-2800)
468
Продолжение табл.9.4
Группа Особенности профессии Коэффициент физической активности Общий расход энергии, кДж (ккал)
Третья Работники, занятые трудом средней тяжести 1,9 12 360-13 827 (2950-3300)
Четвертая Работники, занятые тяжелым физическим трудом 2,2 14 246-16 131 (3400-3850)
Пятая1 Работники, занятые особо тяжелым физическим трудом 2,5 16 131-17 598 (3850-4200)
1 Только для мужчин.
Значительные различия энергетической потребности в группах зависят
от пола (у мужчин больше), возраста (снижаются после 40 лет), степени
активности отдыха и уровня коммунального обслуживания.
Суточный расход энергии детей и подростков зависит от возраста
(табл. 9.5).
В старости энерготраты снижаются и к 80 годам составляют 8373—
9211 кДж (2000-2200 ккал).
Таблица 9.5. Суточный расход энергии у детей и подростков в зависимости от
возраста
Возраст Суточный расход энергии, кДж (ккал) Возраст Суточный расход энергии, кДж (ккал)
6 мес—1 год 1 — 1,5 года 1,5—2 3-4 5—6 лет 3349 (800) 5443 (1300) 6280 (1500) 7536 (1800) 8374 (2000) 7—10 лет 11-14 » Юноши 14—17 Девушки 13—17 » 10 048 (2400) 1 1 932 (2850) 13 188 (3150) 11 514 (2750)
9.2.6. Обмен энергии при умственном труде
При умственном труде энерготраты значительно ниже, чем при физиче-
ском.
Трудные математические вычисления, работа с книгой и другие формы
умственного труда, если они не сопровождаются движением, вызывают
ничтожное (2—3 %) повышение затрат энергии по сравнению с полным
покоем. Однако в большинстве случаев различные виды умственного тру-
да сопровождаются мышечной деятельностью, в особенности при эмоцио-
нальном возбуждении работающего (лектор, артист, писатель, оратор и
др.), поэтому и энерготраты могут быть относительно большими. Пережи-
тое эмоциональное возбуждение может вызвать в течение нескольких по-
следующих дней повышение обмена на 11 — 19 %.
469
9.2.7. Специфическое динамическое действие пищи
После приема пищи интенсивность обмена веществ и энергетические
затраты организма увеличиваются по сравнению с их уровнем в условиях
основного обмена. Увеличение обмена веществ и энергии начинается че-
рез 1 ч, достигает максимума через 3 ч после приема пиши и сохраняется в
течение нескольких часов. Влияние приема пищи, усиливающее обмен ве-
ществ и энергетические затраты, получило название специфического дина-
мического действия пищи.
При белковой пище оно наиболее велико: обмен увеличивается в сред-
нем на 30 %. При питании жирами и углеводами обмен увеличивается у
человека на 14—15 %.
9.2.8. Регуляция обмена энергии
Уровень энергетического обмена находится в тесной зависимости от
физической активности, эмоционального напряжения, характера питания,
степени напряженности терморегуляции и ряда других факторов.
Получены многочисленные данные, свидетельствующие об условно-
рефлекторном изменении потребления Oj и энергообмена. Любой ранее
индифферентный раздражитель, связанный по времени с мышечной дея-
тельностью, может служить сигналом к увеличению обмена веществ и
энергии.
У спортсмена в предстартовом состоянии резко увеличивается потреб-
ление О2, а следовательно, и энергообмен. То же происходит во время
прихода на работу и при действии факторов рабочей обстановки у рабо-
чих, деятельность которых связана с мышечными усилиями. Если испыту-
емому под гипнозом внушить, что он выполняет тяжелую мышечную ра-
боту, то обмен у него может значительно повыситься, хотя в действитель-
ности испытуемый не производит никакой работы. Все это свидетельству-
ет о том, что уровень энергетического обмена в организме может изменя-
ться под влиянием коры большого мозга.
Особую роль в регуляции обмена энергии играет гипоталамическая об-
ласть мозга. Здесь формируются регуляторные влияния, которые реализу-
ются вегетативными нервами или гуморальным звеном за счет увеличения
секреции ряда эндокринных желез.
Особенно выраженно усиливают обмен энергии гормоны щитовидной
железы — тироксин и трийодтиронин, и гормон мозгового вещества над-
почечника — адреналин.
9.3. ПИТАНИЕ
Питание — процесс поступления, переваривания, всасывания и усвое-
ния в организме пищевых веществ (нутриенты), необходимых для по-
крытия пластических и энергетических нужд организма, образования
физиологически активных веществ. Питание является предметом специ-
альной науки — нутрициологии.
Пищевые вещества, или нутриенты, содержатся в пищевых продуктах,
имеющих животное и растительное происхождение, и используются чело-
веком для питания в натуральном и переработанном виде. Пищевая, био-
470
логическая и энергетическая ценность пищевых продуктов определяется
содержанием в них пищевых, или питательных, веществ: белков, витами-
нов, минеральных солей, воды, органических кислот, вкусовых, аромати-
ческих и ряда других веществ. Важное значение имеют свойства перевари-
ваемости и усвояемости питательных веществ.
Различают питание естественное и искусственное (клиническое парен-
теральное и зондовое энтеральное). Выделяют также лечебное и лечеб-
но-профилактическое питание.
Естественное питание имеет многие национальные, ритуальные осо-
бенности, привычки, моду.
9.3.1. Пищевые вещества
В нутрициологии принято выделять пищевые вещества — нутриенты и
непищевые вещества. Нутриенты в свою очередь делятся на макронутри-
енты (белки, углеводы и липиды), при окислении которых высвобождает-
ся определенное количество тепла (в среднем для жиров — 9,3 ккал/г, или
37 кДж/г, белков и углеводов по 4,1 ккал/г, или 17 кДж/г) и микронутри-
енты (витамины, минеральные соли, микроэлементы). К непищевым ве-
ществам, принимаемым в составе пищи, относят балластные вещества
(целлюлоза, гемицеллюлоза, пектин), вкусовые и ароматические вещества
и некоторые другие вещества.
Согласно правилу изодинамии, нутриенты могут взаимно заменяться в
удовлетворении энергетических потребностей организма, однако каждое
из пищевых веществ и их фрагментов имеет специфические пластические
свойства и свойства биологически активных веществ. Замена в пищевом
рационе одних веществ другими ведет к нарушению функций организма, а
при длительном, например, безбелковом питании наступает смерть от бел-
кового голодания. Существенное значение в питании имеет вид каждого
из пищевых веществ, содержащих незаменимые компоненты, что опреде-
ляет их биологическую ценность.
Биологическая ценность животных белков выше, чем растительных
(например, у белков пшеницы 52—65 %). Усвояемость белков животного
происхождения составляет в среднем 97 %, а растительных 83—85 %, что
зависит также и от кулинарной обработки пищи.
Считают, что при биологической ценности белков смешанной пиши не
менее 70 % людей имеют белковый минимум в сутки 55—60 г. Для надеж-
ной стабильности азотистого баланса рекомендуется принимать с пищей
85—90 г белка в сутки (не менее 1 г белка на 1 кг массы тела). У детей, бе-
ременных и кормящих грудью женщин эти нормы выше.
Липиды поступают в организм человека в составе всех видов животной,
а также растительной пищи, особенно ряда семян, из которых для пище-
вых целей получают многие виды растительных жиров.
Биологическая ценность пищевых липидов определяется наличием в
них незаменимых жирных кислот, способностью переваривания и всасы-
вания в пищеварительном тракте (усвоение). Сливочное масло и свиной
жир усваиваются на 93—98 %, говяжий — на 80—94 %, подсолнечное мас-
ло — на 86—90 %, маргарин — на 94—98 %.
Основное количество углеводов поступает в организм в виде полисаха-
ридов растительной пищи. После гидролиза и всасывания углеводы ис-
пользуются для удовлетворения энергетических потребностей. В среднем
за сутки человек принимает 400—500 г углеводов, из которых 350—400 г
471
составляет крахмал, 50—100 г — моно- и дисахариды. Избыток углеводов
депонируется в виде жира.
Витамины не имеют существенного пластического и энергетического
значения. Они находятся в пищевых продуктах в незначительном количе-
стве, но оказывают выраженное влияние на физиологическое состояние
организма. Источниками витаминов для человека являются пищевые про-
дукты растительного и животного происхождения — в них они находятся
или в готовом виде, или в форме провитаминов, из которых в организме
образуются активные формы витаминов. Некоторые витамины синтезиру-
ются микрофлорой кишечника. При отсутствии какого-либо витамина
или его предшественника возникает патологическое состояние, получив-
шее название авитаминоз, в менее выраженной форме оно наблюдается
при недостатке витамина — гиповитаминозе, которое встречается часто.
Отсутствие или недостаток определенного витамина вызывает свойствен-
ное лишь отсутствию данного витамина заболевание. Авитаминозы и ги-
повитаминозы могут возникать не только в случае отсутствия витаминов в
пище, но и при нарушении их всасывания при заболеваниях желудоч-
но-кишечного тракта. Состояние гиповитаминоза может возникнуть и при
обычном поступлении витаминов с пищей, но возросшем их потреблении
(во время беременности, интенсивного роста), а также в случае подавле-
ния антибиотиками микрофлоры кишечника.
По растворимости все витамины делят на две группы: водорастворимые
(группа В, С и Р) и жирорастворимые (A, D, Е и К).
В табл. 9.6 приведены данные о суточной потребности в витаминах, их
основных источниках, некоторые сведения о влиянии витаминов на орга-
низм и о возникающих при их недостатке расстройствах. Структура и ме-
ханизмы действия витаминов детально излагаются в курсе биохимии.
Витамины должны быть непременным компонентом пищи. Нормы их
потребности зависят от возраста, пола, вида трудовой деятельности, ряда
других факторов.
Витаминоподобными веществами названы биофлавоноиды (Р), пангамо-
вая кислота (В 15), парааминобензойная кислота (Н]), оротовая кислота (В13),
холин (В4), инозит (Bg), метилметионин-сульфоний (и), корнитин (Вт) и др.
Таблица 9.6. Краткие сведения о витаминах
Витамин и рекомендуемые суточные нор- мы потребления для взрослого человека Основные пишевые источники Физиологическая роль Последствия недостаточного потребления
Водорастворимые витамины
С,аскорбино- вая кислота, 70-100 мг Капуста, цитру- совые, томаты, картофель, зем- ляника, черная смородина, ши- повник, печень, сладкий перец, укроп, зеленый лук Участие в окислитель- но-восстановительных процессах, в трофике сосудов, кожи и кост- ной ткани, формирова- нии антитоксической функции печени; ук- репляет иммунную си- стему, способствует ус- воению железа, белка Повышенная утомляе- мость, снижение иммуни- тета, кровоточивость де- сен, хрупкость кровенос- ных сосудов
472
Продолжение табл. 9.6
Витамин и рекомендуемые суточные нор- мы потребления для взрослого человека Основные пищевые источники Физиологическая роль Последствия недостаточного потребления
Вь тиамин, 1,4—2,4 мг Мясо (свини- на), печень, почки, хлеб грубого помола, крупы, зеленый горошек Участие в обмене угле- водов, белков и жиров, влияет на рост, опти- мизирует работу серд- ца, желудочно-кишеч- ного тракта, ЦНС Бери-бери, для которой характерны полиневрит, нарушения деятельности сердца, желудочно-ки- шечного тракта
В2, рибофла- вин, 2—3 мг Печень, почки, яйца, молочные продукты, ши- повник, зеле- ный горошек Кофермент в окисли- тельно-восстановите- льных реакциях, участ- вует в кроветворении, важен в цветовом зре- нии Поражения глаз (катарак- та), слизистых оболочек рта. Задерживается рост плода и ребенка. Анемия, дерматиты, нарушения цветового зрения
РР, ниацин (никотиновая кислота), 14—28 мг Печень, почки, птица, сыр, рыба, творог, хлеб крупного помола, крупы, морковь, карто- фель Кофермент клеточного дыхания, оптимизиру- ет функции печени, желудочно-кишечного тракта, кожи, обмен холестерина; участвует в эритропоэзе Пеллагра-дерматит, по- нос, поражение слизистых оболочек рта, языка. Вя- лость, апатия, расстройст- ва сна, аппетита, утомляе- мость. Раздражитель- ность, потеря массы тела, психические расстройства
В6ч пиридок- син, 2,0—3,0 мг Мясо, печень, рыба, сыр, зер- новые и бобо- вые продукты. Синтезируется микрофлорой кишечника Участие в обмене ами- нокислот, липидов, в процессе кроветворе- ния; необходим для функций ЦНС, пече- ни, кожи, волос, ног- тей, костей Анемия, потеря аппетита, раздражительность, эпи- лептиформные припадки, дерматиты, склероз сосу- дов, склонность к кариесу
Фолиевая кис- лота, фолацин или Вс, 200 мг Печень, хлеб грубого помола, крупы, творог, сыр, петрушка, салат, капуста Участие в кроветворе- нии, синтезе нуклеи- новых кислот, делении клеток, функциях пе- чени Анемия, спру, нарушения функций печени и желу- дочно-кишечного тракта, понос, патология бере- менности
Вj2, кобаламин, цианокобала- мин, 3 мкг Печень скота и рыбы, почки, синтезируется микрофлорой кишечника Необходим для эритро- поэза, синтеза нуклеи- новых кислот, оптими- зации функций нерв- ной системы, липо- тропный фактор Злокачественная анемия, быстрая утомляемость, де- генеративные изменения нервной системы
Пантотеновая кислота, В3, 4—7 мг Печень, рыба, яйца, бобовые и зерновые про- дукты Участие в обмене угле- водов и липидов Слабость, быстрая утом- ляемость, дерматиты, по- седение и облысение, по- ражение слизистых оболо- чек, невриты, расстройст- ва желудочно-кишечного тракта
Биотин, Н, 100—150 мкг Печень, почки, сердце, яйца (желток), горох, соя, цветная ка- пуста, грибы Участие в обмене угле- водов и липидов, опти- мизирует функции нервной системы, кожи Злокачественная анемия, дерматиты, облысение, потеря аппетита, апатия, сонливость, тошнота, мы- шечные боли
473
Продолжение табл.9.6
Витамин и рекомендуемые суточные нор- мы потребления для взрослого человека Основные пищевые источники Физиологическая роль Последствия недостаточного потребления
Жирорастворимые витамины
А, ретинол, 1,5 мг Животные жиры, мясо, рыба, яйца, мо- локо Участие в образовании зрительных пигментов, адаптация глаз к свету, обеспечение размно- жения, роста и разви- тия, активация иммун- ной системы, участие в синтезе гликопротеи- нов в слизистых обо- лочках Нарушение сумеречного зрения, пролиферация и ороговение эпителия, по- вреждение роговицы глаз (ксерофтальмия, керато- маляция), угревая сыпь, нарушение роста волос, снижение иммунитета, репродуктивной функции яичников
D, кальцифе- ролы, 2,5 мкг Печень рыб, скота, птицы, яйца Необходим для усвое- ния кальция, фосфора, транспорта их в кости, развития костной тка- ни В детском возрасте — ра- хит (нарушение остеосин- теза). У взрослых — склонность к переломам, особенно в пожилом и старческом возрасте, мед- ленное срастание перело- мов. Мышечные судороги. Раздражительность
Е, токоферолы, 10-15 мг Растительные масла, яйца, овощи Участие в тканевом ды- хании, синтезе поло- вых гормонов, метабо- лизме скелетных мышц, сердца, печени, нервной системы, по- вышает резистентность эритроцитов Дистрофия скелетных мышц, ослабление поло- вых функций, гемолиз, анемия
К, филлохино* ны, 60—80 мкг Печень, шпи- нат, томаты, ка- пуста. Синтези- руется микро- флорой кишеч- ника Участие в синтезе про- тромбина и других про- коагулянтов Нарушение свертывания крови, склонность к кро- вотечениям и кровотече- ния в желудочно-кишеч- ном тракте, подкожные кровоизлияния
9.3.2. Теоретические основы питания
Каждый организм сочетает в себе биохимические признаки, характер-
ные только для него, и признаки, общие для данной биологической груп-
пы (вид, род, семейство). Это значит, что нет идеальной диеты (диета—ра-
цион и режим питания), если она рассчитывается на весь вид, даже при
учете возраста, пола, климата, вида трудовой деятельности. Каждому чело-
веку необходим индивидуальный набор компонентов рациона (рацион —
порция пищи на определенный срок), отвечающий индивидуальным осо-
бенностям его обмена веществ. Однако на современном этапе развития
науки и практики индивидуальный рацион питания внедрить нельзя. Для
оптимизации питания людей объединяют на однородные по большому
474
числу признаков группы. Полагают, что разнообразие рационов позволяет
человеку самому отбирать необходимые ему вещества, поэтому смешан-
ный рацион создает возможности для приспособления питания к индиви-
дуальным биохимическим особенностям обмена веществ.
Потребности организации питания, недостаточность конкретных зна-
ний об «идеальном» или даже рациональном питании вынуждают реко-
мендовать некие усредненные нормы и принципы питания, в основе кото-
рых лежат соответствующие теории.
Сбалансированное питание. В настоящее время принята теория сбалан-
сированного питания. Сбалансированное полноценное питание характеризу-
ется оптимальным соответствием количества и соотношений всех компо-
нентов пищи физиологическим потребностям организма.
Принимаемая пища должна с учетом ее усвояемости восполнять энер-
гетические затраты человека, которые определяются как сумма основного
обмена, специфического динамического действия пищи и расхода энергии
на выполняемую человеком работу.
В нашей стране принято выделять 5 групп интенсивности труда у муж-
чин и четыре — у женщин (см. табл. 9.5).
При регулярном превышении суточной энергетической ценности (ка-
лорийность) пиши над затратами энергии увеличивается количество де-
понированного в организме жира. Например, 100 г сдобной булочки —
300 ккал.; ежедневное употребление такой булочки сверх нормы ведет к
суточному накоплению в организме человека 15—30 г жира, что в течение
года может привести к отложению в депо 5,4—10,9 кг жира.
В рационе должны быть сбалансированы белки, жиры и углеводы.
Среднее соотношение их массы составляет 1:1, 2:4, энергетической цен-
ности — 15:30:55 %. Такое соотношение удовлетворяет энергетические и
пластические потребности организма, компенсирует израсходованные
белки, жиры и углеводы. Следовательно, должен быть приблизительный
баланс между количеством каждого пищевого вещества в рационе и их
количеством, утилизируемым в организме; их расход и соотношение за-
висят от вида и напряженности труда, возраста, пола и ряда других фак-
торов.
Несбалансированность пищевых веществ может вызвать серьезные на-
рушения обмена веществ. Так, при длительной белково-калорийной недо-
статочности не только уменьшается масса тела, но и снижается физиче-
ская и умственная работоспособность человека. Избыточность питания,
повышение в рационе жиров, особенно животных, вызывают ожирение
(превышение должной массы тела на 15 % и более). При нем поражаются
практически все физиологические системы организма, но чаще и раньше
сердечно-сосудистая (атеросклероз, артериальная гипертензия и др.), пи-
щеварительная, эндокринная (в том числе половая), нарушается водно-со-
левой обмен. Избыточный прием пищевого сахара способствует развитию
сахарного диабета, кишечного дисбиоза, кариеса зубов и др. Данные во-
просы подробно рассматриваются в курсе гигиенических и клинических
дисциплин, но общий принцип состоит в том, что не только избыточное и
недостаточное питание, но и его несбалансированность, при котором от-
дается предпочтение какому-то определенному виду пищи и пищевому ве-
ществу, является фактором риска развития ряда заболеваний.
Должны быть оптимизированы (сбалансированы) в рационе белки с не-
заменимыми и заменимыми аминокислотами, жиры с разной насыщенно-
стью жирными кислотами, углеводы с разным числом в них мономеров и
наличием балластных веществ в виде пищевых волокон (целлюлоза, пек-
475
тин и др.). В суточном рационе должны быть сбалансированы продукты
животного и растительного происхождения.
Важно наличие в рационе витаминов и минеральных веществ, которые
соотносятся (балансируются) с расходом и потребностями в них организ-
ма в зависимости от возраста, пола, вида труда, времени года и ряда дру-
гих факторов, влияющих на обмен веществ.
В рациональном питании важны регулярный прием пищи в одно и то же
время суток, дробность приема пищи, распределение ее между завтраком,
обедом, ужином, вторым завтраком, полдником. При трехразовом питании
в сутки первые 2 приема составляют % суточной энергетической ценности
(«калораж») пищи и ужин — уу Часто суточный рацион по энергетической
ценности распределяется следующим образом: завтрак 25—30 %, обед
45—50 %, ужин 20—25 %. Время между завтраком и обедом, обедом и ужи-
ном должно составлять 5—6 ч, между ужином и отходом ко сну 3—4 ч. Эти
периоды предусматривают высоту активности пищеварительных функций,
переваривание и всасывание основного количества принятой пищи. Более
рационально 5—6-разовое питание. При 5-разовом питании на первый зав-
трак должно приходиться около 25 % калорий суточного рациона, на вто-
рой завтрак — 5—10 % (легкая закуска, фрукты, чай), на обед около 35 %,
на полдник 25 %, на ужин 10 %. При 4-разовом приеме пищи на первый
завтрак должно приходиться 20—25%, на второй завтрак — 10—15 %, на
обед — 35—45%, на ужин — 20—25 % калорий суточного рациона.
Фактическое распределение суточного рациона имеет существенные
различия в связи с климатическими условиями, трудовой деятельностью,
традициями, привычками и рядом других факторов.
Адекватное питание. А.М.Уголев предложил теорию адекватного пита-
ния, в которой принят постулат теории сбалансированного питания о со-
ответствии расхода энергии и поступления ее в организм в составе пище-
вых веществ. Некоторые из положений теории сбалансированного пита-
ния уточняются, а ряд других несет принципиально новые теоретические
подходы и вытекающие из них практические выводы.
Согласно этой теории, питание восполняет молекулярный состав, энер-
гетические и пластические расходы организма, поэтому важно соответст-
вие набора и свойств пищевых веществ ферментному и изоферментному
спектру пищеварительной системы. Такая адекватность (соответствие)
должна быть в полостном и мембранном пищеварении, адекватными ме-
ханизмам резорбции должны быть и всасывающиеся из кишечника пита-
тельные вещества.
В теории подчеркиваются трехэтапность пищеварения и необходимость
индивидуальной и видовой адекватности питания всем трем его этапам.
Примером их несоответствия являются различные ферментопатии, на-
пример лактазная недостаточность. В этом случае молоко в рационе явля-
ется неадекватным видом пищи. Особое внимание в теории обращено на
многоцелевое назначение в составе пищи балластных веществ.
Автор теории адекватного питания рассматривает ассимилирующий пищевые
вещества организм как «надорганизм», имеющий как организм хозяина свою эн-
доэкологию, образуемую микрофлорой кишечника. Поток первичных нутриентов
пищи формируется в результате ее переваривания и всасывания по принципу соб-
ственного пищеварения (см. гл. 9). Кроме того, есть поток вторичных нутриентов,
образующихся в результате деятельности микроорганизмов кишечника. Эта дея-
тельность определяется эндогенными и экзогенными (состав и свойства принима-
емой пищи, ее всасывание в пищеварительном тракте) факторами.
476
В зависимости от них что-то «достается» или «недостается» микроорганизмам и
обусловливает изменение их количества, состава, свойств, потока в кровь и лимфу
вторичных пищевых веществ, в их числе незаменимых, биологически активных
веществ и токсинов.
Из компонентов пищи в результате их гидролиза и трансформации с участием
микроорганизмов образуются вещества, регулирующие деятельность физиологиче-
ских систем организма. За счет этого пища обладает не только свойствами пита-
тельных веществ с их энергетической и пластической ценностью, но и способно-
стью в достаточно широких пределах изменять многие физиологические процес-
сы, включая поведение, защитные, в том числе иммунные, механизмы.
Рассмотрение теории адекватного питания как составной части учения
о процессе ассимиляции пищи всеми живыми системами, нахождение у
них общих механизмов реализации питания привело к необходимости
объединения этих вопросов в одной науке — трофологии.
Предметом трофологии «...являются общие закономерности ассимиля-
ции жизненно необходимых веществ на всех уровнях организации живых
систем — от клетки, органа и организма до соответствующих связей в по-
пуляции, биоценозах и биосфере» (А. М. Уголев).
9.3.3. Нормы питания
В настоящее время в нашей стране приняты «Нормы физиологических
потребностей в пищевых веществах и энергии для различных групп насе-
ления»1. Это официальный нормативный документ для планирования
производства и потребления продуктов питания, оценки резервов продо-
вольствия, разработки мер социальной защиты, обеспечивающих здоро-
вье, расчетов рационов организованных коллективов. Эти нормы широко
используют во врачебной практике.
Предусмотрено, что энергетическая ценность суточного рациона дол-
жна соответствовать и компенсировать суточные энергетические затраты
определенных групп населения. Определены 5 групп мужчин и 4 группы
женщин (табл. 9.7). В каждой группе взрослого населения выделены по
3 возрастные подгруппы от 18 до 59 лет. Дополнительно введены две под-
группы лиц престарелого и старческого возраста (60—74, 75 лет и более).
Учитывая, что каждый пищевой продукт имеет определенную энергети-
ческую ценность, пользуясь этими таблицами, можно вычислить энерге
тическую ценность рациона и всех его компонентов.
Каждая из выделенных по физической активности, полу и возрасту груп-
па населения с учетом средней величины усвоения питательных веществ
имеет нормы количества белков (в том числе животных белков 55 %),
жиров (30 % от общей энергетической ценности рациона и 4—6 % отведено
незаменимой линолевой кислоте), углеводов, минеральных веществ и вита-
минов.
В «Нормах» учтены беременные и кормящие матери по двум срокам лак-
тации (1—6 и 7—12 мес), у которых повышены энергетические затраты и
соответственно — потребность в питательных веществах с учетом потребле-
ния их плодом, а затем и ребенком, вскармливаемым грудным молоком.
1 Разработаны и одобрены соответствующими научными учреждениями различ-
ных ведомств страны. Утверждены Главным государственным санитарным врачом
СССР 8 мая 1991 г. (№ 5786-91).
477
Таблица 9.7 Нормы физиологической суточной потребности в пищевых веще-
ствах для взрослого населения
Группа Коэффициент физической активности Возраст, годы Энергия, ккал Белки, г Жиры, г Углеводы, г
всего в том числе животные
Мужчины [ 1,4 18-29 2450 72 40 81 358
30-39 2300 68 37 77 335
40-59 2100 65 36 70 303
11 1,6 18-29 2800 80 44 93 411
30-39 2650 77 42 88 387
40-59 2500 72 40 83 366
111 1,9 18-29 3300 94 52 110 484
30-39 3150 89 49 105 462
40-59 2950 84 46 98 432
IV 2,2 18-29 3850 108 59 128 566
30-39 3600 102 56 120 528
40-59 3400 96 53 112 499
V 2,5 18-29 4200 117 64 154 586
30-39 3950 111 61 144 550
40-59 3750 104 57 137 524
Женщины 1 1,4 18-29 2000 61 34 67 289
30-39 1900 59 33 63 274
40-59 1800 58 32 60 257
11 1,6 18-29 2200 66 36 73 318
30-39 2150 65 36 72 311
40-59 2100 63 35 70 305
III 1,9 18-29 2600 76 42 87 378
30-39 2550 74 41 85 372
40-59 2500 72 40 83 366
IV 2,2 18-29 3050 87 48 102 462
30-39 2950 84 46 98 432
40-59 2850 1 82 45 95 417
Дополнительно к норме, соответствующей физической активности и возрасту
Беременные + 350 30 20 12 20
Кормящие (1—6 мес) + 500 40 26 15 40
Кормящие (7—12 мес) + 450 30 20 15 30
Для лиц престарелого и старческого возраста
Мужчины 60-74 2300 68 37 77 335
75 и более 1950 61 33 65 280
Женщины 60-74 1975 61 33 66 284
75 и более 1700 55 30 57 242
478
Серьезное внимание в «Нормах» обращено на минеральные вещества
и витамины. Так, взрослым людям минеральные вещества рекомендованы
в следующих количествах (мг в сутки): кальций 800 (в престарелом возрас-
те 1000), фосфор 1200, магний 400, железо 10 (женщинам 18), цинк 15,
йод 0,15.
Особое внимание уделено определению физиологических потребностей
для детей и подростков (табл. 9.8), которые разделены на 11 возрастных и
половых (начиная с 11 лет) групп. Специально оговорены группы подрост-
ков, занимающихся в СПТУ, где достаточно велики энерготраты в связи с
работой учащихся на производстве.
Таблица 9.8. Нормы физиологической суточной потребности в пищевых веще-
ствах для детей и подростков
Возраст Пол Энергия, ккал Белки, г Жиры, Углеводы, г
всего в том числе животные
0—3 мес1 115 2,2 2,2 6,5 (О,7)2 13
4—6 » Дети обо- их полов 115 2,6 2,5 6,0 (0,7)2 13
7-12 » до пубер- 110 2,9 2,3 5,5 (0,7)2 13
1—3 года татного 1540 53 37 53 212
4—6 лет периода 1970 68 44 69 272
6 лет (школьники) 2000 69 45 67 285
7—10 лет 2350 77 46 79 335
11-13 » Мальчики 2750 90 54 92 390
11-13 » Девочки 2500 82 49 84 355
14-17 » Юноши 3000 98 59 100 425
[14-17 » Девушки 2600 90 54 1 90 360
’ Потребности детей первого года жизни в энергии, белке, жире, углеводах даны в
расчете 1 г/кг массы тела.
2 Потребность в линолевой кислоте (г/кг массы тела).
Определены и нормы минеральных веществ для каждой возрастной
группы.
Предусматривается повышение калорийности рациона лиц, живущих в
районах Севера, где энерготраты увеличены на 10—15 % относительно на-
селения основных климатических зон России. Населению Севера реко-
мендуется иное соотношение в рационе белков, жиров и углеводов, соот-
ветственно 15, 35 и 50 % от общей энергетической ценности рациона, что
составляет их соотношение 1:2,3:3,3. В этом соотношении увеличена доля
энергоемких жиров и уменьшено относительное количество углеводов.
Определены и приведены в справочниках уровни потребления микро-
элементов детьми разного возраста и взрослыми.
Следует иметь в виду, что каждая специфическая профессия и вид тру-
да имеют соответствующие уточнения и дополнения к действующим
«Нормам» питания.
479
Глава 10
ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ
10.1. ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ КАК ФАКТОР ГОМЕОСТАЗА
I Постоянство температуры тела, и особенно жизненно важных органов, —
обязательное условие жизни для человека и теплокровных животных.
Для человека и теплокровных животных снижение или повышение тем-
пературы тела хотя бы на 1 °C означает резкое снижение уровня здоровья
и работоспособности. Нормальной температурой тела для человека приня-
то считать температуру при ее измерении в подмышечной впадине в пре-
делах 36—37 °C.
Регулируя гомеостаз по параметру температуры тела, организм исполь-
зует для поддержания изотермии практически все системы и органы. Так,
например, кровь, лимфа, тканевая жидкость выполняют функцию тепло-
носителей. Система кровообращения обеспечивает изменения объемной
скорости кровотока и перераспределение крови между наружными покро-
вами и внутренними органами, что меняет уровень теплоотдачи. Сокраще-
ния мышц увеличивают теплообразование. Потоотделение и дыхание спо-
собствуют испарению жидкости с поверхности тела и дыхательных путей.
10.2. ТИПЫ ТЕРМОРЕГУЛЯЦИИ
По типу терморегуляции различают гомойотермных, пойкилотермных,
гетеротермных животных и животных с переходной формой регуляции
температуры тела.
Животных, температура тела которых поддерживается на постоянном
уровне, называют гомойотермными, или теплокровными. К ним относятся
птицы, млекопитающие, в том числе и человек.
В филогенетическом отношении терморегуляция — сравнительно моло-
дая функция. Но именно она обеспечила оптимальные условия существо-
вания и развития для теплокровных организмов и позволила человеку по-
стоянно, независимо от времени года вести активный образ жизни, труди-
ться, совершенствоваться и в конце концов достигнуть сегодняшнего
уровня развития.
Однако имеется большая группа животных, которые не имеют постоян-
ной температуры внутренней среды. Температура их тела практически
полностью зависит от температуры внешней среды, т.е. среды обитания,
отличаясь от нее всего лишь на несколько десятых градуса. Именно поэто-
му их активность полностью зависит от погодных условий, времени года
и др. Таких животных называют пойкилотермными, или холоднокровными.
К ним относят беспозвоночных, рыб, пресмыкающихся, земноводных, в
частности лягушек. Не только поведение, активность жизни, но и строе-
ние организма пойкилотермных зависят от температуры среды обитания.
В Австралии имеются редкие виды животных (утконос, ехидна), кото-
рых по типу терморегуляции нельзя отнести ни к гомойотермным, ни к
пойкилотермным. У них так называемая переходная форма терморегуля-
ции. Температура тела этих животных зависит от температуры среды оби-
тания, но всегда превышает ее на 10—12 °C, так что в течение суток она
480
может колебаться в широких пределах. Активность их жизни, хотя и в ме-
ньшей степени, чем у пойкилотермных, также определяется температурой
среды обитания.
И наконец, имеются животные, система терморегуляции у которых
функционирует попеременно: либо в режиме гомойотермии, либо в режи-
ме пойкилотермии. Это животные, способные впадать в зимнюю или в
летнюю спячку (медведи, ежи, суслики, сурки и др.). Таких животных по
типу терморегуляции называют гетеротермными, либо зимнеспящими или
летнеспящими.
Гетеротермия в процессе эволюции появилась после гомойотермии.
Это свойство имеет большое биологическое значение, так как способству-
ет выживанию животных в неблагоприятных условиях среды обитания.
Так, например, во время зимней спячки, когда температура тела зим-
неспящих животных снижается до 1—2 °C, уровень обмена веществ у них
снижается до 2—3 % от исходной величины, что и позволяет им благопо-
лучно пережить зиму за счет экономного расходования запасов жира.
10.3. ТЕМПЕРАТУРА ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА И ЕГО ЧАСТЕЙ
Изотермия в процессе онтогенеза развивается постепенно. У новорож-
денного ребенка способность поддерживать постоянство температуры тела
несовершенна. Вследствие этого может наступать охлаждение (гипотер-
мия) или перегревание (гипертермия) организма при таких температурах
окружающей среды, которые не оказывают влияния на взрослого челове-
ка. Равным образом даже небольшая мышечная работа, например, связан-
ная с актом сосания или длительным криком ребенка, может привести к
повышению температуры тела.
Температура тела детей раннего возраста, как правило, на 0,3—0,4 °C
выше, чем у взрослого, постепенно приближается к последней и выравни-
вается с ней лишь к 5-му году жизни.
В теле человека принято различать «ядро», температура которого сохра-
няется достаточно постоянной, и «оболочку», температура которой сущест-
венно колеблется в зависимости от температуры внешней среды (рис.
10.1). При этом область «ядра» сильно уменьшается при низкой внешней
температуре и, наоборот, увеличивается при относительно высокой темпе-
ратуре окружающей среды. Поэтому справедливо говорить о том, что изо-
термия присуща главным образом внутренним органам и головному мозгу.
Поверхность же тела и конечности, температура которых может изменять-
ся в зависимости от температуры окружающей среды, имеют различную
температуру в зависимости от удаленности от «ядра» и степени защищен-
ности одеждой. Так, температура кожи туловища и головы равна 32—
34 °C; на участках кожи, покрытых одеждой, 30—32 °C; на пальцах ног,
кончике носа, ушной раковине 22 °C; на открытой тыльной стороне ладо-
ней в холодное время года до 12—14 °C. Температура конечностей и кожи
у гомойотермных является результирующей величиной между доставляе-
мым теплом и интенсивностью его отдачи.
В организме гомойотермных животных происходит постоянное вырав-
нивание температуры горячего «ядра» и более холодной «оболочки» за
счет смешивания потоков теплой и холодной крови от них.
Температура тела человека, измеряемая в подмышечной впадине, ко-
леблется в пределах 36—37 °C, а в прямой кишке 37,5—37,9 °C. У детей
младшего возраста иногда измеряют температуру в полости рта. Она на
481
несколько десятых градуса ниже, чем ректальная, и составляет в норме
37,2-37,5 °C.
Температуру тела обычно измеряют максимальным ртутным термомет-
ром (удерживает отмеченную максимальную температуру после его извле-
чения из подмышечной впадины благодаря сужению капилляра над ртут-
ным резервуаром).
Температура тела у взрослого человека в течение суток не остается по-
стоянной и колеблется в пределах 0,5—0,7 °C, в отдельных случаях до 1 °C.
Покой и сон понижают, мышечная деятельность, эмоции повышают
температуру тела. Максимальная температура тела наблюдается в 16—18 ч,
затем она постепенно падает и к 3—4-м ч утра достигает минимума, воз-
вращаясь к исходной величине опять в 16—18 ч. Эта суточная периодика
определяется для животных факторами внешней среды, а для человека
главным образом социальными, в частности ритмом общественной жизни,
замирающей в ночное время.
Суточные сдвиги физиологических функций определяются периодиче-
ской активностью ЦНС, которая в свою очередь рефлекторно реагирует на
изменения внешней физической и социальной среды. В опытах на обезья-
нах было показано, что при имитации по режиму питания и освещения
12-часовых суток температура их тела имела колебания с периодикой, со-
ответствующей 12-часовым суткам.
У человека при переезде на жительство, для участия в спортивных со-
ревнованиях, на отдых в другие широты суточный ритм колебаний темпе-
ратуры тела соответственно изменяется.
Каждый участок тела, каждый орган имеет свою температуру, отличаю-
щуюся от температуры тела. Самый «горячий» орган — печень. Температура
ее ткани 38,5—39,5 °C, температура глубоких структур мозга 38—38,5 °C,
поверхности коры большого мозга под твердой мозговой оболочкой
37,2-37,6 °C.
В работающих тканях температура повышается в результате увеличения
в них уровня обмена веществ. Так, в работающей скелетной мышце темпе-
ратура увеличивается на 2—2,5 °C, в активно секретирующей околоушной
железе на 0,8—1,0 °C, в корковых центрах двигательного условного реф-
лекса на 0,3 °C.
Постоянство температуры тела у человека может сохраняться лишь при
условии равенства теплообразования и теплопотери всего организма. Это
достигается с помощью физиологических механизмов терморегуляции.
Терморегуляция проявляется в форме взаимосочетания процессов тепло-
образования и теплоотдачи, регулируемых нейроэндокринными механиз-
мами. Терморегуляцию принято разделять на химическую и физическую.
Химическая терморегуляция осуществляется путем изменения уровня
теплообразования, т.е. усиления или ослабления интенсивности обмена
веществ в организме.
Физическая терморегуляция осуществляется путем изменения интенсив-
ности отдачи тепла.
10.4. ТЕПЛООБРАЗОВАНИЕ - ХИМИЧЕСКАЯ
ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ
У человека усиление теплообразования наступает вследствие увеличе-
ния интенсивности обмена веществ. Это происходит, в частности, когда
температура окружающей среды становится ниже оптимальной температу-
482
ры, или зоны комфорта. В безветренную погоду либо в закрытом помеще-
нии для человека в обычной легкой одежде эта зона находится в пределах
18—22 °C, а для обнаженного в пределах 28—30 °C.
Оптимальная температура во время пребывания в воде выше, чем на
воздухе. Это обусловлено тем, что вода, обладающая высокой теплоемко-
стью и теплопроводностью, охлаждает тело в 14 раз интенсивнее, чем воз-
дух. Поэтому в прохладной ванне обмен веществ повышается значительно
больше, чем во время пребывания на воздухе при той же температуре.
В покое 65—70 % теплопродукции в организме происходит в мышцах.
Только поддержание тонуса мышц сопровождается выделением 800—
1000 ккал (3352—4190 кДж) тепла в сутки. Ходьба повышает теплообразо-
вание на 50—80 %, а тяжелая мышечная работа — на 400—500 %.
В условиях снижения температуры тела на несколько десятых градуса
теплообразование в мышцах увеличивается, даже если человек находится в
неподвижном состоянии. Рецепторы, воспринимающие холодовое раздра-
жение, рефлекторно возбуждают мышцы, которые при этом непроизволь-
но сокращаются с небольшой амплитудой, но с высокой частотой, что
внешне проявляется в виде дрожи (озноб). При этом значительно увели-
чивается уровень обмена веществ, потребление Oj и углеводов мышечной
тканью, что и влечет за собой повышение теплообразования до 200 %.
Если в этих условиях ввести в организм миорелаксанты — вещества, бло-
кирующие нервно-мышечную передачу, и тем самым устранить мышеч-
ную дрожь, то при понижении температуры окружающей среды темпера-
тура тела снижается значительно быстрее. Образование тепла в организме
за счет тонуса, дрожи или сокращений мышц называют сократительным
термогенезом.
Однако уровень теплообразования в организме гомойотермных живот-
ных зависит не только от мышечной активности, но и от величины основ-
ного обмена, а также его увеличения в связи с приемом пищи (специфи-
ческое динамическое действие пищи).
Установлено, что печенью в сутки вырабатывается приблизительно
350—500 ккал (1466—2095 кДж); сердцем 70—90 ккал (293—377 кДж); поч-
ками 70 ккал (293 кДж); мозгом 50 ккал (209 кДж); непрерывной работой
дыхательных мышц 150 ккал (628 кДж).
10.5. ТЕПЛООТДАЧА - ФИЗИЧЕСКАЯ ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ
Наряду с процессами выработки тепла в организме постоянно происхо-
дит его отдача. Она осуществлятся за счет теплопроведения, конвекции,
теплоизлучения, испарения. Кроме этого, некоторое количество тепла
расходуется на нагревание пищи (до 14 %) и теряется с экскрементами (до
1 %).
Кровь, оттекая от «ядра» тела, а также от работающих мышц, несет теп-
ло к «оболочке». Температура окружающей среды может быть значительно
ниже, чем температура поверхности кожи, может быть одинаковой с ней
или значительно превышать ее. Чем ниже температура окружающей сре-
ды, тем интенсивнее теплоотдача. В этих условиях ее интенсивность опре-
деляется количеством теплой крови, прошедшей через сосуды кожи, кото-
рое зависит от суммарного просвета капилляров кожи и величины объем-
ного кровотока в них.
На холоде кровеносные сосуды кожи, главным образом артериолы, су-
живаются. При этом большее количество крови поступает в сосуды брюш-
483
ной полости и тем самым ограничивается теплоотдача. Поверхностные
слои кожи, получая меньше теплой крови, меньше отдают тепла в окружа-
ющую среду. При сильном охлаждении кожи происходит открытие арте-
риовенозных анастомозов, что значительно уменьшает количество крови,
поступающей в капилляры, и в итоге снижает теплоотдачу. Так, кровоток
к коже кисти руки при температуре ниже 15 °C уменьшается почти в 6 раз.
При более значительном охлаждении сосуды кожи могут спазмироваться,
а кровоток в них уменьшается вплоть до холодового стаза, т.е. до полной
остановки.
Перераспределение крови, происходящее на холоде, — уменьшение ко-
личества крови, циркулирующей через поверхностные сосуды, и увеличе-
ние количества крови, проходящей через сосуды внутренних органов, спо-
собствуют сохранению тепла во внутренних органах. При повышении тем-
пературы окружающей среды сосуды кожи расширяются, количество кро-
ви, циркулирующей в них, увеличивается, что способствует теплоотдаче.
Интенсивность теплоотдачи определяется не только соотношением
температуры кожи и окружающей среды. Она зависит и от некоторых дру-
гих факторов. У животных не последнюю роль играет толщина слоя под-
кожного жира, шерстяной покров и подшерсток, густеющий в зиму, а у
человека — одежда. Одежда уменьшает теплоотдачу. Потере тепла препят-
ствует и тот слой неподвижного воздуха, который находится между одеж-
дой и кожей, так как воздух — плохой проводник тепла.
Теплоизолирующие свойства одежды тем выше, чем мельче ячеистость
ее структуры, содержащей воздух. Этим объясняются хорошие теплоизо-
лирующие свойства шерстяной и меховой одежды. Наоборот, обнаженное
тело теряет тепло, так как воздух на его поверхности все время сменяется.
Поэтому температура кожи обнаженных частей тела намного ниже, чем
одетых.
У человека в состоянии покоя в закрытом помещении либо в безвет-
ренную погоду при температуре воздуха в зоне комфорта и суммарной
теплоотдаче, равной 419 кДж (100 ккал) в час, путем теплоизлучения и
теплопроведения теряется 66 % испарения воды, пота — 19 %, конвек-
ции — 15 % от общей потери тепла организмом. Однако при количествен-
ном изменении соотношения таких факторов, как температура «ядра», ин-
тенсивность объемного кровотока в капиллярах кожи, температура внеш-
ней среды, ее влажность и другие погодные условия, качество одежды,
обуви, а также интенсивность теплообразования, весьма существенно
влияют на соотношение конвекции, теплопроведения, теплоизлучения и
испарения как основных путей теплоотдачи.
Теплопроведение — отдача тепла путем прямого контакта кожи с другими
телами и предметами. Чем выше температура тела по отношению к темпе-
ратуре.предметов, с которыми кожа соприкасается, тем интенсивнее тепло-
отдача теплопроведением. Общее количество теплопотерь этим путем пря-
мо пропорционально времени контакта и площади соприкосновения кожи
с более холодными предметами. Чем ниже теплопроводность кожи (толщи-
на жирового слоя у человека, шерстяной покров у животных), чем ниже
теплопроводность одежды, тем ниже уровень теплоотдачи путем теплопро-
ведения. Влажный воздух, пребывание в холодной воде, влажная одежда
значительно усиливают теплопотери путем теплопроведения. Поэтому по-
гружение в бассейн с холодной водой (например, после разогревания в
финской бане) сопровождается большими потерями тепла путем теплопро-
ведения. Когда же температура среды и предметов, с которыми имеется со-
прикосновение, уравнивается с температурой кожи, теплоотдача путем теп-
484
лопроведения прекращается. Если же температура среды (горячая ванна)
или предметов, с которыми имеется прямой контакт, становится выше, чем
температура кожи, происходит нагревание кожи и тела.
Конвекция — перенос тепла движущейся средой (воздух, вода). Приле-
гающий к коже слой воздуха нагревается до температуры тела и затем, как
более легкий, замещается более плотным холодным воздухом. Чем больше
разница между температурой кожи и воздуха, тем интенсивнее этот путь
теплоотдачи. При выравнивании температур кожи и воздуха конвекция,
как путь теплоотдачи, становится неэффективной. Если же температура
воздуха больше температуры кожи, то происходит не теплоотдача, а нагре-
вание кожи. Понятно, что теплоотдача путем конвекции практически про-
исходит только с непокрытых одеждой участков кожи и ее интенсивность
прямо зависит от их площади.
Теплоотдача путем конвекции значительно возрастает при ветре, нахо-
дясь в прямой зависимости от скорости воздушных потоков, обтекающих
обнаженные участки кожи. Поэтому в холодное время года при сильном
ветре используют плотную одежду, не пропускающую воздушные потоки,
а в жаркое время года усиливают вентиляцию помещения.
Теплоизлучение. Этот путь теплоотдачи называют также радиационным
излучением, или радиацией. Если человек находится в помещении, где
имеются холодные предметы большой теплоемкости (холодные стены, ка-
менные колонны, металлические сейфы, холодильники, холодные окна и
др.), его тело без всякого контакта или соприкосновения с этими предме-
тами излучает в их направлении тепловые лучи инфракрасного диапазона
(электромагнитные волны 5—20 мкм). Тело человека излучает в сторону
холодных теплоемких предметов тепло через воздушную среду, разделяю-
щую их, температура которой может быть ниже, чем температура кожи,
либо равна ей, либо даже превышать ее. Теплоотдача путем излучения
прямо пропорциональна площади обнаженной поверхности тела. Поверх-
ность тела, укрытая одеждой, в теплоизлучении практически участия не
принимает.
Снижения теплоотдачи путем теплоизлучения, конвекции, теплопрове-
дения можно в некоторой степени добиться изменением положения тела.
Когда собаке или кошке холодно, они сворачиваются в клубок, уменьшая
тем самым площадь поверхности тела, что уменьшает теплоотдачу; когда
жарко, животные, наоборот, принимают положение, при котором площадь
поверхности тела максимально возрастает, что увеличивает теплоотдачу.
Этого способа физической терморегуляции не лишен и человек, «сворачи-
ваясь в клубок» во время сна в холодном помещении.
Рудиментарное значение для человека имеет проявление реакции кожных
мышц («гусиная кожа»). У животных при этой реакции изменяется яче-
истость шерстяного покрова и улучшается теплоизолирующая роль шерсти.
Испарение. Организм теряет тепло при испарении с поверхности кожи
или слизистых оболочек воды или пота. Скрытая теплота парообразования
составляет 0,58 ккал (2,43 кДж) на 1 г воды. Это значит, что при испаре-
нии с поверхности кожи или дыхательных путей каждого грамма воды ор-
ганизм отдает 0,58 ккал тепла.
При существовании в зоне комфорта тело человека испаряет 400—500 мл
воды в сутки через дыхательные пути и около 700—800 мл воды через кож-
ные покровы за счет перспирации (неощутимое просачивание), а также
300—500 мл пота.
В этих условиях на испарение приходится до 20 % всей теплоотдачи.
При значительном снижении температуры окружающей среды потоотделе-
485
37 °C
36 °C
Химическая терморегуляция
Клеточный
метаболизм
злучение
Конвекция
Проведение
Испарение
Физическая терморегуляция
Нервные и гуморальные влия—।
ния на клеточный метаболизм
Мышечная деятельность—
Специфически- динами---
ческое влияние пищи
Повышение тонуса---
мышц и дрожь
Реакция кожных сосудов
Потоотделение
----Легочная вентиляция
----Поза
Реакция кожных мышц
(у животных)
Рис. 10.2. Соотношение механизмов физической и химической терморегуляции в
поддержании температуры тела.
ние практически прекращается. Дыхание становится более редким и ин-
тенсивность парообразования через легкие снижается. В этих условиях
доля испарения в общей теплоотдаче снижается, но возрастает роль тепло-
излучения, конвекции, теплопроведения.
В летние месяцы температура окружающего воздуха в средних широтах
нередко равна температуре тела человека и даже превышает ее. Чем выше
температура окружающей среды по отношению к температуре кожи, тем
большее значение приобретает испарение как путь теплоотдачи, сохраня-
ющий постоянство температуры тела. В этих условиях теплопроведение,
конвекция и теплоизлучение практически полностью теряют свою эффек-
тивность и даже приобретают обратную направленность, т.е. способствуют
перегреванию тела.
Испарение воды зависит от относительной влажности воздуха. В насы-
щенном до 100 % водяными парами воздухе вода не испаряется. Поэтому
при значительной влажности воздуха высокая температура переносится
тяжелее, чем при низкой влажности. В насыщенном водяными парами
воздухе (например, в бане) пот выделяется в большом количестве, но не
испаряется, а стекает с кожи.
Такое потоотделение без испарения не эффективно, так как не способ-
ствует отдаче тепла. Только та часть пота, которая испаряется с поверхно-
сти кожи, имеет реальное значение для теплоотдачи. Эта часть пота со-
ставляет так называемое эффективное потоотделение.
Плохо переносится непроницаемая для воздуха одежда (защитная рези-
новая и др.), препятствующая испарению пота: слой воздуха между одеж-
дой и телом быстро насыщается парами воды, и дальнейшее испарение
пота прекращается.
Человек плохо переносит сравнительно невысокую температуру окру-
жающей среды (32 °C) при влажном воздухе. В совершенно сухом воздухе
человек может находиться без заметного перегревания в течение 2—3 ч
при температуре 50—55 °C и 8—10 мин даже при температуре 100—110 °C.
Испарение как один из путей теплоотдачи у детей имеет существенные
особенности. С одной стороны, процесс испарения воды через легкие ре-
486
бенка достаточно интенсивен и даже превышает соответствующий показа-
тель у взрослого. Однако потоотделение у детей значительно менее интен-
сивно, чем у взрослого человека, что резко снижает возможность теплоот-
дачи посредством испарения пота. Окончательно и в полном объеме пото-
вые железы у детей созревают только к 5—7 годам.
У некоторых животных (собаки) потовые железы отсутствуют. В жар-
кую погоду они дышат с открытой пастью, высунув влажный язык, с час-
тотой 130—600 в 1 мин (полипноэ). При такой вентиляции за 1 ч испаря-
ется до 200 г воды, что приводит к теплопотере 116 ккал (486 кДж). Если в
жаркий день собаке надеть намордник и исключить этот путь отдачи теп-
ла, она погибнет от перегревания.
Постоянство температуры тела как важнейший фактор гомеостаза под-
держивается путем взаимодействия механизмов теплообразования и теп-
лоотдачи, находящихся в динамическом равновесии (рис.10.2).
10.6. РЕГУЛЯЦИЯ ИЗОТЕРМИИ
Регуляторные реакции, обеспечивающие сохранение постоянства темпе-
ратуры тела, представляют собой сложные рефлекторные акты, которые
возникают в ответ на раздражение терморецепторов.
Одни из них расположены на периферии: в кожных покровах тела, сли-
зистых оболочках рта, верхних дыхательных путей, желудка и прямой
кишки, стенках подкожных вен, желчном и мочевом пузыре, матке и на-
ружных половых органах; другие — в ЦНС: гипоталамусе, среднем и спин-
ном мозге, коре большого мозга. Наибольшее количество периферических
рецепторов в расчете на единицу поверхности находится в коже лица; зна-
чительно меньше на туловище, еще меньше на нижних конечностях. Часть
из них (тепловые рецепторы) воспринимает тепло, другая часть (холодо-
вые рецепторы) — холод. Только в коже около 30 тыс. тепловых и около
250 тыс. холодовых рецепторов.
От периферических терморецепторов по нервным волокнам группы С и
А5 при температурном равновесии организма и внешней среды в ЦНС по-
ступает стационарная импульсация. Тепловые рецепторы функционируют
в диапазоне 20—50 °C, холодовые — 10—41 °C. При температуре ниже
10 °C у гомойотермных животных наступает холодовая блокада самих хо-
лодовых рецепторов. Холодовые рецепторы в ответ на снижение темпера-
туры реагируют увеличением частоты разрядов с максимумом при темпе-
ратуре 20—30 °C. На повышение температуры они либо не реагируют со-
всем, либо снижают частоту импульсации.
Тепловые рецепторы реагируют увеличением частоты разрядов на по-
вышение температуры с максимумом при 38—41 °C. На охлаждение они
снижают частоту импульсации.
При температуре 45 °C холодовые рецепторы вновь активируются. Этот
феномен объясняет парадоксальное ощущение холода в первые секунды
при погружении руки в горячую воду. При температуре более 50 °C и хо-
лодовые, и тепловые рецепторы повреждаются. При температуре 47—48 °C
возбуждаются болевые рецепторы, что объясняет появление болевых ощу-
щений. При продолжительном действии температурного раздражителя ча-
стота импульсации и холодовых, и тепловых рецепторов снижается, уста-
навливается на новом постоянном уровне. Ощущение тепла и холода при
этом становится менее ярким и даже исчезает.
487
Другая группа терморецепторов, расположенных в ЦНС и прежде всего
в гипоталамусе, реагирует на изменение температуры крови, притекающей
к нервным центрам.
Если у собаки денервировать задние конечности и погрузить их в хо-
лодную воду, можно наблюдать дрожь мышц головы, передних конечно-
стей, туловища, усиление теплообразования. Этот эффект можно объяс-
нить только наличием терморецепторов в ЦНС, чувствительных к пони-
жению температуры крови, так как возможное влияние периферических
терморецепторов в этом опыте исключено. Термочувствительность нейро-
нов гипоталамуса подтверждается и прямыми экспериментами. В хрониче-
ских опытах у кроликов термодами местно разогревали гипоталамус. Уве-
личение температуры на 0,41 °C вызывало расширение сосудов уха кроли-
ка, если температура окружающей среды была в пределах 22—27 °C. При
температуре среды 17—20 °C этот же эффект наблюдали при местном ра-
зогревании центров гипоталамуса на 0,84 °C.
Этот результат указывает на то, что центры гипоталамуса при формиро-
вании ответной реакции реагируют не только на сигналы своих терморе-
цепторов, но также и на импульсацию с периферических терморецепто-
ров, реагирующих на сдвиг температуры внешней среды.
В гипоталамусе различают 3 группы нейронов, принимающих участие в
формировании терморегуляторных реакций. У первой группы очень высока
чувствительность к местным изменениям температур, зависящих от темпе-
ратуры крови, омывающей гипоталамус. Вторая группа нейронов реагиру-
ет на импульсацию от периферических терморецепторов, заложенных в
коже и других органах и тканях. Третья группа нейронов гипоталамуса ин-
тегрирует все сигналы от термочувствительных структур и участвует в вы-
работке терморегуляционных реакций. Гипоталамус координируют много-
численные и сложные процессы, обеспечивающие сохранение температу-
ры тела на постоянном уровне.
При изучении роли различных участков гипоталамуса в терморегуляции
обнаружены ядра, изменяющие процесс теплообразования, и ядра, влияю-
щие на теплоотдачу. Физическая терморегуляция (теплоотдача) контроли-
руется передним отделом гипоталамуса, где наибольшее значение имеет
медиальная передняя преолтическая область. Разрушение этой области не
лишает гомойотермное животное способности переносить холод. Но после
такой операции оно быстро перегревается при высокой температуре окру-
жающей среды, так как повреждены структуры, обеспечивающие механиз-
мы теплоотдачи (потоотделение, расширение сосудов кожи и др.).
Химическая терморегуляция (теплообразование) контролируется задним
отделом гипоталамуса, который считают центром теплообразования, где
наиболее важное значение имеют вентро- и дорсомедиальные ядра. Их
разрушение делает гомойотермных животных неспособными переносить
холод, температура тела у них падает ниже нормальной, и животные впа-
дают в гипотермию. Это происходит потому, что разрушаются структуры,
обеспечивающие механизмы теплообразования.
Ретикулярная формация среднего и спинного мозга также принимает
участие в терморегуляции. Охлаждение спинного мозга, отделенного пере-
резкой от вышележащих отделов ЦНС, вызывает мышечную дрожь, суже-
ние периферических сосудов. Однако одни спинальные механизмы сами
по себе не способны обеспечить постоянство температуры тела.
Таким образом, в ЦНС формируется интегральная реакция на сово-
купность сигналов, поступающих как с периферических, так и централь-
ных терморецепторов. При этом адаптивная регуляция, осуществляемая
за счет сигналов с периферических терморецепторов, предупреждает су-
щественные сдвиги температуры «ядра». Когда же действие внешних тем-
пературных факторов становится интенсивным и изменяется температура
внутренней среды, ведущую роль приобретают сигналы с терморецепто-
ров гипоталамуса, что приводит к более интенсивным терморегулятор-
ным реакциям.
10.7. ГИПОТЕРМИЯ
Обычно система терморегуляции справляется с задачей сохранения
температуры тела на постоянном уровне. Если человек длительное время
находится в условиях значительно пониженной температуры окружающей
среды, температура тела может снизиться ниже нормального уровня. При
снижении температуры ниже 36 °C развивается состояние, называемое ги-
потермией.
В естественных условиях температура тела человека может снижаться
при длительном пребывании на сильном морозе или при попадании в ле-
дяную воду. При этом сначала наблюдается выраженная защитная термо-
регуляционная реакция, проявляющаяся в резком увеличении теплообра-
зования прежде всего за счет мышечной дрожи и активизации вегетатив-
ных функций. При этом увеличиваются ЧСС и ритм дыхания, повышается
кровяное давление, возрастает объем циркулирующей крови. При темпе-
ратуре тела ниже 33 °C активность центров терморегуляции подавляется,
что ведет к снижению термоустойчивости. При этом сосуды кожи расши-
ряются, теплая кровь приливает к коже из глубины тела («ядра»), что вы-
зывает ощущение тепла, покоя; речевой контакт с замерзающим становит-
ся невозможным. При температуре тела 24 °C объем циркулирующей
крови составляет 15—20 % от исходного; при температуре около 20 °C
останавливается сердце и прекращается дыхание.
10.8. ГИПЕРТЕРМИЯ
При продолжительном воздействии высокой температуры окружающей
среды система терморегуляции может оказаться несостоятельной и темпе-
ратура тела поднимется выше 37 °C. Такое состояние называют гипертер-
мией. Температура тела 43—44 °C для человека считается верхним преде-
лом, выше которого жизнь невозможна.
Поступление избыточного тепла из окружающей среды при затрудне-
нии теплоотдачи (100 % влажность воздуха, его неподвижность, пребыва-
ние в замкнутом помещении без проветривания) приводит к перегревании
организма. Дальнейшее повышение температуры тела может привести »
тепловому удару. При легкой форме теплового удара наблюдаются адина
мия, головная боль, тошнота, дыхание и пульс учащены, зрачки расшире
ны, температура тела 37—38 °C. При средней тяжести отмечают интенсив
ную головную боль, рвоту, обмороки. При тяжелой форме теплового удар!
сознание изменено, отмечаются судороги, бред, галлюцинации, темпера
тура тела 41—42 °C.
Повышение температуры тела до 38—41 °C может происходить не то
лько в результате воздействия условий внешней среды, но и вследстви
нарушения механизмов терморегуляции; такое состояние называют лихо
радкой.
48
Глава 11
ВЫДЕЛЕНИЕ. ФИЗИОЛОГИЯ ПОЧКИ
11.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Процесс выделения имеет важнейшее значение для гомеостаза. Органы
выделения обеспечивают освобождение организма от конечных продук-
тов обмена, которые уже не могут быть использованы, чужеродных и
токсичных веществ, а также от избытка воды, солей и органических сое-
динений, поступивших с пищей или образовавшихся в результате обме-
на веществ (метаболизм). В процессе выделения у человека участвуют
почки, легкие, кожа, пищеварительный тракт.
Органы выделения. Основное назначение органов выделения состоит в
поддержании постоянства состава и объема жидкостей внутренней среды
организма, прежде всего крови.
Почки удаляют избыток воды, неорганических и органических веществ,
конечные продукты обмена и чужеродные вещества.
Легкие выводят из организма СО2, воду, некоторые летучие вещества,
например пары эфира и хлороформа при наркозе, пары алкоголя при опь-
янении.
Слюнные и желудочные железы выделяют тяжелые металлы, ряд лекар-
ственных препаратов (морфий, хинин, салицилаты) и чужеродных органи-
ческих соединений.
Экскреторную функцию выполняет печень, удаляя из крови ряд про-
дуктов азотистого обмена.
Поджелудочная железа и кишечные железы экскретируют тяжелые ме-
таллы, лекарственные вещества.
Железы кожи играют существенную роль в выделении. Потовые железы
выводят с потом из организма воду и соли, некоторые органические веще-
ства, в частности мочевину, а при напряженной мышечной работе — мо-
лочную кислоту. Продукты выделения сальных и молочных желез — кожное
сало и молоко имеют самостоятельное физиологическое значение — моло-
ко как продукт питания для новорожденных, а кожное сало — для смазыва-
ния кожи.
11.2. ПОЧКИ И ИХ ФУНКЦИИ
Почки выполняют ряд гомеостатических функций в организме человека
и высших животных.
▲ Участие в регуляции объема крови и внеклеточной жидкости (волюморе-
гуляция).
▲ Регуляция концентрации осмотически активных веществ в крови и дру-
гих жидкостях тела (осморегуляция).
▲ Регуляция ионного состава сыворотки крови и ионного баланса организ-
ма (ионная регуляция).
▲ Участие в регуляции кислотно-основного состояния (стабилизация pH
крови).
▲ Участие в регуляции артериального давления, эритропоэза, свертыва-
ния крови, модуляции действия гормонов благодаря образованию и вы-
440
делению в кровь биологически активных веществ (инкреторная функ-
ция).
▲ Участие в обмене белков, липидов и углеводов (метаболическая функ-
ция).
▲ Выделение из организма конечных продуктов азотистого обмена и чуже-
родных веществ, избытка органических веществ (глюкоза, аминокисло-
ты и др.), поступивших с пищей или образовавшихся в процессе пищева-
рения и метаболизма (экскреторная функция).
Таким образом, роль почки в организме нс ограничивается только вы-
делением конечных продуктов и избытка неорганических и органических
веществ. Почка является гомеостатическим органом, участвующим в под-
держании постоянства основных физико-химических констант жидкостей
внутренней среды, в циркуляторном гомеостазе, стабилизации содержания
обмена различных органических веществ в крови.
Следует разграничить два понятия — функции почки, т.е. физиологиче-
скую роль почек в организме, и процессы, обеспечивающие выполнение
этих функций почек. К последним относятся: 1) ультрафильтрация крови
в клубочках, 2) реабсорбция и 3) секреция веществ в канальцах, 4) синтез
новых соединений, в том числе и биологически активных веществ.
При описании деятельности почки используют термин «секреция», который
имеет ряд значений. В одном случае этот термин означает перенос вещества клет-
ками нефрона из крови в просвет канальца в неизмененном виде, что обусловли-
вает экскрецию этого вещества почкой (например, секреция гиппурана, секреция
ионов калия). В другом случае термин «секреция» означает синтез и секрецию
клетками в почке биологически активных веществ (например, секреция ренина,
простагландинов) и их поступление в русло крови. Наконец, синтез в клетках ка-
нальцев веществ, которые поступают в просвет канальца и экскретируются с мо-
чой, также обозначают термином «секреция».
11.2.1. Методы изучения функций почек
Для исследования деятельности почек у человека и животных применя-
ют различные методы, с помощью которых определяют объем и состав вы-
деляющейся мочи, оцениваются характер работы клеток почечных каналь-
цев, изменения в составе крови, оттекающей от почки. Важную роль ь
изучении функции почки сыграли методы ее исследования у животных в
естественных условиях. В 1883 г. И.П. Павлов разработал метод наложе-
ния фистулы мочевого пузыря. В 1924 г. Л.А. Орбели предложил способ
раздельного выведения на кожу живота мочеточников каждой почки, что
позволило изучать на одном животном регуляцию функции почек, одна из
которых была денервирована, а вторая служила контролем.
Современные представления о функции почки во многом основаны
на данных применения методов микропункции и микроперфузии отдель-
ных почечных канальцев. Впервые извлечение жидкости микропипеткой
из почечной капсулы осуществил в 1924 г. А. Ричардс в Пенсильванском
университете. В настоящее время с помощью' методов микропункции,
микроперфузии, микроэлектродной техники исследуют роль каждого из
отделов нефрона в мочеобразовании. Применение микроэлектродов и
ультрамикроанализа жидкости, извлеченной микропипеткой, позволя-
ет изучать механизм транспорта веществ через мембраны клеток ка-
нальцев.
491
При исследовании функции почек человека и животных используют
метод «очищения» (клиренс): сопоставление концентрации определенных
веществ в крови и моче позволяет рассчитать величины основных про-
цессов, лежащих в основе мочеобразования (клубочковая фильтрация, ка-
нальцевая реабсорбция и секреция веществ в канальцах). Этот метод полу-
чил широкое применение в клинике. Для изучения роли почки в синтезе
новых соединений сопоставляют состав крови почечной артерии и вены.
Исследование метаболизма отдельных участков почечных канальцев, по-
лученных с помощью метода микродиссекции, использование тканевых
культур, методов электронной цитохимии, биохимии, иммунохимии, мо-
лекулярной биологии и электрофизиологии дает возможность понять ме-
ханизм работы клеток почечных клубочков и канальцев, их роль в выпол-
нении различных функций почки.
11.2.2. Нефрон и его кровоснабжение
Строение нефрона. В каждой почке человека содержится около 1 млн
функциональных единиц — нефронов, в которых происходит образование
мочи (рис. 11.1). Каждый нефрон начинается почечным, или мальпигие-
вым, тельцем — двустенной капсулой клубочка (капсула Шумлянского —
Боумена), внутри которой находится клубочек капилляров. Внутренняя
поверхность капсулы выстлана эпителиальными клетками; образующаяся
полость между висцеральным и париетальным листками капсулы перехо-
дит в просвет проксимального извитого канальца. Особенностью клеток
этого канальца является наличие щеточной каемки — большого количест-
ва микроворсинок, обращенных в просвет канальца. Следующий отдел
нефрона — тонкая нисходящая часть петли нефрона (петля Генле). Ее
стенка образована низкими плоскими эпителиальными клетками. Нисхо-
дящая часть петли может опускаться глубоко в мозговое вещество, где ка-
налец изгибается на 180°, и поворачивает в сторону коркового вещества
почки, образуя восходящую часть петли нефрона. Она может включать
тонкую и всегда имеет толстую восходящую часть, которая поднимается до
уровня клубочка своего же нефрона, где начинается дистальный извитой
каналец. Этот отдел канальца обязательно прикасается к клубочку между
приносящей и выносящей артериолами в области плотного пятна (см. рис.
11.1). Клетки толстого восходящего отдела петли Генле и дистального из-
витого канальца лишены щеточной каемки, в них много митохондрий и
увеличена поверхность базальной плазматической мембраны за счет
складчатости. Конечный отдел нефрона — короткий связующий каналец,
впадает в собирательную трубку. Начинаясь в корковом веществе почки,
собирательные трубки проходят через мозговое вещество и открываются в
полость почечной лоханки. Диаметр капсулы клубочка около 0,2 мм, об-
щая длина канальцев одного нефрона у человека достигает 35—50 мм.
Исходя из особенностей структуры и функции почечных канальцев,
различают следующие сегменты нефрона: 1) проксимальный, в состав ко-
торого входят извитая и прямая части проксимального канальца; 2) тон-
кий отдел петли нефрона, включающий нисходящую и тонкую восходя-
щую части петли; 3) дистальный сегмент, образованный толстым восходя-
щим отделом петли нефрона, дистальным извитым канальцем и связую-
щим отделом. Канальцы нефрона соединены с собирательными трубками,
которые в сформировавшейся почке функционально близки дистальному
сегменту нефрона.
492
Рис. 11.1. Строение нефрона.
А — юкстамедуллярный нефрон; Б — интракортикальный нефрон; 1 — почечное тельце,
включающее капсулу клубочка и клубочек капилляров; 2 — проксимальный извитой кана-
лец; 3 — проксимальный прямой каналец; 4 — нисходящее тонкое колено петли нефрона;
5 — восходящее тонкое колено петли нефрона; 6 — дистальный прямой каналец (толстое
восходящее колено петли нефрона); 7 — плотное пятно (macula densa) дистального каналь-
ца; 8 — дистальной извитой каналец; 9 — связующий каналец; 10 — собирательная трубка
коркового вещества почки; 11 — собирательная трубка наружного мозгового вещества; 12 —
собирательная трубка внутреннего мозгового вещества. Прерывистой линией с резким изги-
бом в корковом веществе обозначена зона мозгового вещества
В почке функционирует несколько типов нефронов: суперфициалъные
(поверхностные), интракортикалъные и юкстамедуллярные. Различие меж-
ду ними заключается в локализации в почке, величине клубочков (юкста-
медуллярные крупнее суперфициальных), глубине расположения клубоч-
ков и проксимальных канальцев в корковом веществе почки (клубочки
юкстамедуллярных нефронов лежат у границы коркового и мозгового ве-
493
щества) и в длине отдельных участков нефрона, особенно петель нефрона.
Суперфициальные нефроны имеют короткие петли Генле; юкстамедулляр-
ные, напротив, длинные, спускающиеся во внутреннее мозговое вещество
почки. Характерна строгая зональность распределения канальцев внутри
почки (см. рис. 11.2).
Большое функциональное значение имеет зона почки, в которой распо-
ложен каналец (в корковом или мозговом веществе). В корковом веществе
находятся почечные клубочки, проксимальные и дистальные отделы кана-
льцев, связующие отделы. В наружной полоске наружного мозгового веще-
ства находятся нисходящие и толстые восходящие отделы петель нефро-
нов, собирательные трубки; во внутреннем мозговом веществе располага-
ются тонкие отделы петель нефронов и собирательные трубки. Расположе-
ние каждой из частей нефрона в почке чрезвычайно важно и определяет
форму участия тех или иных нефронов в деятельности почки, в частности
в осмотическом концентрировании мочи.
Кровоснабжение почки. В обычных условиях через обе почки, масса
которых составляет лишь около 0,43 % от массы тела здорового человека,
проходит от /5 до крови, поступающей из сердца в аорту. Кровоток
по корковому веществу почки достигает 4—5 мл/мин на 1 г ткани; это
наиболее высокий уровень органного кровотока. Особенность почеч-
ного кровотока состоит в том, что в условиях изменения системного АД
в широких пределах (90—-190 мм рт. ст.) он остается постоянным. Это
обусловлено специальной системой саморегуляции кровообращения в
почке.
Короткие почечные артерии отходят от брюшного отдела аорты, раз-
ветвляются в почке на все более мелкие сосуды, и одна приносящая (аф-
ферентная) артериола входит в клубочек. Здесь она распадается на ка-
пиллярные петли, которые, сливаясь, образуют выносящую (эфферент-
ная) артериолу, по которой кровь оттекает от клубочка. Диаметр эффе-
рентной артериолы уже, чем афферентной. Вскоре после отхождения
от клубочка эфферентная артериола вновь распадается на капилляры,
образуя густую сеть вокруг проксимальных и дистальных извитых ка-
нальцев.
Таким образом, большая часть крови в почке дважды проходит через
капилляры — вначале в клубочке, а затем у канальцев. Отличие крово-
снабжения юкстамедуллярного нефрона заключается в том, что эфферент-
ная артериола, выйдя из клубочка, не распадается на околоканальцевую
капиллярную сеть, а образует прямые сосуды, спускающиеся в мозговое
вещество почки. Эти сосуды обеспечивают кровоснабжение мозгового
вещества почки; кровь из околоканальцевых капилляров и прямых сосу-
дов оттекает в венозную систему и по почечной вене поступает в ниж-
нюю полую вену.
Юкстагломерулярный аппарат морфологически образует подобие треу-
гольника, две стороны которого представлены подходящими к клубочку
афферентной и эфферентной артериолами, а основание — клетками плот-
ного пятна (mucula densa) дистального канальца. Внутренняя поверхность
афферентной артериолы выстлана эндотелием, а мышечный слой вблизи
клубочка замещен крупными эпителиальными клетками, содержащими
секреторные гранулы. Клетки плотного пятна тесно соприкасаются с юк-
стагломерулярным веществом, состоящим из ячеистой сети с мелкими
клетками и переходящим в клубочек, где расположена мезангиальная
ткань. Юкстагломерулярный аппарат участвует в секреции ренина и ряда
других биологически активных веществ.
494
11.2.3. Процесс мочеобразования
Образование конечной мочи является результатом трех последователь-
ных процессов.
▲ В почечных клубочках происходит начальный этап мочеобразования —
клубочковая, или гломерулярная, фильтрация, ультрафильтрация безбел-
ковой жидкости из плазмы крови в капсулу почечного клубочка, в резу-
льтате чего образуется первичная моча.
▲ Канальцевая реабсорбция — процесс обратного всасывания профильтро-
вавшихся веществ и воды.
▲ Секреция — клетки некоторых отделов канальца переносят из внеклеточ-
ной жидкости в просвет нефрона (секретируют) ряд органических и не-
органических веществ либо выделяют в просвет канальца молекулы,
синтезированные в клетке канальца.
Скорость гломерулярной фильтрации, реабсорбции и секреции регули-
руется в зависимости от состояния организма при участии гормонов, эф-
ферентных нервов или локально образующихся биологически активных
веществ.
11.2.3.1. Клубочковая фильтрация
Мысль о фильтрации воды и растворенных веществ как первом этапе
мочеобразования была высказана в 1842 г. немецким физиологом К. Люд-
вигом. В 20-х годах XX столетия американскому физиологу А. Ричардсу в
прямом эксперименте удалось подтвердить это предположение — с помо-
щью микроманипулятора он пунктировал микропипеткой капсулу клубоч-
ка и извлек из нее жидкость, действительно оказавшуюся ультрафильтра-
том плазмы крови.
Ультрафильтрация воды и низкомолекулярных компонентов из плазмы
крови происходит через клубочковый фильтр. Этот фильтрационный барьер
почти непроницаем для высокомолекулярных веществ. Процесс ультрафиль-
трации обусловлен разностью между гидростатическим давлением крови,
гидростатическим давлением в капсуле клубочка и онкотическим давлением
белков плазмы крови. Общая поверхность капилляров клубочка больше об-
щей поверхности тела человека и достигает 1,5 м2 на 100 г массы почки.
Фильтрующая мембрана (фильтрационный барьер), через которую про-
ходит жидкость из просвета капилляра в полость капсулы клубочка, состо-
ит из трех слоев: эндотелиальных клеток капилляров, базальной мембраны
и эпителиальных клеток висцерального (внутреннего) листка капсулы —
подоцитов (рис. 11.2).
Клетки эндотелия, кроме области ядра, очень истончены, толщина ци-
топлазмы боковых частей клетки менее 50 нм; в цитоплазме имеются
круглые или овальные отверстия (поры) размером 50—100 нм, которые за-
нимают до 30 % поверхности клетки. При нормальном кровотоке наибо-
лее крупные белковые молекулы образуют барьерный слой на поверхности
пор эндотелия и затрудняют движение через них альбуминов, ограничивая
тем самым прохождение форменных элементов крови и белков через эн-
дотелий. Другие компоненты плазмы крови и вода могут свободно прохо-
дить через эндотелий и достигать базальной мембраны.
Базальная мембрана — важнейшая составная часть фильтрующей мемб-
раны клубочка. У человека толщина базальной мембраны 250—400 нм. Эта
495
4
1
Рис. 11.2. Строение фильтрующей
мембраны клубочка.
1 — эндотелий; 2 — базальная мембра-
на; 3 — подоцит; 4 — отверстие в эндо-
телии; 5 — щелевая мембрана подоцита.
мембрана состоит из трех слоев — центрального и двух периферических.
Поры в базальной мембране препятствуют прохождению молекул диамет-
ром больше 6 нм.
Наконец, важную роль в качестве барьера для фильтруемых веществ
играют щелевые мембраны между «ножками» подоцитов. Эти эпителиаль-
ные клетки обращены в просвет капсулы почечного клубочка и имеют от-
ростки — «ножки», которыми прикрепляются к базальной мембране. Ба-
зальная мембрана и щелевые мембраны между этими «ножками» ограни-
чивают фильтрацию веществ, диаметр молекул которых больше 6,4 нм
(т.е. не проходят вещества, радиус молекулы которых превышает 3,2 нм).
Поэтому в просвет нефрона свободно проникает инулин (радиус молекулы
1,48 нм, мол. м. около 5200), может фильтроваться лишь 22 % яичного
альбумина (радиус мол. 2,85 нм, мол. м. 43 500), 3 % гемоглобина (радиус
мол. 3,25 нм, мол. м. 68 000) и меньше 1 % сывороточного альбумина (ра-
диус мол. 3,55 нм, мол. м. 69 000).
Прохождению белков через клубочковый фильтр препятствуют отрица-
тельно заряженные молекулы — полианионы, входящие в состав вещества
базальной мембраны, и сиалогликопротеиды в выстилке, лежащей на по-
верхности подоцитов и между их «ножками». Ограничение для фильтра-
ции белков, имеющих отрицательный заряд, обусловлено размером пор
клубочкового фильтра и их электронегативностью. Таким образом, состав
клубочкового фильтрата зависит от свойств эпителиального барьера и ба-
зальной мембраны. Естественно, размер и свойства пор фильтрационного
барьера вариабельны, поэтому в обычных условиях в ультрафильтрате об-
наруживают лишь следы белковых фракций, характерных для плазмы кро-
ви. Прохождение достаточно крупных молекул через поры зависит не то-
лько от их размера, но и конфигурации молекулы, ее заряда и пространст-
венного соответствия форме поры.
Величина клубочковой фильтрации зависит от разности между гидроста-
тическим давлением крови (около 70 мм рт. ст. в капиллярах клубочка), он-
котическим давлением белков плазмы крови (около 30 мм рт. ст.) и гидро-
статическим давлением в капсуле клубочка (около 20 мм рт. ст.). Эффек-
тивное фильтрационное давление, т.е. давление, которое определяет клу-
бочковую фильтрацию, составляет примерно 20 мм рт. ст. [70 мм рт. ст. —
(30 мм рт. ст. + 20 мм рт. ст.) = 20 мм рт. ст.]. Фильтрация происходит толь-
ко в том случае, если давление крови в капиллярах клубочков превышает
сумму онкотического давления белков в плазме и величину давления жид-
кости в капсуле клубочка.
Ультрафильтрат практически не содержит белков; он подобен плазме
по общей концентрации осмотически активных веществ, глюкозы, моче-
вины, мочевой кислоты, креатинина и др. Небольшое различие концент-
рации ряда ионов по обеим сторонам клубочковой мембраны обусловлено
496
равновесием Доннана — наличием в плазме крови анионов, не диффунди-
рующих через мембрану и удерживающих часть катионов. Следовательно,
для расчета количества фильтруемых веществ в клубочках необходимо
учитывать, какая их часть может проходить из плазмы крови в просвет
нефрона через гломерулярный фильтр.
Для внесения поправки на связывание некоторых ионов белками плаз-
мы крови вводится понятие об улыпрафильтруемой фракции (f) — той части
вещества в плазме от общего его количества в плазме крови, которая не
связана с белком и свободно проходит через клубочковый фильтр. Ультра-
фильтруемая фракция для кальция составляет 60 %, магния — 75 %. Эти
величины свидетельствуют о том, что около 40 % кальция и 25 % магния
плазмы связаны с белком и не фильтруются в клубочках. Однако в про-
фильтровавшейся жидкости кальций (и магний) также представлен двумя
фракциями: одна из них — ионизированный кальций (магний), другая —
кальций (магний), связанный с низкомолекулярными соединениями, про-
ходящими через клубочковый фильтр.
В ультрафильтрате обнаруживают следы белка. Различие размера пор в
клубочках даже у здорового человека обусловливает проникновение не-
большого количества обычно измененных белков; из нормальной мочи
удалось выделить в следовых количествах белковые фракции, характерные
для плазмы крови.
Измерение скорости клубочковой фильтрации. Для расчета объема жид-
кости, фильтруемой в 1 мин в почечных клубочках (скорость клубочко-
вой фильтрации), и ряда других показателей процесса мочеобразования
используют методы и формулы, основанные на принципе очищения
(клиренс). Для измерения величины клубочковой фильтрации использу-
ют физиологически инертные вещества, не токсичные и не связывающи-
еся с белком в плазме крови, свободно проникающие через поры мемб-
раны клубочкового фильтра из просвета капилляров вместе с безбелко-
вой частью плазмы. Следовательно, концентрация этих веществ в клу-
бочковой жидкости будет такой же, как в плазме крови. Эти вещества не
должны реабсорбироваться и секретироваться в почечных канальцах, по-
этому с мочой будет выделяться все количество данного вещества, посту-
пившего в просвет нефрона с ультрафильтратом в клубочках. К вещест-
вам, используемым для измерения скорости клубочковой фильтрации,
относятся полимер фруктозы инулин, маннитол, полиэтиленгликоль-400,
креатинин.
Рассмотрим принцип очищения на примере измерения объема клубочковой
фильтрации с помощью инулина. Количество профильтровавшегося в клубочках
инулина (In) равно произведению объема фильтрата (С(П) на концентрацию в нем
инулина (она равна его концентрации в плазме крови, Р|п). Выделившееся за то
же время с мочой количество инулина равно произведению объема экскретиро-
ванной мочи (V) на концентрацию в ней инулина (U]n).
Так как инулин не реабсорбируется и не секретируется, то количество профиль-
тровавшегося инулина (С1п Р|П) равно количеству выделившегося (V Р1п), откуда:
cln = v и1л/р|л.
Эта формула является основной для расчета скорости клубочковой фильтрации.
При использовании других веществ для измерения скорости клубочковой филь-
трации инулин в формуле заменяют на анализируемое вещество и рассчитывают
скорость клубочковой фильтрации данного вещества, например креатинина. Ско-
рость фильтрации жидкости вычисляют в мл/мин; для сопоставления величины
497
клубочковой фильтрации у людей различных массы тела и роста ее относят к
стандартной площади поверхности тела человека (1,73 м2). В норме у мужчин
в обеих почках скорость клубочковой фильтрации на 1,73 м2 составляет около
125 мл/мин, у женщин приблизительно 110 мл/мин.
Измеренная с помощью инулина величина фильтрации в клубочках,
называемая также коэффициентом очищения от инулина (инулиновый кли-
ренс), показывает, какой объем плазмы крови освобожден от инулина за
это время. Для измерения очищения от инулина необходимо непрерывно
вводить в вену раствор инулина, чтобы в течение всего исследования под-
держивать постоянной его концентрацию в крови. Очевидно, что это весь-
ма сложно и в клинике не всегда осуществимо, поэтому чаще используют
креатинин — естественный компонент плазмы, по очищению от которого
можно было бы судить о скорости клубочковой фильтрации, хотя с его по-
мощью скорость клубочковой фильтрации измеряется менее точно, чем
при инфузии инулина. При некоторых физиологических, и особенно па-
тологических, состояниях креатинин может реабсорбироваться и секрети-
роваться, поэтому очищение от креатинина не отражает истинной величи-
ны клубочковой фильтрации.
У здорового человека вода попадает в просвет нефрона в результате
фильтрации в клубочках, реабсорбируется в канальцах, и вследствие этого
концентрация инулина растет. Концентрационный показатель инулина
Uin/Pin указывает, во сколько раз уменьшается объем фильтрата при его
прохождении по канальцам. Эта величина имеет важное значение для суж-
дения об особенностях обработки любого вещества в канальцах, для ответа
на вопрос о том, подвергается ли вещество реабсорбции или секретируется
клетками канальцев. Если концентрационный показатель данного вещест-
ва X Ux/Px меньше, чем одновременно измеренная величина Ujn/Pin, то
это указывает на реабсорбцию вещества X в канальцах. Если Ux/Px боль-
ше, чем Ujn/Pin, то это указывает на его секрецию. Отношение концентра-
ционных показателей вещества X и инулина Ux/Px U[n/Pin носит назва-
ние экскретируемой фракции (EF).
11.2.3.2 . Канальцевая реабсорбция
Начальный этап мочеобразования, приводящий к фильтрации всех низ-
комолекулярных компонентов плазмы крови, неизбежно должен сочетать-
ся с существованием в почке систем, реабсорбирующих все ценные для
организма вещества. В обычных условиях в почке человека за сутки обра-
зуется до 180 л фильтрата, а выделяется 1,0—1,5 л мочи, остальная жид-
кость всасывается в канальцах. Роль клеток различных сегментов нефрона
в реабсорбции неодинакова. Проведенные на животных опыты с извлече-
нием микропипеткой жидкости из различных участков нефрона позволили
выяснить особенности реабсорбции различных веществ в разных частях
почечных канальцев (рис. 11.3). В проксимальном сегменте нефрона прак-
тически полностью реабсорбируются аминокислоты, глюкоза, витамины,
белки, микроэлементы, значительное количество ионов Na+, СГ, НСОз
В последующих отделах нефрона всасываются преимущественно электро-
литы и вода.
Реабсорбция натрия и хлора представляет собой наиболее значительный
по объему и энергетическим тратам процесс. В проксимальном канальце в
результате реабсорбции большинства профильтровавшихся веществ и
498
Г люкоза
Г идрокарбонат^
Натрий
Калий
Магний
Кальций
Фосфат
Сульфат
Аминокислоты
Витамины
Белок
Мочевина
Хлор
Натрий
Вода
сг
Са2+
НСО3“
Мд2*
Na+
Na*
NH
Холин
Mg
ПАГ
К'
Диодраст
Са2+
Пенициллин;
СГ
Вода
Мочевина
К*
NH
Вода
Вода
Рис. 11.3. Локализация реабсорбции и секреции веществ в почечных канальцах.
Направление стрелок указывает на фильтрацию, реабсорбцию и секрецию ве-
ществ.
воды объем первичной мочи уменьшается, и в начальный отдел петли
нефрона поступает около профильтровавшейся в клубочках жидкости.
Из всего количества натрия, поступившего в нефрон при фильтрации, в
петле нефрона всасывается до 25 %, в дистальном извитом канальце —
около 9 % и менее 1 % реабсорбируется в собирательных трубках или эк-
скретируется с мочой,
Реабсорбция в дистальном сегменте характеризуется тем, что клетки
переносят меньшее, чем в проксимальном канальце, количество ионов, но
против большего градиента концентрации. Этот сегмент нефрона и соби-
рательные трубки играют важнейшую роль в регуляции объема выделяе-
мой мочи и концентрации в ней осмотически активных веществ (осмоти-
499
ческая концентрация)1. В конечной моче концентрация натрия может
снижаться до 1 ммоль/л по сравнению со 140 ммоль/л в плазме крови.
В дистальном канальце калий не только реабсорбируется, но и секретиру-
ется при его избытке в организме.
В проксимальном отделе нефрона реабсорбция натрия, калия, хлорки дру-
гих веществ происходит через высокопроницаемую для воды мембрану стен-
ки канальца. Напротив, в толстом восходящем отделе петли нефрона, ди-
стальных извитых канальцах и собирательных трубках реабсорбция ионов и
воды происходит через малопроницаемую для воды стенку канальца; прони-
цаемость мембраны для воды в отдельных участках нефрона и собирательных
трубках может регулироваться, а величина проницаемости изменяется в за-
висимости от функционального состояния организма (факультативная реаб-
сорбция). Под влиянием импульсов, поступающих по эфферентным нервам,
и при действии биологически активных веществ реабсорбция натрия и хлора
регулируется в проксимальном отделе нефрона. Это особенно отчетливо
проявляется в случае увеличения объема крови и внеклеточной жидкости,
когда уменьшение реабсорбции в проксимальном канальце способствует
усилению экскреции ионов и воды и тем самым — восстановлению водно-
солевого равновесия. В проксимальном канальце всегда сохраняется изоос-
мия. Стенка канальца проницаема для воды, и объем реабсорбируемой воды
определяется количеством реабсорбируемых осмотически активных веществ,
за которыми вода движется по осмотическому градиенту. В конечных частях
дистального сегмента нефрона и собирательных трубках проницаемость
стенки канальца для воды регулируется вазопрессином.
Факультативная реабсорбция воды зависит от осмотической проницае-
мости канальцевой стенки, величины осмотического градиента и скорости
движения жидкости по канальцу.
Для характеристики всасывания различных веществ в почечных каналь-
цах существенное значение имеет представление о пороге выведения. Непо-
роговые вещества выделяются при любой их концентрации в плазме крови
(и соответственно в ультрафильтрате). Такими веществами являются ину-
лин, маннитол. Порог выведения практически всех физиологически важ-
ных, ценных для организма веществ различен. Так, выделение глюкозы с
мочой (глюкозурия) наступает тогда, когда ее концентрация в клубочковом
фильтрате (и в плазме крови) превышает 10 ммоль/л. Физиологический
смысл этого явления будет раскрыт при описании механизма реабсорбции.
Механизмы канальцевой реабсорбции. Обратное всасывание различных
веществ в канальцах обеспечивается активным и пассивным транспортом.
Если вещество реабсорбируется против электрохимического и концентра-
ционного градиентов, процесс называется активным транспортом. Разли-
чают два вида активного транспорта — первично-активный и вторич-
но-активный. Первично-активным транспорт называется в том случае, ког-
да происходит перенос вещества против электрохимического градиента за
счет энергии, клеточного метаболизма. Примером служит транспорт ионов
Na+, который происходит при участии фермента №+-К+-АТФазы, ис-
пользующей энергию АТФ. Вторично-активным называется перенос веще-
ства против концентрационного градиента, но без затраты энергии клетки
непосредственно на этот процесс; так реабсорбируются глюкоза, амино-
1 Концентрация осмотически активных веществ; син.: осмотическая концентра-
ция, осмоляльная концентрация, осмоляльность.
500
кислоты. Из просвета канальца эти органические вещества поступают в
клетки проксимального канальца с помощью специального переносчика,
который обязательно должен присоединить ион Na+ Этот комплекс (пе-
реносчик + органическое вещество + Na+) способствует перемещению ве-
щества через мембрану щеточной каемки и его поступлению внутрь клет-
ки. Движущей силой переноса этих веществ через апикальную плазмати-
ческую мембрану служит меньшая по сравнению с просветом канальца
концентрация натрия в цитоплазме клетки. Градиент концентрации на-
трия обусловлен непрестанным активным выведением натрия из клетки во
внеклеточную жидкость с помощью №+-К+-АТФазы, локализованной в
латеральных и базальной мембранах клетки.
Реабсорбция воды, хлора и некоторых других ионов, мочевины осуще-
ствляется с помощью пассивного транспорта — по электрохимическому,
концентрационному или осмотическому градиенту. Примером пассивного
транспорта является реабсорбция в дистальном извитом канальце хлора по
электрохимическому градиенту, создаваемому активным транспортом на-
трия. По осмотическому градиенту транспортируется вода, причем ско-
рость ее всасывания зависит от осмотической проницаемости стенки ка-
нальца и разности концентрации осмотически активных веществ по обеим
сторонам его стенки. В содержимом проксимального канальца вследствие
всасывания воды и растворенных в ней веществ растет концентрация мо-
чевины, небольшое количество которой по концентрационному градиенту
реабсорбируется в кровь.
Достижения в области молекулярной биологии позволили установить
строение молекул ионных и водных каналов (аквапорины), рецепторов,
гормонов и тем самым проникнуть в сущность некоторых клеточных меха-
низмов, обеспечивающих транспорт веществ через стенку канальца. Раз-
личны свойства клеток разных отделов нефрона, неодинаковы свойства
цитоплазматической мембраны в одной и той же клетке. Апикальная мем-
брана клетки, обращенная в просвет канальца, имеет иные характеристи-
ки, чем ее базальная и боковые мембраны, омываемые межклеточной
жидкостью и соприкасающиеся с кровеносным капилляром. Вследствие
этого апикальная и базальная плазматические мембраны участвуют в
транспорте веществ по-разному; специфично и действие биологически ак-
тивных веществ на ту и другую мембраны.
Клеточный механизм реабсорбции ионов рассмотрим на примере Na4-. В
проксимальном канальце нефрона всасывание Na4* в кровь происходит в
результате, ряда процессов, один из которых — активный транспорт Na+ из
просвета канальца, другой — пассивная реабсорбция Na4* вслед за активно
транспортируемыми в кровь как ионами гидрокарбоната, так и С1_ При
введении одного микроэлектрода в просвет канальцев, а второго — в око-
локанальцевую жидкость было выявлено, что разность потенциалов между
наружной и внутренней поверхностью стенки проксимального канальца
оказалась очень небольшой — около 1,3 мВ; в области дистального кана-
льца она может достигать 60 мВ (рис. 11.4). Просвет обоих канальцев
электроотрицателен, а в крови (следовательно, и во внеклеточной жидко-
сти) концентрация Na+ выше, чем в жидкости, находящейся в просвете
этих канальцев, поэтому реабсорбция Na4- осуществляется активно против
градиента электрохимического потенциала. При этом из просвета каналь-
ца Na+ входит в клетку по натриевому каналу или при участии переносчи-
ка. Внутренняя часть клетки заряжена отрицательно, и положительно за-
ряженный Na4* поступает в клетку по градиенту потенциала, движется в
сторону базальной плазматической мембраны, через которую натриевым
501
Рис. 1L4. Механизм реаб-
сорбции натрия в клетке
дистального канальца
нефрона. Объяснение в
тексте.
насосом выводится в межклеточную жидкость; градиент потенциала на
этой мембране достигает 70—90 мВ.
Имеются вещества, которые могут влиять на отдельные элементы сис-
темы реабсорбции Na+ Так, натриевый канал в мембране клетки дисталь-
ного канальца и собирательной трубки блокируется амилоридом и триам-
тереном, в результате чего Na+ не может войти в канал. В клетках имеется
несколько типов ионных насосов. Один из них представляет собой
№+-К+-АТФазу. Этот фермент находится в базальной и латеральных мем-
бранах клетки и обеспечивает транспорт Na+ из клетки в кровь и поступ-
ление из крови в клетку К+ Фермент угнетается сердечными гликозида-
ми, например строфантином, уабаином. В реабсорбции гидрокарбоната
важная роль принадлежит ферменту карбоангидразе, ингибитором которо-
го является ацетазоламид — он прекращает реабсорбцию гидрокарбоната,
который экскретируется с мочой.
Фильтоуемая глюкоза практически полностью реабсорбируется клетками
проксимального канальца, и в норме за сутки с мочой выделяется незначи-
тельное (не более 130 мг) ее количество. Процесс обратного всасывания
глюкозы осуществляется против высокого концентрационного градиента и
является вторично-активным. В апикальной (люминальная) мембране клет-
ки гйЮкоза соединяется с переносчиком, который должен присоединить
также Na+, после чего комплекс транспортируется через апикальную мемб-
рану, т.е. в цитоплазму поступают глюкоза и Na+ Апикальная мембрана от-
личается высокой селективностью и односторонней проницаемостью и не
пропускает ни глюкозу, ни Na+ обратно из клетки в просвет канальца. Эти
вещества движутся к основанию клетки по градиенту концентрации. Пере-
нос глюкозы из клетки в кровь через базальную плазматическую мембрану
носит характер облегченной диффузии, a Na+, как уже отмечалось выше,
удаляется натриевым насосом, находящимся в этой мембране.
Аминокислоты почти полностью реабсорбируются клетками проксималь-
ного канальца. Имеется не менее 4 систем транспорта аминокислот из про-
света канальца в кровь, осуществляющих реабсорбцию нейтральных, двуос-
новных, дикарбоксильных аминокислот. Каждая из этих систем обеспечи-
вает всасывание ряда аминокислот одной группы. Так, система реабсорб-
ции двуосновных аминокислот участвует во всасывании лизина, аргинина,
орнитина и, возможно, цистина. При введении в кровь избытка одной из
этих аминокислот начинается усиленная экскреция почкой аминокислот
502
только данной группы. Системы транспорта отдельных групп аминокислот
контролируются раздельными генетическими механизмами. Описаны на-
следственные заболевания, одним из проявлений которых служит увели-
ченная экскреция определенных групп аминокислот (аминоацидурия).
Выделение с мочой слабых кислот и оснований зависит от их клубочко-
вой фильтрации, процесса реабсорбции или секреции. Процесс выведения
этих веществ во многом определяется «неионной диффузией», влияние
которой особенно сказывается в дистальных канальцах и собирательных
трубках. Слабые кислоты и основания могут существовать в зависимости
от pH среды в двух формах — неионизированной и ионизированной. Кле-
точные мембраны более проницаемы для неионизированных веществ.
Многие слабые кислоты с большей скоростью экскретируются с щелочной
мочой, а слабые основания, напротив, — с кислой. Степень ионизации
оснований увеличивается в кислой среде, но уменьшается в основной. В
неионизированном состоянии эти вещества через липиды мембран прони-
кают в клетки, а затем в плазму крови, т.е. они реабсорбируются. Если
значение pH канальцевой жидкости сдвинуто в кислую сторону, то осно-
вания ионизируются, плохо всасываются и экскретируются с мочой. Ни-
котин — слабое основание, при pH 8,1 ионизируется 50 %, в 3—4 раза бы-
стрее экскретируется с кислой (pH около 5), чем с основной (pH 7,8) мо-
чой. Процесс «неионной диффузии» влияет на выделение почками слабых
оснований и кислот, барбитуратов и других лекарственных веществ.
Небольшое количество профильтровавшегося в клубочках белка реаб-
сорбируется клетками проксимальных канальцев. Выделение белков с мо-
чой в норме составляет не более 20—75 мг/сут, а при заболеваниях почек
оно может возрастать до 50 г/сут. Увеличение выделения белков с мочой
(протеинурия) может быть обусловлено нарушением их реабсорбции либо
увеличением фильтрации.
В отличие от реабсорбции электролитов, глюкозы и аминокислот, кото-
рые, проникнув через апикальную мембрану, в неизмененном виде дости-
гают базальной плазматической мембраны и транспортируются в кровь,
реабсорбция белка обеспечивается принципиально иным механизмом. Бе-
лок попадает в клетку с помощью пиноцитоза. Молекулы профильтровав-
шегося белка адсорбируются на поверхности апикальной мембраны клет-
ки, при этом мембрана участвует в образовании пиноцитозной вакуоли.
Эта вакуоль движется в сторону базальной части клетки. В околоядерной
области, где локализован пластинчатый комплекс (аппарат Гольджи), ва-
куоли могут сливаться с лизосомами, обладающими высокой активностью
ряда ферментов. В лизосомах захваченные белки расщепляются и образо-
вавшиеся аминокислоты, дипептиды удаляются в кровь через базальную
плазматическую мембрану. Однако не все белки подвергаются гидролизу в
процессе транспорта и часть их переносится в кровь в неизмененном виде.
Определение величины реабсорбции в канальцах почки. Обратное всасы-
вание веществ, или, иными словами, их транспорт (Т) из просвета каналь-
цев в тканевую (межклеточную) жидкость и в кровь, при реабсорбции R
(TR) определяется по разности между количеством вещества X (F ₽х fx),
профильтровавшегося в клубочках, и количеством вещества, выделенного
с мочой (Ux V).
т£ = F Рх fx - Ux v,
где F — объем клубочковой фильтрации, fx — фракция вещества X, не
связанная с белками в плазме по отношению к его общей концентрации в
503
плазме крови, Р — концентрация вещества в плазме крови, V — концент-
рация вещества в моче.
По приведенной формуле рассчитывают абсолютное количество реаб-
сорбируемого вещества. При вычислении относительной реабсорбции (% R)
определяют долю вещества, подвергшуюся обратному всасыванию по от-
ношению к количеству вещества, профильтровавшегося в клубочках:
% R = (1 - EFX) 100.
Для оценки реабсорбционной способности клеток проксимальных ка-
нальцев важное значение имеет определение максимальной величины
транспорта глюкозы (Ттс). Эту величину измеряют при полном насыще-
нии глюкозой системы ее канальцевого транспорта. Для этого вводят в
кровь раствор глюкозы и тем самым повышают ее концентрацию в клу-
бочковом фильтрате до тех пор, пока значительное количество глюкозы не
начнет выделяться с мочой:
TmG = F Pg~Ug V,
где F — клубочковая фильтрация, Pg — концентрация глюкозы в плазме
крови, a Ug — концентрация глюкозы в моче; Тт -- максимальный ка-
нальцевый транспорт изучаемого вещества. Величина TmG характеризует
полную загрузку системы транспорта глюкозы; у мужчин эта величи-
на равна 375 мг/мин, а у женщин — 303 мг/мин при расчете на 1,73 м2 по-
верхности тела.
11.2.3.3 . Канальцевая секреция
В выделении продуктов обмена и чужеродных веществ имеет значение
их секреция из крови в просвет канальца против концентрационного и
электрохимического градиентов. Этот дополнительный механизм выделе-
ния ряда веществ, помимо их фильтрации в клубочках, позволяет быстро
экскретировать некоторые органические кислоты и основания, а также не-
которые ионы, например К+ Секреция органических кислот (феноловый
красный, ПАГ, диодраст, пенициллин) и органических оснований (холин)
происходит в проксимальном сегменте нефрона и обусловлена функцио-
нированием специальных систем транспорта. Калий секретируется в ко-
нечных частях дистального сегмента и собирательных трубках. Рассмот-
рим механизм процесса секреции органических кислот на примере выде-
ления почкой ПАГ. При введении ПАГ в кровь человека ее выделение с
мочой зависит от фильтрации в клубочках и секреции клетками каналь-
цев. Когда секреция ПАГ достигает максимального уровня (ТшрАн)> она
становится постоянной и не зависит от содержания ПАГ в плазме крови.
Механизм секреции органических кислот включает ряд этапов. В базаль-
ной плазматической мембране имеется Ма+-К+-АТФаза, которая удаляет
из клетки ионы Na+ и способствует поступлению в клетку ионов КЛ Бо-
лее низкая концентрация в цитоплазме ионов Na+ позволяет поступать
внутрь клетки ионам Na+ по градиенту концентрации при участии натрие-
вых котранспортеров. Один из типов такого котранспортера способствует
поступлению через базальную плазматическую мембрану а-кетоглутарата
и Na+ В этой же мембране имеется анионный обменник, который удаляет
из цитоплазмы а-кетоглутарат в обмен на поступающий из межклеточной
504
жидкости в клетку парааминогиппурат, диодраст или некоторые иные ор-
ганические кислоты. Это вещество движется по клетке в сторону люми-
нальной мембраны и через нее проходит в просвет канальца по механизму
облегченной диффузии. Угнетение дыхания цианидами, разобщение дыха-
ния и окислительного фосфорилирования в присутствии динитрофенола
снижают и прекращают секрецию. Уровень секреции зависит от числа пе-
реносчиков в мембране. Секреция ПАГ возрастает пропорционально уве-
личению концентрации ПАГ в крови до тех пор, пока все молекулы пере-
носчика не насыщаются ПАГ. Максимальная скорость транспорта ПАГ
достигается в тот момент, когда количество ПАГ, доступное для транспор-
та, становится равным количеству молекул переносчика, которые могут
образовывать комплекс с ПАГ.
Поступившая в клетку ПАГ движется по цитоплазме к апикальной
мембране и с помощью имеющегося в ней специального механизма выде-
ляется в просвет канальца. Способность клеток почки к секреции органи-
ческих кислот и оснований носит адаптивный характер. Если в течение
нескольких дней часто инъецировать ПАГ (или пенициллин), то интен-
сивность секреции возрастает. Это обусловлено тем, что в клетках прокси-
мальных канальцев при участии систем белкового синтеза вырабатывают-
ся вещества, являющиеся необходимыми компонентами процесса перено-
са через мембрану органических веществ.
Подобно секреции органических кислот, секреция органических осно-
ваний (например, холин) происходит в проксимальном сегменте нефрона
и характеризуется Тт. Системы секреции органических кислот и основа-
ний функционируют независимо друг от друга, при угнетении секреции
органических кислот секреция оснований не нарушается.
Транспорт в нефроне К+ характеризуется тем, что К+ не только подвер-
гается обратному всасыванию, но и секретируется клетками эпителия ко-
нечных отделов нефрона и собирательных трубок. При реабсорбции из
просвета канальца К+ поступает в эпителиальную клетку, где концентра-
ция К+ во много раз выше, чем в канальцевой жидкости, и К+ диффунди-
рует из клетки через базальную плазматическую мембрану в тканевую ин-
терстициальную жидкость, а затем уносится кровью. При секреции К+ по-
ступает в клетку в обмен на Na+ через эту же мембрану с помощью нат-
рий-калиевого насоса, который удаляет Na+ из клетки; тем самым поддер-
живается высокая внутриклеточная концентрация К+ При избытке К+ в
организме система регуляции стимулирует его секрецию клетками каналь-
цев. Возрастает проницаемость для К+ мембраны клетки, обращенной в
просвет канальца, появляются «каналы», по которым К+ по градиенту
концентрации может выходить из клетки. Скорость секреции К+ зависит
от градиента электрохимического потенциала на этой мембране клетки:
чем больше электроотрицательность апикальной мембраны, тем выше
уровень секреции. При введении в кровь и поступлении в просвет каналь-
ца слабо реабсорбируемых анионов, например сульфатов, увеличивается
секреция К+ Таким образом секреция К+ зависит от его внутриклеточной
концентрации, проницаемости для К+ апикальной мембраны клетки и
градиента электрохимического потенциала этой мембраны. При дефиците
К+ в организме клетки конечных отделов нефрона и собирательных тру-
бок прекращают секрецию К+ и только реабсорбируют его из канальцевой
жидкости. В этом случае К+ из просвета канальца транспортируется через
апикальную плазматическую мембрану внутрь клетки, движется по цито-
плазме в сторону основания клетки и через базальную плазматическую
мембрану поступает в тканевую жидкость, а затем в кровь. Приведенные
505
данные указывают на высокую пластичность клеток этих отделов каналь-
цев, способных под влиянием регуляторных факторов перестраивать свою
деятельность, изменяя направление транспорта К+, осуществляя то его ре-
абсорбцию, то секрецию.
Определение величины канальцевой секреции. Секреторную функцию
проксимальных канальцев измеряют с помощью веществ, которые выде-
ляются из организма главным образом посредством канальцевой секре-
ции. В кровь вводят ПАГ (или диодраст) вместе с инулином, который слу-
жит для измерения клубочковой фильтрации. Величина транспорта (Т) ор-
ганического вещества (Т3рдц) при секреции (S) его из крови в просвет ка-
нальца определяется по разности между количеством этого вещества, вы-
деленным почкой (UpAH V), и количеством попавшего в мочу вследствие
фильтрации в (С1п РрдН):
TSPAH “ Срдн V — С[п РрАН'
Приведенная формула характеризует величину секреции вещества поч-
кой при любом уровне загрузки секреторной системы. В то же время мерой
работы секреторного аппарата почки служит его максимальная загрузка.
При условии полного насыщения секреторного аппарата ПАГ опреде-
ляется величина максимального канальцевого транспорта ПАГ (Тгпрдн),
которая является мерой количества функционирующих клеток прокси-
мальных канальцев. У человека Ттрдц составляет 80 мг/мин на 1,73 м2
поверхности тела.
11.2.4. Определение величины почечного плазмо- и кровотока
Непрямые методы измерения величины почечного кровотока основаны
на оценке способности клеток почечных канальцев к секреции — практи-
чески полному извлечению из околоканальцевой жидкости (и соответст-
венно из плазмы крови) ряда органических кислот и их секреции в про-
свет канальца. С этой целью используют ПАГ или диодраст, которые сек-
ретируются клетками почечных канальцев столь эффективно, что при не-
высокой их концентрации в артериальной крови она полностью очищает-
ся от этих веществ при однократном прохождении через почку. Используя
те же обозначения, можно рассчитать очищение от ПАГ по формуле:
СрАН = V Пран / РрАН-
Это позволяет измерить величину эффективного почечного плазмотока,
т.е. то количество плазмы, которое протекает по сосудам коркового веще-
ства почки и омывает клетки проксимального сегмента нефрона. Так как
эритроциты не содержат ПАГ, для расчета величины эффективного почеч-
ного кровотока (ERBF) необходимо ввести в формулу величину, учитыва-
ющую соотношение между эритроцитами и плазмой крови (показатель ге-
матокрита — Ht):
ERBF = СрАН / (1 - Ht).
Выше шла речь об эффективном плазмотоке и кровотоке. Для опреде-
ления общего кровотока и плазмотока через почки необходимо знать, ско-
лько ПАГ остается в оттекающей из почки крови. Так как считается, что
506
ПАГ полностью извлекается из крови, протекающей по корковому веще-
ству почки, то наличие в почечной вене небольшого количества ПАГ обу-
словлено тем, что часть крови минует корковое вещество почки и посту-
пает в сосуды мозгового вещества. Доля кровотока через мозговое вещест-
во почки составляет около 9 %, а кровоток во внутреннем мозговом веще-
стве (сосочек) равен лишь 1 % от общего почечного кровотока.
У мужчин эффективный почечный плазмоток составляет около
655 мл/мин (на 1,73 м2 площади поверхности тела), общий плазмоток ра-
вен 720 мл/мин, а общий кровоток через почки — 1300 мл/мин. Чтобы
определить, сколько жидкости из плазмы крови подвергается клубочко-
вой фильтрации, рассчитывают фильтрационную фракцию (FF):
FF = С|П / СРАН.
Фильтрационная фракция составляет около 0,2, т.е. равна почти 20 %
от объема плазмы, протекающей через почку.
11.2.5. Синтез веществ в почках
В почках образуются некоторые вещества, выделяемые в мочу (напри-
мер, гиппуровая кислота, аммиак) или поступающие в кровь (ренин, про-
стагландины, глюкоза, синтезируемая в почке, и др.). Гиппуровая кислота
образуется в клетках канальцев из бензойной кислоты и гликокола. В
опытах на изолированной почке было показано, что при введении в арте-
рию раствора бензойной кислоты и гликокола в моче появляется гиппуро-
вая кислота. В клетках канальцев при дезаминировании аминокислот,
главным образом глутамина, из аминогрупп образуется аммиак. Он посту-
пает преимущественно в мочу, частично проникает и через базальную
плазматическую мембрану в кровь, и в почечной вене аммиака больше,
чем в почечной артерии.
11.2.6. Осмотическое разведение
и концентрирование мочи
Способностью к осмотическому разведению мочи, т. е. способностью к
выделению мочи с меньшей концентрацией осмотически активных ве-
ществ, а следовательно, с меньшим осмотическим давлением, чем плазма
крови, обладают почки млекопитающих, птиц, рептилий, амфибий, пре-
сноводных рыб и круглоротых. В то же время способностью к образова-
нию мочи с большей концентрацией осмотически активных веществ, т. е.
с большей осмотической концентрацией, чем кровь, обладают лишь почки
теплокровных животных. Многие исследователи пытались разгадать фи-
зиологический механизм этого процесса, но лишь в начале 50-х годов
XX века была обоснована гипотеза, согласно которой образование осмоти-
чески концентрированной мочи обусловлено деятельностью поворотно-
противоточной множительной системы в почке.
Принцип противоточного обмена достаточно широко распространен в
природе и используется в технике. Механизм работы такой системы рас-
смотрим на примере кровеносных сосудов в конечностях арктических жи-
вотных. Во избежание больших потерь тепла кровь в параллельно распо-
ложенных артериях и венах конечностей течет таким образом, что теплая
507
A
Вена g17o 15o 13° n° y 7° 5° 3° 1°
Артерий Q 19° 17° 15* 13° 11*9* 7° 5° 3°
I II 111 I II ill
300 300 300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
Б
Рис. 11.5. Функционирование
поворотно-противоточной си-
стемы.
А — теплообменник в сосудистой
системе конечностей арктических
животных; Б — модель поворот-
но-противоточной множительной
системы в исходном состоянии
(а) и в периоде эффективного
концентрирования мочи (6). Объ-
яснение в тексте.
артериальная кровь согревает охлажденную венозную кровь, движущуюся
к сердцу (рис. И.5, А). В стопу притекает артериальная кровь низкой тем-
пературы, что резко уменьшает теплоотдачу. Здесь такая система функци-
онирует только как противоточный обменник; в почке же она обладает
множительным эффектом, т. е. увеличением эффекта, достигаемого в каж-
дом из отдельных сегментов системы. Для лучшего понимания ее работы
рассмотрим систему, состоящую из трех параллельно расположенных тру-
бок (рис. 11.5, Б). Трубки I и II дугообразно соединены на одном из кон-
цов. Стенка, общая для обеих трубок, обладает способностью переносить
ионы, но не пропускать воду. Когда в такую систему через вход I налива-
ют раствор концентрации 300 мосмоль/л (рис. 11.5, Б, а) и он не течет, то
через некоторое время в результате транспорта ионов в трубке I раствор
станет гипотоническим, а в трубке II — гипертоническим. В том случае,
когда жидкость течет по трубкам непрерывно, начинается концентрирова-
ние осмотически активных веществ (рис. 11.5, Б, б). Перепад их концент-
раций на каждом уровне трубки вследствие одиночного эффекта транс-
порта ионов нс превышает 200 мосмоль/л, однако по длине трубки проис-
ходит умножение одиночных эффектов, и система начинает работать как
противоточная множительная. Так как по ходу движения жидкости из нее
извлекаются не только ионы, но и некоторое количество воды, концентра-
ция раствора все более повышается по мере приближения к изгибу петли.
В отличие от трубок I и II в трубке III регулируется проницаемость стенок
для воды: когда стенка становится водопроницаемой — начинает пропус-
кать воду, объем жидкости в ней уменьшается. При этом вода идет в сто-
рону большей осмотической концентрации в жидкость возле трубки, а
соли остаются внутри трубки. В результате этого растет концентрация
ионов в трубке III и уменьшается объем содержащейся в ней жидкости.
Концентрация в ней веществ будет зависеть от ряда условий, в том числе
от работы противоточной множительной системы трубок I и II. Как будет
ясно из последующего изложения, работа почечных канальцев в процессе
осмотического концентрирования мочи похожа на описанную модель.
В зависимости от состояния водного баланса организма почки выделя-
ют гипотоническую (осмотическое разведение) или, напротив, осмотиче-
ски концентрированную (осмотическое концентрирование) мочу. В про-
508
Корковое
вещество
Наружное
мозговое
вещество
Внутреннее
мозговое
вещество
А Б
Рис. 11.6. Работа почки при осмотическом концентрировании мочи у млекопита-
ющих.
А — состояние водного диуреза; Б — состояние антидиуреза; Э — электролиты; НЭ — не-
электролиты; ДК — дистальный сегмент нефрона; М — мочевина. Цифры у просвета клу-
бочка обозначают в процентах долю Э и НЭ в воде (Н2О) ультрафильтрата и реабсорбцию
этих веществ (цифры у обозначений Э и НЭ в корковом веществе). Цифры в просвете ка-
нальца и вне нефрона без специальных буквенных обозначений указывают на осмоляль-
ность жидкости в соответствующем месте почки.
цессе осмотического концентрирования мочи в почке принимают участие
все отделы канальцев, сосуды мозгового вещества, интерстициальная
ткань, которые функционируют как поворотно-противоточная множите-
льная система. Из 100 мл фильтрата, образовавшегося в клубочках, около
60—70 мл реабсорбируется к концу проксимального сегмента. Концентра-
ция осмотически активных веществ в оставшейся в канальцах жидкости
такая же, как и в ультрафильтрате плазмы крови, хотя состав жидкости от-
личается от состава ультрафильтрата вследствие реабсорбции ряда веществ
вместе с водой в проксимальном канальце (рис. 11.6). Далее канальцевая
жидкость переходит из коркового вещества почки в мозговое, перемеща-
ясь по петле нефрона до вершины мозгового вещества (где каналец изги-
бается на 180°), переходит в восходящий отдел петли и движется в направ-
лении от мозгового к корковому веществу почки.
Функциональное значение различных отделов петли нефрона неодно-
значно. Поступающая из проксимального канальца в тонкий нисходящий
отдел петли нефрона жидкость попадает в зону почки, в интерстициаль-
ной ткани которой концентрация осмотически активных веществ выше,
чем в корковом веществе почки. Это повышение осмоляльной концентра-
ции в наружной зоне мозгового вещества обусловлено деятельностью тол-
509
стого восходящего отдела петли нефрона. Его стенка непроницаема для
воды, а клетки транспортируют Cl~, Na+ в интерстициальную ткань. Стен-
ка нисходящего отдела петли проницаема для воды. Вода всасывается из
просвета канальца в окружающую интерстициальную ткань по осмотиче-
скому градиенту, а осмотически активные вещества остаются в просвете
канальца. Концентрация осмотически активных веществ в жидкости, по-
ступающей из восходящего отдела петли в начальные отделы дистального
извитого канальца, составляет уже около 200 мосмоль/кг Н2О, т. е. она
ниже, чем в ультрафильтрате. Поступление С1“ и Na+ в интерстициальную
ткань мозгового вещества увеличивает концентрацию осмотически актив-
ных веществ (осмоляльная концентрация) межклеточной жидкости в этой
зоне почки. На такую же величину растет и осмоляльная концентрация
жидкости, находящейся в просвете нисходящего отдела петли. Это обу-
словлено тем, что через водопроницаемую стенку нисходящего отдела пет-
ли нефрона в интерстициальную ткань по осмотическому градиенту пере-
ходит вода, в то же время осмотически активные вещества остаются в про-
свете этого канальца.
Чем дальше от коркового вещества по длиннику почечного сосочка на-
ходится жидкость в нисходящем колене петли, тем выше ее осмоляльная
концентрация. Таким образом, в каждых соседних участках нисходящего
отдела петли имеется лишь небольшое нарастание осмотического давле-
ния, но вдоль мозгового вещества почки осмоляльная концентрация жид-
кости в просвете канальца и в интерстициальной ткани постепенно растет
от 300 до 1450 мосмоль/кг Н2О.
На вершине мозгового вещества почки осмоляльная концентрация
жидкости в петле нефрона возрастает в несколько раз, а ее объем умень-
шается. При дальнейшем движении жидкости по восходящему отделу пет-
ли нефрона, особенно в толстом восходящем отделе петли, продолжается
реабсорбция СГ и Na+, вода же остается в просвете канальца. В началь-
ные отделы дистального извитого канальца всегда — и при водном диуре-
зе, и при антидиурезе — поступает гипотоническая жидкость, концентра-
ция осмотически активных веществ в которой менее 200 мосмоль/кг Н2О.
При уменьшении мочеотделения (антидиурез), вызванном инъекцией
АДГ или секрецией АДГ нейрогипофизом при дефиците воды в организ-
ме, увеличивается проницаемость стенки конечных частей дистального
сегмента (связующий каналец) и собирательных трубок для воды. Из ги-
потонической жидкости, находящейся в связующем канальце и собира-
тельной трубке коркового вещества почки, вода реабсорбируется по осмо-
тическому градиенту, осмоляльная концентрация жидкости в этом отделе
увеличивается до 300 мосмоль/кг Н2О, т. е. становится изоосмотичной
крови в системном кровотоке и межклеточной жидкости коркового веще-
ства почки. Концентрирование мочи продолжается в собирательных труб-
ках; они проходят параллельно канальцам петли нефрона через мозговое
вещество почки. Как отмечалось выше, в мозговом веществе почки посте-
пенно возрастает осмоляльная концентрация жидкости и из мочи, находя-
щейся в собирательных трубках, реабсорбируется вода; концентрация
осмотически активных веществ в жидкости просвета канальца выравнива-
ется с таковой в интерстициальной жидкости на вершине мозгового веще-
ства. В условиях дефицита воды в организме усиливается секреция АДГ,
что увеличивает проницаемость стенок конечных частей дистального сег-
мента и собирательных трубок для воды.
В отличие от наружной зоны мозгового вещества почки, где повышение
осмолярной концентрации основано главным образом на транспорте Na+ и
510
С1~, во внутреннем мозговом веществе почки это повышение обусловлено
участием ряда веществ, среди которых важнейшее значение имеет мочеви-
на — для нее стенки проксимального канальца проницаемы. В проксималь-
ном канальце реабсорбируется до 50 % профильтровавшейся мочевины, од-
нако в начале дистального канальца количество мочевины несколько боль-
ше, чем количество мочевины, поступившей с фильтратом. Оказалось, что
имеется система внутрипочечного кругооборота мочевины, которая участ-
вует в осмотическом концентрировании мочи. При антидиурезе АДГ увели-
чивает проницаемость собирательных трубок мозгового вещества почки не
только для воды, но и для мочевины. В просвете собирательных трубок
вследствие реабсорбции воды повышается концентрация мочевины. Когда
проницаемость канальцевой стенки для мочевины увеличивается, она диф-
фундирует в мозговое вещество почки. Мочевина проникает в просвет пря-
мого сосуда и тонкого отдела петли нефрона. Поднимаясь по направлению
к корковому веществу почки по прямому сосуду, мочевина непрерывно
участвует в противоточном обмене, диффундирует в нисходящий отдел пря-
мого сосуда и нисходящую часть петли нефрона. Постоянное поступление
во внутреннее мозговое вещество мочевины, Na+ и С1", реабсорбируемых
клетками тонкого восходящего отдела петли нефрона и собирательных тру-
бок, удержание этих веществ благодаря деятельности противоточной систе-
мы прямых сосудов и петель нефрона обеспечивают повышение концентра-
ции осмотически активных веществ во внеклеточной жидкости во внутрен-
нем мозговом веществе почки. Вслед за увеличением осмоляльной концен-
трации окружающей собирательную трубку интерстициальной жидкости
возрастает реабсорбция воды из нее и повышается эффективность осморе-
гулирующей функции почки. Эти данные об изменении проницаемости ка-
нальцевой стенки для мочевины позволяют понять, почему очищение от
мочевины уменьшается при снижении мочеотделения.
Прямые сосуды мозгового вещества почки, подобно канальцам петли
нефрона, образуют противоточную систему. Благодаря такому расположе-
нию прямых сосудов обеспечивается эффективное кровоснабжение мозго-
вого вещества почки, но не происходит вымывания из крови осмотически
активных веществ, поскольку при прохождении крови по прямым сосудам
наблюдаются такие же изменения ее осмотической концентрации, как и в
тонком нисходящем отделе петли нефрона. При движении крови по на-
правлению к вершине мозгового вещества концентрация осмотически ак-
тивных веществ в ней постепенно возрастает, а во время обратного движе-
ния крови к корковому веществу соли и другие вещества, диффундирую-
щие через сосудистую стенку, переходят в интерстициальную ткань. Тем
самым сохраняется градиент концентрации осмотически активных ве-
ществ внутри почки и прямые сосуды функционируют как противоточная
система. Скорость движения крови по прямым сосудам определяет коли-
чество удаляемых из мозгового вещества солей и мочевины и отток реаб-
сорбируемой воды.
В случае водного диуреза функции почек отличаются от описанной ра-
нее картины. Проксимальная реабсорбция не изменяется, в дистальный
сегмент нефрона поступает такое же количество жидкости, как и при ан-
тидиурезе. Осмоляльность мозгового вещества почки при водном диурезе
в 3 раза меньше, чем на максимуме антидиуреза, а осмотическая концент-
рация жидкости, поступающей в дистальный сегмент нефрона, такая же —
приблизительно 200 мосмоль/кг HjO. При водном диурезе стенка конеч-
ных отделов почечных канальцев остается водопроницаемой, а из протека-
ющей мочи клетки продолжают реабсорбировать Na+. В итоге выделяется
511
гипотоническая моча, концентрация осмотически активных веществ в ко-
торой может снижаться до 50 мосмоль/кг HjO. Проницаемость канальцев
для мочевины низкая, поэтому мочевина экскретируется с мочой, не на-
капливаясь в мозговом веществе почки.
Таким образом, деятельность петли нефрона, конечных частей дисталь-
ного сегмента и собирательных трубок обеспечивает способность почек
вырабатывать большие объему разведенной (гипотоническая) мочи — до
900 мл/ч, а при дефиците воды экскретировать всего 10—12 мл/ч мочи, в
4,5 раза более осмотически концентрированной, чем кровь. Способность
почки осмотически концентрировать мочу исключительно развита у неко-
торых пустынных грызунов, что позволяет им длительное время обходить-
ся без воды.
11.2.7. Гомеостатические функции почек
Для поддержания почками постоянства объема и состава внутренней
среды, и прежде всего крови, существуют специальные системы рефлек-
торной регуляции, включающие специфические рецепторы, афферентные
пути и нервные центры, где происходит переработка информации. Коман-
ды к почке поступают по эфферентным нервам или гуморальным путем.
В целом перестройка работы почки, ее приспособление к непрестанно
изменяющимся условиям определяются преимущественно влиянием на
гломерулярный и канальцевый аппарат аргинин-вазопрессина [антидиуре-
тический гормон (АДГ)], альдостерона, паратирина и ряда других гормо-
нов.
Роль почек в осмо- и во л юмо регуляции. Почки являются основным ор-
ганом осморегуляции. Они обеспечивают выделение избытка воды из ор-
ганизма в виде гипотонической мочи при увеличенном содержании воды
(гипергидратация) или экономят воду и экскретируют мочу, гипертониче-
скую по отношению к крови, при обезвоживании организма (дегидрата-
ция).
После питья воды или при ее избытке в организме снижается концент-
рация растворенных осмотически активных веществ в крови и падает ее
осмоляльность. Это уменьшает активность центральных осморецепторов,
расположенных в области супраоптического ядра гипоталамуса, а также
периферических осморецепторов, имеющихся в печени, почке и других ор-
ганах, что приводит к снижению секреции АДГ нейрогипофизом и увели-
чению выделения воды почкой. Центральные осморецепторы открыл анг-
лийский физиолог Верней, а представление об осморегулирующем реф-
лексе и периферических осморецепторах разработал А. Г Гинецинский.
При обезвоживании организма или введении в сосудистое русло гипер-
тонического раствора NaCl увеличивается концентрация осмотически ак-
тивных веществ в плазме крови, возбуждаются осморецепторы, усиливает-
ся секреция АДГ, возрастает всасывание воды в канальцах, уменьшается
мочеотделение и выделяется осмотически концентрированная моча (схема
11.1). В эксперименте было показано, что, помимо осморецепторов, сек-
рецию АДГ стимулируют натрийрецепторы. При введении в область
III желудочка мозга гипертонического раствора NaCl наблюдался антидиу-
рез, если же вводить в то же место гипертонический раствор сахарозы, то
мочеотделение не уменьшается.
Осморецепторы высокочувствительны к сдвигам концентрации осмоти-
чески активных веществ в плазме крови. При увеличении концентрации в
512
Схема 11.1. Регуляция водо- и электролитовыделительной функции почки
плазме осмотически активных веществ на 1 % (около 3 мосмоль/кг HjO)
концентрация аргинин-вазопрессина в плазме крови у человека возрастает
на 1 пг/мл* Повышение концентрации осмотически активных веществ в
плазме на 1 мосмоль/кг НгО вызывает благодаря выделению АДГ увеличе-
ние осмотической концентрации мочи почти на 100 мосмоль/кг HjO, а
переход от состояния водного диуреза до максимального осмотического
концентрирования мочи требует десятикратного возрастания активности
АДГ в крови — с 0,5 до 5 пг/мл.
Помимо осмо- и натрийрецепторов, уровень секреции АДГ определяет
активность волюморецепторов, воспринимающих изменение объема внут-
рисосудистой и внеклеточной жидкости. Ведущее значение в регуляции
секреции АДГ имеют рецепторы, которые реагируют на изменение напря-
жения сосудистой стенки в области низкого давления. Прежде всего это
рецепторы левого предсердия, импульсы от которых передаются в ЦНС по
афферентным волокнам блуждающего нерва. При увеличении кровена-
полнения левого предсердия активируются волюморецепторы и угнетается
секреция АДГ, что вызывает усиление мочеотделения. Поскольку актива-
ция волюморецепторов в отличие от осморецепторов обусловлена увели-
чением объема жидкости, т. е. возросшим содержанием в организме воды
и солей натрия, возбуждение волюморецепторов приводит к увеличению
экскреции почкой не только воды, но и натрия. Эти процессы связаны с
секрецией натрийуретического гормона, уменьшением секреции ренина,
ангиотензина, альдостерона, при этом снижается тонус симпатической
нервной системы, в результате уменьшается реабсорбция натрия и возрас-
тают натрийурез и мочеотделение. В конечном счете восстанавливается
объем крови и внеклеточной жидкости.
1 1 пг (пикограмм) = Ю-12 г.
5И
Роль почек в регуляции ионного состава крови. Почки являются эффек-
торным органом системы ионного гомеостаза. В организме существуют
системы регуляции баланса каждого из ионов. Для некоторых ионов уже
описаны специфические рецепторы, например натрийрецепторы. Рефлек-
торная регуляция транспорта ионов в почечных канальцах осуществляется
как периферическими, так и центральными нервными механизмами.
Регуляция реабсорбции и секреции ионов в почечных канальцах осуще-
ствляется несколькими гормонами. Реабсорбция натрия возрастает в ко-
нечных частях дистального сегмента нефрона и собирательных трубках
пей влиянием гормона коркового вещества надпочечника альдостерона.
Этот гормон выделяется в кровь при уменьшении концентрации натрия в
плазме крови и уменьшении объема циркулирующей крови. В усилении
выделения натрия почкой участвует натрийуретический гормон, одним из
мест образования которого являются предсердия. При увеличении объема
циркулирующей крови, повышении объема внеклеточной жидкости в ор-
ганизме усиливается секреция в кровь этого пептидного гормона.
Секрецию калия в дистальном сегменте и собирательных трубках уси-
ливает альдостерон. Инсулин уменьшает выделение калия Алкалоз сопро-
вождается усилением выделения калия, а при ацидозе калийурез уменьша-
ется.
При уменьшении концентрации кальция в крови паращитовидные же-
лезы выделяют паратгормон, который способствует нормализации уровня
кальция в крови, в частности благодаря увеличению его реабсорбции в по-
чечных канальцах и высвобождению из кости. При гиперкальциемии, а
также под влиянием гастрина (или подобного ему вещества), вырабатыва-
емого в пищеварительном тракте в процессе всасывания кальция, стиму-
лируется выделение в кровь парафолликулярными клетками щитовидной
железы кальцитонина, который способствует уменьшению концентрации
Са2+ в плазме крови благодаря увеличению экскреции этого иона почкой
и переходу Са2+ в кость. В регуляции обмена Са2+ участвуют образующие-
ся в почке активные формы витамина D3, в частности 1,25(ОН)2-холекаль-
циферол. В почечных канальцах регулируется уровень реабсорбции Mg2+
Cl", SO*-, а также микроэлементов.
Роль почек в регуляции кислотно-основного состояния. Почки участвуют
в поддержании постоянства концентрации Н+ в крови, экскретируя кис-
лые продукты обмена. Активная реакция мочи у человека и животных мо-
жет очень резко меняться в зависимости от состояния кислотно-основного
состояния организма. Концентрация Н+ при ацидозе и алкалозе различа-
ется почти в 1000 раз, при ацидозе pH может снижаться до 4,5, при алка-
лозе — превышать 8,0. Это способствует участию почек в стабилизации pH
плазмы крови на уровне 7,36. Механизм подкисления мочи основан на
секреции клетками канальцев Н+ В апикальной плазматической мембра-
не и цитоплазме клеток различных отделов нефрона находится фермент
карбоангидраза (КА), катализирующий реакцию гидратации COj:
СО2 + Н2О о Н2СО3 н Н+ + HCOJ.
Секреция Н+ создает условия для реабсорбции вместе с гидрокарбона-
том эквивалентного количества Na+ Наряду с натрий-калиевым насосом
и электрогенным натриевым насосом, обусловливающим перенос Na+ с
С1", реабсорбция Na+ с гидрокарбонатом играет важную роль в поддержа-
нии натриевого баланса. Фильтрующийся из плазмы крови гидрокарбонат
соединяется с секретированным клеткой Н+ и в просвете канальца пре-
514
вращается в Н2СО3. Образование Н+ происходит следующим образом
Внутри клетки вследствие гидратации COj образуется Н2СО3 и диссоции-
рует на Н+ и НСО3. В просвет канальца секретируется Н+, протоны свя-
зываются не только с НСОз, но и с такими соединениями, как двузаме-
щенный фосфат (Na2HPO4), и некоторыми другими, в результате чего уве-
личивается экскреция титруемых кислот (ТА-) с мочой. Это способствует
выделению кислот и восстановлению резерва оснований в плазме крови.
Наконец, секретируемый Н+ может связываться в просвете канальца с
NH3, образующимся в клетке при дезаминировании глутамина и ряда ами-
нокислот и диффундирующим через мембрану в просвет канальца, в кото-
ром образуется ион аммония: NH3 + Н+ -> NH* Этот процесс способст-
вует сбережению в организме Na* и К*, которые реабсорбируются в ка-
нальцах. Таким образом, общая экскреция кислот почкой складывается из
трех компонентов — титруемых кислот, аммония и гидрокарбоната.
При питании мясом образуется большое количество кислот и моча ста-
новится кислой, а при потреблении растительной пищи pH сдвигается в
основную сторону. При интенсивной физической работе из мышц в кровь
поступает значительное количество молочной и фосфорной кислот и поч-
ки увеличивают выделение «кислых» продуктов с мочой.
11.2.8. Экскреторная функция почек
Почки играют ведущую роль в выделении из крови нелетучих конечных
продуктов обмена и чужеродных веществ, попавших во внутреннюю среду
организма. В процессе метаболизма белков и нуклеиновых кислот образу-
ются различные продукты азотистого обмена (у человека — мочевина, мо-
чевая кислота, креатинин и др.). Катаболизм пуриновых оснований в ор-
ганизме человека останавливается на уровне образования мочевой кисло-
ты, в клетках некоторых животных имеются ферменты, обеспечивающие
распад пуриновых оснований до СОг и аммиака. Мочевая кислота в почке
человека фильтруется в клубочках, затем реабсорбируется в канальцах,
часть мочевой кислоты секретируется клетками в просвет нефрона. Обыч-
но экскретируемая фракция мочевой кислоты довольно низкая (9,8 %),
что указывает на реабсорбцию значительного количества мочевой кислоты
в канальцах. Интерес к изучению механизмов транспорта мочевой кисло-
ты в почечных канальцах обусловлен резко возросшей частотой заболева-
ния подагрой, при которой нарушен обмен мочевой кислоты.
Образующийся в течение суток креатинин, источником которого слу-
жит креатинфосфорная кислота, выделяется почками. Его суточная экск-
реция зависит не столько от потребления мяса с пищей, сколько от массы
мышц тела. Креатинин, как и мочевина, свободно фильтруется в почеч-
ных клубочках, с мочой выводится весь профильтровавшийся креатинин,
в то время как мочевина частично реабсорбируется в канальцах.
Помимо перечисленных, имеется много разнообразных веществ, посто-
янно удаляемых почкой из крови. О том, какие вещества удаляет или раз-
рушает почка, можно судить при изучении состава крови у людей с уда-
ленными почками. В их крови, помимо мочевины, креатинина, мочевой
кислоты, накапливаются гормоны (глюкагон, паратирин, гастрин), фер-
менты (рибонуклеаза, ренин), производные индола, глюкуроновая кислота
и др.
Существенно, что физиологически ценные вещества при их избытке в
крови начинают экскретироваться почкой. Это относится как к неоргани-
515
ческим веществам, о которых шла речь выше при описании осмо-, волю-
мо- и ионорегулирующей функции почек, так и к органическим вещест-
вам — глюкозе, аминокислотам. Повышенная экскреция этих веществ мо-
жет в условиях патологии наблюдаться и при нормальной концентрации в
крови, когда нарушена работа клеток, реабсорбирующих то или иное про-
фильтровавшееся вещество из канальцевой жидкости в кровь.
11.2.9. Инкреторная функция почек
В почках вырабатывается несколько биологически активных веществ,
позволяющих рассматривать ее как инкреторный орган. Гранулярные
клетки юкстагломерулярного аппарата выделяют в кровь ренин при умень-
шении АД в почке, снижении содержания натрия в организме, при пере-
ходе человека из горизонтального положения в вертикальное. Уровень вы-
броса ренина из клеток в кровь изменяется и в зависимости от концентра-
ции Na+ и С1_ в области плотного пятна дистального канальца, обеспечи-
вая регуляцию электролитного и клубочково-канальцевого баланса. Ренин
синтезируется в гранулярных клетках афферентной артериолы юкстагло-
мерулярного аппарата и представляет собой протеолитический фермент. В
плазме крови он отщепляет от ангиотензиногена, находящегося главным
образом во фракции аз-глобулина, физиологически неактивный пептид,
состоящий из 10 аминокислот, — ангиотензин I. В плазме крови под влия-
нием ангиотензинпревращающего фермента от ангиотензина I отщепля-
ются 2 аминокислоты и он превращается в активное сосудосуживающее
вещество ангиотензин II. Он повышает АД благодаря сужению артериаль-
ных сосудов, усиливает секрецию альдостерона, увеличивает чувство жаж-
ды, регулирует реабсорбцию натрия в дистальных отделах канальцев и со-
бирательных трубках. Все перечисленные эффекты способствуют норма-
лизации объема крови и АД.
В почке синтезируется активатор плазминогена — урокиназа. В мозго-
вом веществе почки и клубочках образуются простагландины. Они участву-
ют, в частности, в регуляции почечного и общего кровотока, увеличивают
выделение натрия с мочой, уменьшают чувствительность клеток канальцев
к АДГ Клетки почки извлекают из плазмы крови образующийся в печени
прогормон — витамин D3 и превращают его в физиологически активный
гормон — активные формы витамина D3. Этот стероид стимулирует обра-
зование кальцийсвязывающего белка в кишечнике, способствует освобож-
дению кальция из костей, регулирует его реабсорбцию в почечных каналь-
цах. Почка является местом продукции эритропоэтина, стимулирующего
эритропоэз в костном мозге. В почке вырабатывается брадикинин, являю-
щийся сильным вазодилататором.
11.2.10. Метаболическая функция почек
Почки участвуют в обмене белков, липидов и углеводов. Не следует
смешивать понятия «метаболизм почек», т. е. процесс обмена веществ в их
паренхиме, благодаря которому осуществляются все формы деятельности
почек, и «метаболическая функция почек». Данная функция обусловлена
участием почек в обеспечении постоянства концентрации в крови ряда
физиологически значимых органических веществ. В почечных клубочках
фильтруются измененные белки, низкомолекулярные белки, пептиды.
516
Клетки проксимального отдела нефрона расщепляют их до аминокислот
или дипептидов и транспортируют через базальную плазматическую мемб-
рану в кровь. Это способствует восстановлению в организме фонда амино-
кислот, что важно при дефиците белков в рационе. При заболеваниях по-
чек эта функция может нарушаться. Почки способны синтезировать глю-
козу (глюконеогенез) При длительном голодании почки могут синтезиро-
вать до 50 % от общего количества глюкозы, образующейся в организме и
поступающей в кровь. Почки являются местом синтеза фосфатидилинози-
та — необходимого компонента плазматических мембран. Для энерготрат
почки могут использовать глюкозу или свободные жирные кислоты. При
низком уровне глюкозы в крови клетки почки в большей степени расходу-
ют жирные кислоты, при гипергликемии преимущественно расщепляется
глюкоза. Значение почек в липидном обмене состоит в том, что свободные
жирные кислоты могут в клетках почек включаться в состав триацилгли-
церина и фосфолипидов и в виде этих соединений поступать в кровь.
11.2.11. Принципы регуляции реабсорбции
и секреции веществ в клетках почечных канальцев
Почки способны в широком диапазоне изменять интенсивность транс-
порта различных веществ- воды, электролитов и неэлектролитов. Это яв-
ляется непременным условием выполнения почкой ее основного назначе-
ния — стабилизации основных физических и химических показателей
жидкостей внутренней среды. Широкий диапазон изменения скорости ре-
абсорбции каждого из профильтровавшихся в просвет канальца веществ,
необходимых для организма, требует существования соответствующих ме-
ханизмов регуляции функций клеток. Действие гормонов и медиаторов,
влияющих на транспорт ионов и воды, состоит в изменении функций (или
числа) ионных или водных каналов, переносчиков, ионных насосов. Изве-
стно несколько вариантов биохимических механизмов, с помощью кото-
рых гормоны и медиаторы регулируют транспорт веществ клеткой нефро-
на. В одном случае происходит активирование генома и усиливается син-
тез специфических белков, ответственных за реализацию гормонального
эффекта, в другом — изменение проницаемости и работы насосов проис-
ходит без непосредственного участия генома.
Сравнение особенностей действия альдостерона и вазопрессина позво-
ляет раскрыть сущность обоих вариантов регуляторных влияний. Альдо-
стерон увеличивает реабсорбцию Na+ в клетках почечных канальцев. Из
внеклеточной жидкости альдостерон проникает через базальную плазма-
тическую мембрану в цитоплазму клетки, соединяется с рецептором, и об-
разовавшийся комплекс поступает в ядро (рис. 11.7). В ядре стимулируется
ДНК-зависимый синтез тРНК и активируется образование белков, необ-
ходимых для увеличения транспорта Na+ Альдостерон стимулирует синтез
компонентов натриевого насоса (Na+—К+-АТФазы), ферментов цикла
трикарбоновых кислот и натриевых каналов, по которым Na+ входит в
клетку через апикальную мембрану из просвета канальца. В обычных, фи-
зиологических условиях одним из факторов, ограничивающих реабсорб-
цию Na+, является проницаемость для Na+ апикальной плазматической
мембраны. Возрастание числа натриевых каналов или времени их откры-
того состояния увеличивает вход Na+ в клетку, повышает содержание Na+
в ее цитоплазме и стимулирует активный перенос Na+ и клеточное ды-
хание.
517
АДГ
,------1 Vj-рецептор |
ИФ3 ДАГ Са2+
Посредники,
модуляторы
действия АДГ
АДГ Альдостерон
Кровь
Водный
канал
Н2О Н2О
] У2-рецептор ]
цАМФ
Цитоплазматический
рецептор альдостерона
Натриевый
насос г
Na+1
Ядро —►РНК С
Протеинкиназа А
Энерго-
снабжение
\ транспорта
натрия
Натриевый
канал
Н2О
Н2О
Na
; Просвет
канальца
Рис. 11.7. Механизм действия альдостерона и вазопрессина на реабсорбцию на-
трия и воды. Объяснение в тексте.
Увеличение секреции К+ под влиянием альдостерона обусловлено воз-
растанием калиевой проницаемости апикальной мембраны и транспорта
К+ из клетки в просвет канальца. Усиление синтеза Na+—К+-АТФазы при
действии альдостерона обеспечивает усиленное поступление К+ в клетку
из внеклеточной жидкости и благоприятствует секреции К+
Другой вариант механизма клеточного действия гормонов рассмотрим
на примере АДГ (вазопрессин). Он взаимодействует со стороны внекле-
точной жидкости с У2-рецептором, локализованным в базальной плазма-
тической мембране клеток конечных частей дистального сегмента и соби-
рательных трубок. При участии G-белков происходит активация фермента
аденилатциклазы и из АТФ образуется 3’,5’-АМФ (цАМФ), который сти-
мулирует протеинкиназу А и встраивание водных каналов (аквапорины) в
апикальную мембрану. Это приводит к увеличению проницаемости для
воды. В дальнейшем цАМФ разрушается фосфодиэстеразой и превращает-
ся в 5’-АМФ
11.2.12. Регуляция деятельности почек
Почка служит исполнительным органом в цепи различных рефлексов,
обеспечивающих постоянство состава и объема жидкостей внутренней
среды. В ЦНС поступает информация о состоянии внутренней среды,
происходит интеграция сигналов и обеспечивается регуляция деятельно-
сти почек при участии эфферентных нервов или эндокринных желез, гор-
моны которых регулируют процесс мочеобразования. Работа почки, как и
других органов, подчинена не только безусловнорефлекторному контро-
лю, но и регулируется корой большого мозга, т. е. мочеобразование может
меняться условнорефлекторным путем. Анурия, наступающая при болевом
раздражении, может быть воспроизведена условнорефлекторным путем.
Механизм болевой анурии основан на раздражении гипоталамических
центров, стимулирующих секрецию вазопрессина нейрогипофизом. Наря-
518
ду с этим усиливаются активность симпатической части автономной нерв-
ной системы и секреция катехоламинов надпочечниками, что и вызывает
резкое уменьшение мочеотделения вследствие снижения клубочковой
фильтрации и увеличения канальцевой реабсорбции воды.
Не только уменьшение, но и увеличение диуреза может быть вызвано
условнорефлекторным путем. Многократное введение воды в организм со-
баки в сочетании с действием условного раздражителя приводит к образо-
ванию условного рефлекса, сопровождающегося увеличением мочеотделе-
ния. Механизм условнорефлекторной полиурии в данном случае основан
на том, что из коры большого мозга импульсы поступают в гипоталамус и
уменьшается секреция АДГ Импульсы, поступающие по эфферентным
нервам почки, регулируют гемодинамику и работу юкстагломерулярного
аппарата почки, оказывают прямое влияние на реабсорбцию и секрецию
ряда неэлектролитов и электролитов в канальцах. Импульсы, поступающие
по адренергическим волокнам, стимулируют транспорт натрия, а по холи-
нергическим — активируют реабсорбцию глюкозы и секрецию органиче-
ских кислот. Механизм изменения мочеобразования при участии адренер-
гических нервов обусловлен активацией аденилатциклазы и образованием
цАМФ в клетках канальцев. Катехоламинчувствительная аденилатциклаза
имеется в базолатеральных мембранах клеток дистальных извитых каналь-
цев и начальных отделов собирательных трубок. Афферентные нервы почки
играют существенную роль как информационное звено системы ионной ре-
гуляции, обеспечивают осуществление рено-ренальных рефлексов
11.2.13. Количество, состав и свойства мочи
Диурезом называют количество мочи, выделяемое человеком за опреде-
ленное время. Эта величина у здорового человека колеблется в широких
пределах в зависимости от состояния водного обмена. При обычном вод-
ном режиме за сутки выделяется 1 — 1,5 л мочи. Концентрация осмотиче-
ски активных веществ в моче зависит от состояния водного обмена и со-
ставляет 50—1450 мосмоль/кг Н2О. После потребления значительного ко-
личества воды и при функциональной пробе с водной нагрузкой (испытуе-
мый выпивает воду в объеме 20 мл на 1 кг массы тела) скорость мочеотде-
ления достигает 15—20 мл/мин. В условиях высокой температуры окружа-
ющей среды вследствие возрастания потоотделения количество выделяе-
мой мочи уменьшается. Ночью во время сна диурез меньше, чем днем.
Состав и свойства мочи. С мочой могут выделяться большинство ве-
ществ, имеющихся в плазме крови, а также некоторые соединения, синте-
зируемые в почке. С мочой выделяются электролиты, количество которых
зависит от их потребления с пищей, а концентрация в моче — от уровня
мочеотделения. Суточная экскреция Na+ составляет 40—220 ммоль, К+ —
25-125, СГ - 110-250, Са2+ - 1-4, Mg2+ - 1-5, SO2’ - 15-30 ммоль.
Почки служат главным органом экскреции конечных продуктов азоти-
стого обмена. У человека при распаде белков образуется мочевина, состав-
ляющая до 90 % азота мочи; ее суточная экскреция достигает 25—35 г. С
мочой выделяется 0,4—1,2 г азота аммиака, 0,2—0,7 г мочевой кислоты
(при потреблении пищи, богатой пуринами, выделение возрастает до 2—
3 г). Креатин, образующийся в мышцах из фосфокреатина, переходит в
креатинин; его выделяется около 1,5 г/сут. В небольшом количестве в
мочу поступают некоторые производные продуктов гниения белков в ки-
шечнике — индол, скатол, фенол, они в основном обезвреживаются в
519
печени, где образуются парные соединения с серной кислотой — индок-
силсерная, скатоксилсерная и другие кислоты. Белки в нормальной моче
выявляются в очень небольшом количестве (суточная экскреция не пре-
вышает 125 мг). Небольшая протеинурия наблюдается у здоровых людей
после тяжелой физической нагрузки и исчезает после отдыха.
Глюкоза в моче в обычных условиях не выявляется. При избыточном
потреблении сахара, когда концентрация глюкозы в плазме крови превы-
шает 10 ммоль/л, при гипергликемии иного происхождения наблюдается
глюкозурия — выделение глюкозы с мочой.
Цвет мочи зависит от величины диуреза и уровня экскреции пигментов.
Цвет меняется от светло-желтого до оранжевого. Пигменты образуются из
билирубина желчи в кишечнике, где билирубин превращается в уробилин
и урохром, которые частично всасываются в кишечнике и затем выделя-
ются почками. Часть пигментов мочи представляет собой окисленные в
почке продукты распада гемоглобина.
С мочой выделяются различные биологически активные вещества и продук-
ты их превращения, по которым в известной степени можно судить о функ-
ции некоторых желез внутренней секреции. В моче обнаружены производ-
ные гормонов коркового вещества надпочечников, эстрогены, АДГ, витами-
ны (аскорбиновая кислота, тиамин), ферменты (амилаза, липаза, трансами-
наза и др.). При патологии в моче обнаруживаются вещества, обычно в ней
не выявляемые, — ацетон, желчные кислоты, гемоглобин и др.
11.2.14. Мочеиспускание
Образующаяся в почечных канальцах моча выделяется в почечную ча-
шечку, а затем в фазе систолы почечной чашечки происходит опорожне-
ние в почечную лоханку. Последняя постепенно заполняется мочой, и по
достижении порога раздражения возникают импульсы от барорецепторов,
сокращаются мышцы почечной лоханки, раскрывается просвет мочеточ-
ника, и моча благодаря сокращениям его стенки продвигается в мочевой
пузырь. Объем мочи в пузыре постепенно увеличивается, его стенка растя-
гивается, но вначале напряжение стенок не изменяется и давление в моче-
вом пузыре не растет. Когда объем мочи в пузыре достигает определенно-
го предела, круто нарастает напряжение гладкомышечных стенок и повы-
шается давление жидкости в его полости. Раздражение механорецепторов
мочевого пузыря определяется растяжением его стенок, а не увеличением
давления. Если поместить мочевой пузырь в капсулу, которая препятство-
вала бы его растяжению, то повышение давления внутри пузыря не вызо-
вет рефлекторных реакций. Существенное значение имеет скорость на-
полнения пузыря: при быстром растяжении мочевого пузыря резко увели-
чивается импульсация в афферентных волокнах тазового нерва. После
опорожнения пузыря напряжение стенки уменьшается и быстро снижает-
ся импульсация.
В процессе мочеиспускания моча выводится из мочевого пузыря в резу-
льтате рефлекторного акта. Наступают сокращение гладкой мышцы стен-
ки мочевого пузыря, расслабление внутреннего и наружного сфинктеров
мочеиспускательного канала, сокращение мышц брюшной стенки и дна
таза; в это же время происходит фиксация грудной стенки и диафрагмы.
В результате моча, находившаяся в мочевом пузыре, выводится из него.
При раздражении механорецепторов мочевого пузыря импульсы по
центростремительным нервам поступают в крестцовые отделы спинного
520
мозга, во II — IV сегментах которого находится рефлекторный центр моче-
испускания. Первые позывы к мочеиспусканию появляются у человека,
когда объем содержимого пузыря достигает 150 мл, усиленный поток им-
пульсов наступает при увеличении объема до 200—300 мл. Спинальный
центр мочеиспускания находится под влиянием вышележащих отделов
мозга, изменяющих порог возбуждения рефлекса мочеиспускания. Тормо-
зящие влияния на этот рефлекс исходят из коры большого мозга и средне-
го мозга, возбуждающие — из заднего гипоталамуса и переднего отдела
моста мозга.
Возбуждение центра мочеиспускания вызывает импульсацию в пара-
симпатических волокнах тазовых внутренностных нервов, при этом стиму-
лируется сокращение мышцы мочевого пузыря, давление в нем возрастает
до 20—60 см вод. ст., расслабляется внутренний сфинктер мочеиспуска-
тельного канала. Поток импульсов к наружному сфинктеру мочеиспуска-
тельного канала уменьшается, его мышца — единственная исчерченная в
мочевыводящих путях, иннервируемая соматическим нервом — ветвью
полового нерва, расслабляется, и начинается мочеиспускание.
Раздражение рецепторов при растяжении стенки пузыря рефлекторно
по эфферентным волокнам тазовых внутренностных нервов вызывает со-
кращение мышцы мочевого пузыря и расслабление его внутреннего сфин-
ктера. Растяжение пузыря и продвижение мочи по мочеиспускательному
каналу ведет к изменению импульсации в половом нерве, и наступает рас-
слабление наружного сфинктера. Движение мочи по мочеиспускательному
каналу играет важную роль в акте мочеиспускания, оно рефлекторно по
афферентным волокнам полового нерва стимулирует сокращение мочево-
го пузыря. Поступление мочи в задние отделы мочеиспускательного кана-
ла и его растяжение способствуют сокращению мышцы мочевого пузыря.
Передача афферентных и эфферентных импульсов этого рефлекса осуще-
ствляется по подчревному нерву.
11.2.15. Последствия удаления почки и искусственная почка
После удаления одной почки у человека и животных в течение несколь-
ких недель увеличивается масса оставшейся почки, наступает ее компен-
саторная гипертрофия. Клубочковая фильтрация возрастает в оставшейся
почке почти в 1,5 раза по сравнению с исходным уровнем, увеличивается
реабсорбционная и секреторная способность нефронов. Одна почка
успешно обеспечивает стабильность состава внутренней среды. После уда-
ления обеих почек или их выключения у человека в течение нескольких
дней развивается уремия, в крови возрастает концентрация продуктов азо-
тистого обмена, содержание мочевины может увеличиваться в 20—30 раз,
нарушаются кислотно-основное состояние и ионный состав крови, разви-
ваются слабость, расстройство дыхания, и через несколько дней наступает
смерть.
Для временного замещения некоторых функций почек во время острой
и хронической почечной недостаточности,'а также постоянно у больных с
удаленными почками используется аппарат «искусственная почка». Он
представляет собой диализатор, в котором через поры полупроницаемой
мембраны кровь очищается от шлаков, в результате чего нормализуется ее
состав. Сконструированы десятки различных типов аппаратов искусствен-
ной почки — спиральный, улиточный, пластинчатый. В этих аппаратах
используют пленки, радиус пор в которых около 3 нм. Через эти поры
521
проходят (как и в почечном клубочке) низкомолекулярные компоненты
плазмы, но не проникают белки. По одну сторону пленки непрерывно
протекает кровь пациента, поступающая из артерии и после прохождения
через аппарат вливаемая в его вену, по другую сторону находится раствор
для диализа. Он по ионному составу и осмотической концентрации подо-
бен плазме крови. Больного подключают к аппарату искусственная почка
обычно 2—3 раза в неделю. С помощью этого метода удается поддержи-
вать жизнь больных более 25 лет. Один сеанс гемодиализа длится несколь-
ко часов. Важную роль в проведении регулярных гемодиализов сыграло
использование артериовенозных шунтов, которые вживляют в лучевую ар-
терию и вену предплечья, в результате чего исчезает необходимость хирур-
гических операций перед каждым сеансом гемодиализа. В клинике гемо-
диализ иногда сочетают с гемосорбцией, что дает возможность дополни-
тельно удалить из крови ряд веществ, которые должна была бы экскрети-
ровать почка.
11.2.16. Возрастные особенности структуры и функции почек
У человека к моменту рождения нефроны в основном сформированы.
У новорожденного почечный плазмоток и гломерулярная фильтрация в
несколько раз ниже, чем у взрослого человека. Эти показатели достигают
уровня взрослого при расчете на стандартную величину площади поверх-
ности тела к концу первого — началу второго года жизни. В клетках про-
ксимальных канальцев у новорожденных резко снижена способность к
секреции органических кислот, которая постепенно нарастает в течение
первых нескольких месяцев жизни. В почках новорожденных недостаточ-
но эффективно осуществляется осмотическое концентрирование мочи,
слабо действует АДГ, что обусловлено незрелостью многих элементов по-
чек. Определенную роль в низком осмотическом концентрировании мочи
у детей первых месяцев жизни играют и высокая степень утилизации бел-
ков, и обусловленная этим низкая концентрация мочевины в крови и
моче, а следовательно, и в мозговом веществе почки.
Основные процессы, обеспечивающие мочеобразование, достигают
уровня взрослого человека к началу второго года жизни и сохраняются до
45—50 лет, после чего происходит медленное снижение почечного плазмо-
тока, гломерулярной фильтрации, канальцевой секреции, осмотического
концентрирования мочи. Отмечается параллельное уменьшение крово-
снабжения нефронов и функциональной способности их клеток.
Глава 12
РЕПРОДУКТИВНАЯ ФУНКЦИЯ
Репродуктивная функция — процесс воспроизведения себе подобных
живых организмов, способствующий сохранению и продолжению суще-
ствования вида на протяжении поколений.
Сознательный характер воспроизведения у человека придает проблеме
репродукции не только биологическое, но и большое социальное значе-
ние. Освещение вопросов репродукции человека требует изучения всего
комплекса морфофизиологических особенностей, поведенческих приспо-
соблений, процессов оплодотворения, беременности, родов, лактации.
12.1. ПОЛОВАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ
Первичное звено процесса половой дифференциации — генетический
пол. Он создается в момент оплодотворения. При слиянии яйцеклетки, в
которой имеется Х-хромосома, со сперматозоидом, несущим У-хромосо-
му, зародыш будет формироваться по мужскому типу. Сперматозоид, не-
сущий Х-хромосому, предопределяет развитие особи по женскому типу.
Генетический пол определяет будущую генетическую программу орга-
низма, в частности дифференцирование его половых желез — истинный,
или гонадный, пол. Истинным его называют потому, что, определяя га-
метный пол (способность половой железы образовывать сперматозоиды
или яйцеклетки), гонады тем самым выявляют роль данного индивидуума
в процессе воспроизведения. Наряду с этим гонадный пол определяет
также гормональный пол — специфичность и направленность воздейст-
вия половых гормонов, которые формируют фенотип человека с харак-
терным строением и развитием внутренних и наружных половых орга-
нов, вторичных половых признаков — морфологический (или соматиче-
ский) пол.
На ранних стадиях эмбриогенеза зародышевые гонады не дифференци-
рованы по полу. На 7—8-й неделе беременности под влиянием У-хромосо-
мы происходит дифференцировка семенников. Вскоре они начинают про-
дуцировать мужские половые гормоны — андрогены, под влиянием кото-
рых происходит развитие эмбриона по мужскому типу. Яичники в эмбрио-
нальном периоде неактивны. Дифференцировка по женскому типу идет
пассивно, не требуя контроля со стороны половых желез. Поэтому форми-
рование половых органов у плодов женского пола происходит позднее,
чем у мужского.
Наружные мужские половые органы формируются к 19—20-й неделе
внутриутробного развития. В этом сроке при ультразвуковом исследова-
нии можно установить пол будущего ребенка.
С момента рождения пол определяется строением наружных половых
органов — гражданский (или акушерский) пол, в соответствии с которым
ребенка воспитывают — пол воспитания. В период полового созревания
половые железы начинают интенсивно вырабатывать соответствующие
мужские или женские половые гормоны, под влиянием которых у подро-
стка появляются вторичные половые признаки и эротические пережива-
ния.
523
12.2. ПОЛОВОЕ СОЗРЕВАНИЕ
I Процесс полового созревания организма человека происходит по мерс
становления гормональной функции половых желез.
Ребенок рождается с высокодифференцированными половыми органа-
ми. При этом в яичниках новорожденной девочки имеется обилие перво-
начальных фолликулов, в яичках у мальчиков недифференцированные се-
менные клетки. В детском возрасте (от 1 года до 7 лет) как наружные, так
и внутренние гениталии развиваются медленно в связи с невысоким уров-
нем половых гормонов. Возрастающая насыщенность организма половы-
ми гормонами обусловливает комплекс физиологических и анатомических
преобразований.
В препубертатном периоде (с 8 до 11 — 12 лет) увеличивается секреция
гонадотропных гормонов гипофизом. Начинается развитие половых орга-
нов. У девочек в яичниках происходит рост фолликулов и синтез половых
гормонов, в первую очередь эстрогенов. У мальчиков семенники активно
продуцируют тестостерон, в яичках начинается интенсивное деление не-
дифференцированных семенных клеток. Происходит «скачок» роста. Ска-
чок роста у девочек начинается раньше, чем у мальчиков, поэтому девочки
в этом периоде, как правило, выше ростом. Интенсивно развивается кост-
но-мышечный аппарат. Формируется характерный женский или мужской
тип телосложения. У девочек происходит увеличение окружности таза, от-
ложение жировой ткани на бедрах, у мальчиков — увеличение ширины
плеч. Появляются вторичные половые признаки: начинается оволосение
на лобке, в подмышечных впадинах; у девочек начинается рост молочных
желез. Препубертатный период у девочек завершается наступлением пер-
вой менструации — менархе (в среднем к 12 годам).
В пубертатном периоде (с 12—13 до 16—18 лет) усиливается и упорядо-
чивается синтез гонадотропинов, активизируется гормональная деятель-
ность половых желез. Интенсивно идет развитие половых органов, вто-
ричных половых признаков. Завершается оволосение по женскому (лобок
с горизонтальной границей волос) и мужскому типу (на лобке с переходом
на белую линию живота; на лице бакенбарды, усы, борода; на груди). У
мальчиков изменяется тембр голоса (мутация). Потовые и сальные железы
усиленно секретируют, выделяя специфический запах. Менструальный
цикл у девочек приобретает овуляторный характер. В яичках у мальчиков
идет активное деление незрелых половых клеток, приводящее к появле-
нию зрелых сперматозоидов к 16 годам. К концу периода полового созре-
вания женский организм готов к наступлению и вынашиванию беремен-
ности, мужской организм позволяет совершать полноценный половой акт,
включая способность оплодотворять яйцеклетку.
Необходимо отметить, что процесс полового созревания включает в
себя не только развитие половых признаков, но и становление такой не-
отъемлемой черты человеческого организма, как половое поведение.
12.3. ПОЛОВОЕ ПОВЕДЕНИЕ ЧЕЛОВЕКА
С биологической точки зрения программа полового поведения человека
и животных определяется генетически заложенным половым инстинктом,
в основе которого лежат врожденные алгоритмы поведения (безусловные
рефлексы), направленные на обеспечение продолжения рода. Однако в от-
524
личие от животных у человека половое (сексуальное) поведение находится
под контролем сознания и является одним из вариантов социального по-
ведения. Биологические факторы принадлежности к мужскому или жен-
скому полу, определяющие соответствующие различия в половом поведе-
нии, тесно связаны с психологическими и социальными факторами.
Психосексуальное развитие человека происходит поэтапно. В детском
возрасте формируется половое самосознание. В первой фазе этого этапа
происходит осознание собственной половой принадлежности. Во вто-
рой — возникает любопытство, направленное на половые признаки. Фор-
мирование полового самосознания происходит под влиянием воспитания
(с учетом половой принадлежности — выбор одежды, прически, игры, иг-
рушки и др.) До 1,5 лет происходит знакомство со своим телом на уровне
гениталий. К. 3 годам ребенок четко осознает себя мальчиком или девоч-
кой. С 3 до 7 лет проходит период полоролевых игр с имитацией сексуаль-
ного взаимодействия (игры в «семью», «доктора» и др.).
Препубертатный период характеризуется формированием стереотипа
полоролевого поведения.
В детском и препубертатном периодах проходит понятийная стадия
формирования полового сознания, которая к половому влечению как та-
ковому отношения не имеет, но играет чрезвычайно важную роль в фор-
мировании сексуальности.
В пубертатном периоде происходит формирование либидо (половое
влечение). Важный признак пубертатного развития — установление регу-
лярной активности гонад, которая проявляется у девушек менструациями,
у юношей — эякуляциями (семяизвержение). Вначале это неадекватные
ночные поллюции (непроизвольные семяизвержения), не всегда связан-
ные с эротическими снами. На смену неадекватным приходят адекватные,
связанные с эротическими снами и переживаниями.
В пубертатном периоде формирование либидо проходит следующие
(после понятийной) 3 стадии. Романтическая (или платоническая) стадия
характеризуется выраженными эмоциональными компонентами, высоким
накалом чувств, эротическими фантазиями платонического типа (асексу-
альными). Значение платонической стадии — в возвышении физиологиче-
ского инстинкта до истинно человеческой любви. Эротическая — выража-
ется в стремлении к нежности и ласкам (словесным и тактильным) без со-
вершения генитального полового акта. Сексуальная стадия проявляется
так называемой юношеской гиперсексуальностью — любопытство к любой
сексуальной и генитальной тематике, у юношей — спонтанные эрекции с
выраженным половым возбуждением, ночными поллюциями.
Основная тенденция пубертатного периода — стремление к самоутвер-
ждению всех сторон личности — находит проявление и в половой сфере, в
большинстве случаев завершаясь началом половой жизни (у большинства
к 18—19 годам).
Различие в полоролевых стереотипах поведения мужчин и женщин
сказывается прежде всего на структуре полового влечения. У женщин
уже в понятийной стадии отмечается бессознательная тяга к материн-
ству — игра в куклы, «дочки-матери» и др. Приоритетное развитие мате-
ринского инстинкта над собственно сексуальными тенденциями сохраня-
ется на всех этапах формирования либидо. Платоническая стадия у жен-
щин дольше, однако эротичность значительно меньше. Сексуальная ста-
дия либидо (появление влечения к близости, способности к пережива-
нию оргазма) возникает, как правило, после начала регулярной половой
жизни.
525
Период зрелой сексуальности наступает с установлением стабильного
уровня индивидуальной половой активности.
Физиология полового акта. Половой акт (коитус, совокупление, копуля-
ция) складывается из четырех последовательно сменяющих друг друга ста-
дий, или фаз: фазы нарастающего возбуждения, плато-фазы, оргастиче-
ской фазы и фазы разрешения, расслабления.
Комплекс проявлений, наблюдающихся в процессе совокупления, со-
ставляет копулятивный (половой) цикл. Полнота и качество реализации
сексуальных реакций у человека обеспечиваются последовательной актива-
цией морфофункциональных комплексов или составляющих копулятивно-
го цикла. Некоторые из этих комплексов у мужчин и женщин имеют одина-
ковую природу. К. ним относится нейрогуморальная составляющая, связан-
ная с деятельностью всей эндокринной системы и ЦНС. Она обеспечивает
силу полового влечения. Столь же идентична мужская и женская психиче-
ская составляющая. Она обеспечивает адекватную направленность полово-
го влечения, избирательность в удовлетворении сексуальных потребностей,
соответствие сексуального поведения сложившимся социальным традици-
ям и нормам. Другие составляющие имеют структурно-функциональные
различия. У мужчин выделяют эрекционную составляющую — конечный
исполнительный аппарат, обеспечивающий механическую сторону полово-
го акта. Анатомо-физиологическим субстратом ее являются спинальные
центры эрекции и половой член. Эякуляторная составляющая, основанная
на интеграции структурных элементов, от предстательной железы до коры
большого мозга, обеспечивает главную биологическую задачу всей половой
активности — выделение мужского оплодотворяющего начала.
У женщин вместо эрекционной и эякуляторной имеет место генитосег-
ментарная составляющая.
Круг физиологических реакций при половом сношении чрезвычайно
широк, в него вовлекаются практически все физиологические системы ор-
ганизма. Происходит эрекция грудных сосков, «половое покраснение»
кожи лица, туловища, непроизвольные спазматические сокращения от-
дельных мышечных групп лица, туловища, конечностей и ректального
сфинктера, изменение глубины и ритма дыхания, тахикардия, подъем АД,
гипергидроз. Это — общие реакции организма.
Сексуальные реакции женщины. Фаза нарастающего возбуждения начи-
нается в результате психологических и физических стимулирующих воз-
действий Усиливается кровенаполнение половых органов, что приводит к
увеличению их размеров, особенно клитора. Слизистая влагалища увлаж-
няется. Это облегчает и делает безболезненным введение и фрикции (кои-
тальные движения) полового члена. Введение полового члена и начало
фрикций приводят к удлинению и расслаблению верхних % влагалища.
В фазе плато возбуждение несколько нарастает в ответ на продолжающие-
ся фрикции Усиливается кровенаполнение нижней трети влагалища и
происходит местное сужение (образуется оргастическая манжетка). Возни-
кают непроизвольные сокращения мышц тазового дна. Оргастическая
фаза — кульминация полового сношения. Увеличивается мышечное на-
пряжение во всем теле. Отмечается 5—8 сильных сокращений с интерва-
лом 0,8 с оргастической манжетки, внутренних половых органов. В фазе
разрешения происходит обратное развитие описанных изменений, умень-
шение кровенаполнения половых органов — детумесценция, наступает
чувство удовлетворенности и расслабления.
Сексуальные реакции мужчины. В фазе нарастающего возбуждения про-
исходит увеличение прилива артериальной крови к половым органам при
526
некотором затруднении оттока крови по венам. В связи с этим происходит
переполнение кровью кавернозных тел, наступает эрекция (увеличение
объема и напряжения) полового члена. Из мочеиспускательного канала
выделяется небольшое количество прозрачного секрета. Мошонка сокра-
щается, яички подтягиваются, повышается тонус мышц промежности. В
фазе плато эрекция возрастает. Для оргазма характерен спазм (сокраще-
ние) сфинктера мочевого пузыря, ритмичное сокращение мышц полового
члена и мышц поясницы с интервалом 0,8 с. У мужчин оргазм сопровож-
дается семяизвержением в результате сокращения семявыносящих путей и
уретры. При этом эякулят выбрасывается наружу под большим давлением.
В фазе разрешения происходит обратное развитие общих и местных реак-
ций организма, возникает детумесценция, исчезает эрекция.
Для гармоничной половой жизни и реализации функции воспроизведе-
ния необходимо адекватное функционирование зрелых женских и муж-
ских половых органов.
12.4. ФИЗИОЛОГИЯ ЖЕНСКИХ ПОЛОВЫХ ОРГАНОВ
Женские половые органы принято делить на наружные и внутренние.
Наружные половые органы (лобок, большие и малые половые губы, кли-
тор, преддверие влагалища) являются главным органом полового чувства.
Богато снабженные нервными окончаниями, они имеют рефлекторные
связи с другими органами и системами, участвуют в реализации полового
чувства и специфических физиологических процессов. Внутренние поло-
вые органы (влагалище, матка, маточные трубы и яичники) выполняют
функцию деторождения. Влагалище участвует в оплодотворении, в акте
родов, препятствует проникновению патогенной микрофлоры в матку,
трубы и брюшную полость; через влагалище наружу выводится менстру-
альная кровь и секрет желез шейки и тела матки.
В маточных трубах происходит оплодотворение Матка выполняет мен-
струальную функцию — в ее слизистой происходят циклические измене-
ния, создающие необходимые условия для беременности. Во время бере-
менности матка является плодовместилишем, в родах — в качестве изго-
няющей силы способствует рождению плода. Яичники выполняют 2 функ-
ции: генеративную (созревание фолликула и овуляция) и эндокринную
(выработка женских половых гормонов и небольшого количества андроге-
нов).
В женском организме происходят ритмически повторяющиеся процес-
сы, называемые менструальным циклом. Биологическое значение этих из-
менений заключается в подготовке организма к осуществлению репродук-
тивной функции. При этом происходят циклические изменения в системе
гипоталамус — гипофиз — яичники, в гормонально-зависимых органах-
мишенях (половые органы, молочные железы), а также в нервной, эндо-
кринной, сердечно-сосудистой и других системах организма.
Регуляцию менструального цикла осуществляют 5 иерархических уров-
ней: I — ткани-мишени (эндометрий), II — яичники, III — гипофиз, IV —
гипоталамус, V — надгипоталамические структуры. Каждый из этих уров-
ней регулируется вышележащими структурами.
Надгипоталамическими мозговыми структурами — корой большого
мозга, ретикулярной формацией, лимбической системой — воспринима-
ются циклические гуморальные (в первую очередь гормональные) и реф-
лекторные воздействия из полового аппарата, а также сигналы из внешней
527
среды. Отсюда нервные импульсы передаются в ядра гипоталамуса. В ре-
гуляции функции гипоталамических нейронов ведущая роль принадлежит
дофамину, норадреналину и серотонину.
В ядрах гипоталамуса вырабатывается специфический нейросекрет —
рилизинг-гормон люлиберин, под влиянием которого выделяются гонадо-
тропные гормоны гипофиза. В аденогипофизе секретируются 3 гонадо-
тропных гормона: фолликулостимулирующий (ФСГ), лютеинизирующий
(ЛГ) и лютеотропный (ЛТГ) или пролактин.
Под влиянием гонадотропных гормонов в яичнике возникают цикличе-
ски повторяющиеся изменения — яичниковый цикл. В первой (фоллику-
лярная) фазе цикла под влиянием ФСГ происходят рост и развитие фол-
ликула, а также образование в нем фолликулярных гормонов — эстроге-
нов. Созревание фолликула занимает первую половину менструального
цикла. ЛГ и ФСГ способствуют овуляции — разрыву созревшего фоллику-
ла и выходу из его полости созревшей яйцеклетки, готовой к оплодотворе-
нию. На месте лопнувшего фолликула под действием ЛГ развивается жел-
тое тело, которое синтезирует прогестерон и небольшое количество эстро-
генов и андрогенов. ЛТГ поддерживает функционирование желтого тела.
Фаза желтого тела (лютеиновая) занимает вторую половину менструально-
го цикла.
Гормоны фолликула и желтого тела, образовавшиеся под влиянием го-
надотропных гормонов гипофиза, вызывают циклические изменения в
органах-мишенях, и в первую очередь в эндометрии (фолликулярный гор-
мон — фазу пролиферации, гормоны желтого тела — фазу секреции).
В результате секреторных изменений в слизистой матки накапливаются
гликоген, фосфор, кальций и другие вещества, удлиняются сосуды функ-
ционального слоя, что создает благоприятные условия для развития заро-
дыша, если произойдет оплодотворение. Если беременность не наступает,
желтое тело яичника регрессирует, функциональный слой эндометрия от-
торгается (фаза десквамации) и начинается новый менструальный цикл.
Регуляция менструальной функции осуществляется по механизму об-
ратной связи. Например, выделенные гипофизом гонадотропины вызыва-
ют секрецию эстрогенов и гестагенов яичниками. При достижении значи-
тельного уровня гормонов яичников последние оказывают тормозящее
влияние на секрецию гонадотропных гормонов.
12.5. ФИЗИОЛОГИЯ МУЖСКИХ ПОЛОВЫХ ОРГАНОВ
В функциональном отношении мужские половые органы подразделяют
на половые железы — яички (семенники), дополнительные половые обра-
зования (придаточные половые железы), половые (семявыводящие) пути и
органы совокупления.
Яички выполняют двойную функцию: герминативную (образование
мужских половых клеток — спермиев) и внутрисекреторную (выделение
мужских половых гормонов — андрогенов и небольшого количества эстро-
генов). Одной из важнейших функций андрогенов является поддержание
сперматогенеза.
Сперматогенез — процесс превращения недифференцированных семен-
ных клеток в зрелые спермин — осуществляется в канальцах яичка. Не-
дифференцированные половые клетки (сперматогонии) располагаются на
внутренней поверхности мембраны извитых канальцев яичка. В результате
митотического деления число сперматогоний приумножается, они увели-
528
чиваются в размерах и превращаются в сперматоциды 1-го порядка с дип-
лоидным набором хромосом 46 XY. После их первого (редукционное) де-
ления, занимающего % времени сперматогенеза, образуются 2 спермато-
цида 2-го порядка с гаплоидным набором хромосом — 22 аутосомы и 1 по-
ловая — X или Y. Второе (митотическое) деление сперматоцидов 2-го по-
рядка довольно быстро приводит к образованию сперматид. Морфологи-
ческие изменения в сперматиде, включающие перестройку ядра и цито-
плазматических элементов, завершаются образованием спермиев и также
длятся около % времени сперматогенеза. Таким образом, развитие и диф-
ференциация спермиев проходят в 3 этапа: 1) пролиферация сперматого-
ний — сперматоцитогенез; 2) деление и созревание сперматоцитов —
сперматогенез; 3) дифференциация сперматид в спермин — спермиогенез.
Сперматогенез у человека занимает 74—75 сут.
По мере созревания клетки сперматогенного эпителия продвигаются к
просвету канальца. Спермин выходят в просвет канальцев, накапливаются
в придатке, где происходит их дозревание.
Регуляция функции яичек. Нервная система и ее гипоталамические цен-
тры участвуют в регуляции функций яичек нейрогенным путем и через
секрецию гипофиза, гормоны которого стимулируют функцию мужских
половых желез.
Гонадотропин-рилизинг-гормон (гонадолиберин), вырабатываемый в
аркуатных ядрах гипоталамуса, оказывает прямое влияние на стимуляцию
или торможение секреции гормонов гипофиза. Выработку рилизинг-гор-
мона стимулирует дофамин, тормозит серотонин, выделяемый эпифизом.
У мужчин функционирует постоянный тонический центр секреции рили-
зинг-гормона в отличие от циклического у женщин.
Аденогипофиз секретирует гонадотропные гормоны, которые оказыва-
ют влияние на функцию семенников. Фолликулостимулирующий гормон
(сперматогенезстимулирующий гормон) активно влияет на сперматогенез,
стимулирует эпителий канальцев яичка, инициирует митотическую фазу
сперматогенеза. Лютеинизирующий гормон у мужчин стимулирует разви-
тие, созревание интерстициальных клеток (гормон, стимулирующий ин-
терстициальные клетки) и биосинтез андрогенов, в частности тестостеро-
на, который обеспечивает спермиогенез. Лютеотропный гормон участвует
в регуляции половой функции у мужчин, потенцирует действие ЛГ и ФСГ,
направленное на восстановление и поддержание сперматогенеза, увеличи-
вает массу семенников, усиливает обменные процессы в яичке. Существу-
ет и обратная связь: малые дозы андрогенов стимулируют, а избыточные
тормозят функцию гипоталамо-гипофизарной системы.
Экскреторная функция мужских половых органов. В придатке яичка под
действием андрогенов происходит окончательное накопление и дозрева-
ние спермиев, обретающих способность двигаться и оплодотворять яйце-
клетку.
По семявыносящему, а затем семявыбрасывающему протоку спермин
проводятся от хвоста придатка яичка к мочеиспускательному каналу. Мо-
чеиспускательный канал проводит семенную жидкость в момент эякуля-
ции. Эякуляция — рефлекторный акт, регуляция которого осуществля-
ется симпатическими и парасимпатическими отделами нервной системы
и под действием импульсов из Thxn—Цу, Sp—S]y сегментов спинного
мозга.
Важную роль в половой деятельности мужчины играет предстательная
железа — андрогензависимый орган, поставляющий около 25—35 % плаз-
мы спермы. Секрет простаты определяет внешний вид. запах семени и со-
529
держит вещества, способствующие половому возбуждению и активации
сперматозоидов. Функционально предстательная железа тесно связана с
семявыводяшими путями. Семенные пузырьки вырабатывают студневид-
ной консистенции секрет, который составляет основной объем спермы
(субстрат для сохранения сперматозоидов). Мелкие добавочные железы,
расположенные по ходу мочеиспускательного канала, дополняют своим
отделяемым состав семени.
Половой член при возбуждении (эрекции) увеличивается и приобретает
значительную плотность, что играет важную роль в выполнении половой
функций и проведении эякулята к шейке матки.
12.6. ФИЗИОЛОГИЯ БЕРЕМЕННОСТИ
Оплодотворение. Оплодотворением называется процесс слияния муж-
ской и женской половых клеток (сперматозоида и яйцеклетки). Во время
овуляции яйцеклетка выходит из разорвавшегося фолликула, захватыва-
ется фимбриями маточной трубы и попадает в трубу. Оплодотворение
происходит обычно в ампулярном отделе трубы. Яйцеклетка живет 1—
2 сут, сперматозоид — до 4 сут. Попадая в матку, сперматозоиды, а их от
80 до 100 млн в 1 мл, сразу начинают гибнуть, а продукты их распада
обеспечивают жизнь и продвижение оставшихся. Головка сперматозоида
имеет акросому — мембранный пузырек, содержащий ферменты. При со-
прикосновении с яйцеклеткой содержимое акросомы высвобождается и
способствует прохождению сперматозоида внутрь яйцеклетки, после чего
образуется барьер, препятствующий проникновению других сперматозои-
дов. При проникновении лишних сперматозоидов зародыш гибнет. При
слиянии ядерного материала мужской и женской половых клеток образу-
ется единое ядро зиготы. Зигота, объединяющая отцовскую и материн-
скую наследственность, приобретает свойства к активному размножению
и дифференцировке. С момента оплодотворения начинается беремен-
ность.
Беременность. В течение 3 дней происходит продвижение плодного
яйца по трубе за счет перистальтических движений трубы, продольной
складчатости слизистой оболочки трубы и мерцания ресничек эпителия в
сторону матки. На стадии морулы плодное яйцо попадает в матку. Следу-
ющие 3 дня плодное яйцо находится в матке, продолжается деление, мо-
рула превращается в бластоцисту. Все это время зародыш питается за
счет запасов питательных веществ яйцеклетки. На 7—8-й день происхо-
дит прикрепление зародыша к стенке матки — имплантация. Матка вы-
рабатывает факторы, растворяющие блестящую оболочку бластоцисты, а
трофобласт (наружные клетки зародыша) выделяет ферменты, растворя-
ющие эндометрий. Зародыш погружается в слизистую оболочку матки и
питается за счет нее. Этот момент — критический в жизни эмбриона.
Произойдет ли имплантация и где? Это определит его дальнейшую
жизнь. Если продвижение замедлено или раньше выделится протеолити-
ческий фермент, имплантация может произойти в трубе, если продвиже-
ние происходит слишком быстро и зародыш не готов к имплантации, то
она не происходит вообще.
Трофобласт продуцирует хорионный гонадотропин (ХГ), который по-
падает в кровь и дает сигнал организму матери, что наступила беремен-
ность, это побуждает его к перестройке. ХГ поддерживает желтое тело, оно
продолжает выделять гормоны и превращается в желтое тело беременно-
530
сти. Трофобласт разрастается, превращается в хорион, из которого в по-
следующем формируется плацента. Одновременно происходит и рост
внутренних слоев клеток зародыша — эмбриобласта. Из эмбриобласта
формируется эмбрион, затем плод и амниотическая полость, окруженная
оболочками. Эмбрион соединен с хорионом аллантоисом — выростом из
заднего конца первичной кишки, по нему идут сосуды к хориону (аллан-
тоисное кровообращение). В дальнейшем из аллантоиса формируется пу-
повина, по которой проходят две артерии и вена.
С 3-й по 8-ю неделю формируются зачатки органов. К концу 3-й не-
дели в эмбрионе сформировалось и начинает биться сердце, формируется
головной мозг и нервная трубка, на 4-й неделе идет закладка внутренних
органов, на 8-й — половая дифференциация плода. В это же время с 3-й
по 8-ю неделю происходит плацентация. До этого времени гормональную
функцию выполняет желтое тело. С 7—8-й недели начинается его рег-
ресс, и выработку гормонов постепенно берет на себя формирующаяся
плацента.
К концу 12-й недели беременности завершается плацентация, устанав-
ливается плодово-плацентарный кровоток, гормональная функция перехо-
дит к фетоплацентарному комплексу, завершается активный органогенез
плода. В 15—20 нед беременности происходит усиленный рост головного
мозга, в 20—24 нед — формирование основных функциональных систем
организма.
С 38-й недели беременность считается доношенной, так как к этому
времени заканчивается морфофункциональное развитие плода, он имеет
все условия к внеутробному существованию. В среднем у человека бере-
менность продолжается 280 дней (40 нед).
Изменения в организме беременной женщины. С момента наступления
беременности многие органы и системы женщины претерпевают изме-
нения, направленные на создание оптимальных условий для развития
плода.
В ЦНС беременной под действием постоянной афферентной импульса-
ции от интерорецепторов матки, раздражаемых плодным яйцом, формиру-
ется доминанта беременности. В течение беременности, за исключением
последних 1 — 1,5 нед, возбудимость спинного мозга и рецепторов матки
понижена, что обеспечивает «покой» (инертность матки).
С начала беременности прогрессивно увеличивается продукция пролак-
тина гипофизом. Он стимулирует функцию желтого тела и блокирует со-
зревание фолликулов и менструальную функцию, подготавливает молоч-
ные железы к лактации. Секреция ФСГ и ЛГ значительно снижается.
В яичниках прекращаются циклические процессы и овуляция. В одном из
яичников развивается новая железа внутренней секреции — желтое тело
беременности, оно продолжает секретировать прогестерон и эстрогены,
которые вызывают гестационные изменения в организме. Прогестерон
способствует гипертрофии миометрия, васкуляризации его и релаксации.
Эстрогены нормализуют биохимические процессы, энергетический обмен,
активность ферментов.
Наиболее глубокие изменения во время беременности происходят в
матке. Длина небеременной матки составляет 7—8 см, масса 50 г; к концу
беременности она увеличивается до 37 —38 см и достигает массы 1000—
1500 г (без плодного яйца). Объем полости матки увеличивается в 500 раз,
стенки значительно утолщаются. В гипертрофии стенки матки участвуют
все ее элементы, в особенности мышечные волокна, каждое из которых
удлиняется в 10—12 раз и утолщается в 4—5 раз. Увеличивается число
531
нервных элементов матки, образуются новые чувствительные рецепторы,
передающие импульсы от плода в ЦНС матери. Значительно увеличивает-
ся сосудистая сеть и кровоснабжение матки.
Плацента является новым органом, осуществляющим многообразные
функции, в том числе и эндокринную. Она секретирует хорионный гона-
дотропин, близкий по своим свойствам с ЛГ, который влияет на развитие
надпочечников и гонад плода, на процессы обмена гормонов в плаценте.
Плацентарный лактоген синтезируется плацентой всю беременность, до-
стигая максимального уровня к 39-й неделе беременности. Плацентарный
лактоген регулирует углеводный и липидный обмен, усиливает синтез бел-
ка в организме плода, от чего в определенной мере зависит его масса.
Плацента вырабатывает прогестерон, эстрогены. Основным эстрогеном
фетоплацентарного комплекса является эстриол.
Происходят изменения в иммунной системе. Увеличение содержания
гормонов в крови способствует снижению клеточного иммунитета женщи-
ны, что в сочетании с барьерной функцией плаценты, оболочек и вод пре-
пятствует отторжению плода.
Увеличивается обмен веществ — основной обмен повышается на 15—
20 %.
Сердечно-сосудистая система также претерпевает изменения. Увеличи-
вается ОЦК на 25—45 % в основном за счет объема циркулирующей плаз-
мы. Снижается АД за счет увеличения сосудистого русла (развитие сосуди-
стой сети беременной матки приводит к уменьшению общего перифериче-
ского сопротивления). Наблюдается физиологическая тахикардия, повы-
шается венозное давление в крупных венах, увеличивается минутный объ-
ем сердца на 30 %.
Увеличивается дыхательный объем легких на 30—40 %, на 10 % повыша-
ется частота дыхания.
Во время беременности увеличивается нагрузка на почки и печень. Рас-
ширяются почечные лоханки, расширяются и удлиняются мочеточники.
Усиливается кровоснабжение почек и печени.
Функциональная система мать—плод. Уникальным примером функцио-
нальной системы, объединенной общей, биологически важной функцией
сохранения жизни на Земле, является функциональная система
мать—плод. В этой системе материнский организм обеспечивает оптима-
льные условия для нормального развития плода, а плод поддерживает соб-
ственный гомеостаз. Главным связующим звеном между ними является
плацента. Плацента, околоплодные воды и плодные оболочки образуют
единый комплекс.
Взаимодействие организмов матери и плода осуществляется посредст-
вом нервных и гуморальных связей. Эти связи могут осуществляться, ми-
нуя плаценту — экстраплацентарно (через амниотическую жидкость,
плодные оболочки) и интраплацентарно. Интраплацентарный — самый
обширный и информативный канал связи.
В организмах матери и плода различают рецепторы, воспринимающие
информацию, регуляторные и исполнительные механизмы. Воспринимаю-
щие рецепторы расположены в эндометрии, сосудах матки, в стенках пу-
почных артерий и вен, а также в сосудах, коже, кишечнике плода. Регуля-
торные механизмы организма матери включают ЦНС и эндокринную сис-
тему.
Регуляторные механизмы плода формируются в процессе его развития.
Сначала развивается афферентная импульсация от сердца — первого рабо-
тающего органа к ЦНС; в 9 нед (когда появляются движения плода) — от
532
скелетных мышц в ЦНС; в 11 нед появляются дыхательные движения и
начинается импульсации в дыхательные центры. С 13-й недели начинает
функционировать гипофиз плода. С 12-й по 16-ю неделю происходит со-
зревание коры большого мозга плода и она отвечает на внешние раздра-
жители (осуществляется эфферентная импульсация).
При помощи системы мать—плацента—плод совершается дыхание, пи-
тание, выделение продуктов метаболизма, формирование гормонального и
иммунного статуса плода.
Между кровотоком матери и плода прямого сообщения нет. Процесс
газообмена осуществляется в результате доставки к плаценте по артериям
пуповины венозной крови, которая в этом органе путем диффузии отдает
СОг и поглощает Ог, в силу чего возвращающаяся к плоду кровь в пу-
почной вене является артериальной. Потребность плода в кислороде не-
велика. В связи с отсутствием теплоотдачи и незначительной двигатель-
ной активностью окислительные процессы в его организме обеспечивают
лишь построение развивающихся тканей. Зато плод нуждается в обиль-
ной доставке питательных веществ — белков, жиров, углеводов, неорга-
нических веществ, микроэлементов, витаминов, воды. Плацента обладает
селективной проницаемостью в отношении питательных веществ и гор-
монов. Эти вещества поступают при помощи плацентарного кровообра-
щения из материнской крови в состоянии, пригодном для усвоения орга-
низмом плода. Продукты метаболизма доставляются из организма плода
через плаценту в кровь матери, откуда выводятся выделительными орга-
нами беременной, главным образом почками, и инактивируются пече-
нью.
В процессе беременности плацента заменяет плоду недостающие фун-
кции гематоэнцефалического барьера, защищая нервные центры и весь
его организм от воздействия вредных веществ. Однако барьерная функ-
ция плаценты избирательна, и для некоторых веществ (алкоголь, нико-
тин, токсичные вещества, лекарственные средства и др.) она оказывается
недостаточной. Будучи посредником в создании гормонального комплек-
са системы мать—плод, плацента играет роль железы внутренней секре-
ции. Здесь происходит синтез, секреция и превращение гормонов белко-
вой и стероидной структуры из материнских и плодовых предшественни-
ков. Через плаценту могут транспортироваться и неизмененные гормоны.
Обладая системой факторов, тормозящих иммунокомпетентные клетки
матери, плацента является компонентом иммунобиологической защиты
плода.
Важную роль в обеспечении гомеостаза плода играют околоплодные
воды (амниотическая жидкость) — биологически активная окружающая
среда, промежуточная между плодом и организмом матери. На ранних эта-
пах развития околоплодные воды участвуют в питании плода. Через око-
лоплодные воды выделяются продукты метаболизма плода, обеспечивается
водно-солевой (осмотический) гомеостаз. Околоплодные воды являются
важнейшей частью защитной системы, предохраняющей плод от потери
тепла, механических и инфекционных воздействий, защищают эмбрион и
плод от непосредственного контакта с внутренней поверхностью плодного
мешка, обеспечивают свободные движения плода.
Строгая последовательность развития органов и систем плода, а также
процессов адаптации организма матери запрограммирована генетически.
В экстремальных условиях благодаря функциональной интеграции испол-
нительных механизмов в системе мать—плацента—плод при нарушении
функции определенных органов матери происходит активация и морфо-
533
функциональная перестройка гомологичных органов и систем плода. Од-
нако при физиологической беременности такая компенсаторная актива-
ция возможна лишь при небольшой интенсивности действующего фактора
(физиологический стресс).
Методы оценки состояния плода. Современные медицинские техноло-
гии позволяют проводить оценку внутриутробного состояния плода на
протяжении всей беременности.
Предпочтение отдается неинвазивным методам. Определение уровня
альфа-фетопротеина используется для выявления врожденных и наследст-
венных заболеваний плода. О состоянии фетоплацентарного комплекса
судят по уровню гормонов крови беременной (хорионный гонадотропин,
плацентарный лактоген и др.). Ультразвуковое исследование — наиболее
доступный, информативный метод исследования состояния плода. Оценка
жизнедеятельности эмбриона в ранние сроки беременности (до 12 нед)
основывается на регистрации его сердечной деятельности и двигательной
активности. В более поздние сроки УЗИ позволяет получить информацию
о строении практически всех органов и систем плода, определить его ды-
хательные движения, тонус, качественную характеристику двигательной
активности, а также количество околоплодных вод, структуру и степень
зрелости плаценты. С совершенствованием УЗ-аппаратуры появилась воз-
можность допплерометрического измерения скорости кровотока в сосудах
плода, пуповины и в маточных артериях.
Для оценки сердечной деятельности плода используют электро-, фо-
нокардиографию, кардиотокографию плода. При непрямой ЭКГ плода
электроды накладывают на переднюю брюшную стенку беременной, при
прямой — непосредственно на головку плода при открытой шейке матки
во время родов. При ФКГ плода регистрацию звуковых сигналов произ-
водят при наложении микрофона в точку наилучшего прослушивания его
сердечных тонов. Кардиотокография (КТГ) — непрерывная одновремен-
ная регистрация частоты сердечных сокращений плода и тонуса матки —
ведущий метод наблюдения за сердечной деятельностью плода во время
беременности и в родах. Благодаря простоте проведения и информатив-
ности этот метод вытеснил методы фоно- и электрокардиографии плода.
Современные кардиомониторы плода основаны на эффекте Допплера.
Их использование позволяет регистрировать изменения интервалов меж-
ду отдельными циклами сердечной деятельности плода, которые преоб-
разуются в изменение частоты сердечных сокращений и отображаются в
виде светового, звукового и графического изображения. Приборы осна-
щены также датчиками, позволяющими регистрировать одновременно
сократительную деятельность матки и движения плода. При непрямой
(наружная) КТГ наружный УЗ-датчик помещается на передней брюшной
стенке. При использовании во время родов прямой (внутренней) КТГ
специальный спиралевидный электрод закрепляют на головке плода.
Комплексная ультразвуковая диагностика состояния дыхательных дви-
жений, сердечной деятельности, двигательной активности и тонуса плода,
а также оценки количества околоплодных вод, структурных особенностей
плаценты позволяет оценить биофизический профиль плода.
Наличие УЗ-техники с высокой разрешающей способностью расшири-
ло применение инвазивных внутриматочных методов оценки состояния
плода (хорионбиопсию, амниоцентез, кордоцентез и др.).
К инвазивным методам относится также амниоскопия — визуальная
оценка состава и количества околоплодных вод с помощью эндоскопа,
введенного в цервикальный канал.
534
12.7. ФИЗИОЛОГИЯ РОДОВ И ПОСЛЕРОДОВОГО
ПЕРИОДА
Роды — безусловнорефлекторный акт, в результате которого происхо-
дит изгнание жизнеспособного плода и элементов плодного яйца (плацен-
та с оболочками и околоплодными водами) из полости матки.
Причины наступления родов. Среди многочисленных факторов, контро-
лирующих начало родов, наиболее важная роль принадлежит нейрогумо-
ральным и гормональным системам материнского организма и фетопла-
центарного комплекса. К началу родов у беременной преобладают процес-
сы торможения в коре большого мозга и повышается возбудимость под-
корковых структур. Усиливаются спинномозговые рефлексы, повышается
возбудимость матки.
Матка начинает все сильнее реагировать на механические, химические
(гормоны, электролиты и др.) и другие раздражения, исходящие из орга-
низма беременной, от плода и из внешней среды. В то же время повыша-
ется активность этих раздражителей матки.
Большое значение в развитии родовой деятельности принадлежит гор-
мональным факторам. Понижается уровень прогестерона, тормозящего
спонтанную активность матки. Возрастает уровень эстрогенов, повышаю-
щих чувствительность миометрия к сокращающим веществам. Под дейст-
вием эстрогенов, синтезируемых системой мать — плацента — плод при
непосредственном участии гипофизарно-надпочечниковой системы плода
активируется синтез простагландинов. Они играют ключевую роль в раз-
вязывании непосредственно родовой деятельности и стимулируют секре-
цию окситоцина в гипофизе матери и плода. На фоне повышенной возбу-
димости матки особенно значителен эффект окситоцина, ацетилхолина и
других веществ, вызывающих сокращения матки.
Большое значение в возникновении родовой деятельности принадле-
жит также серотонину, адреналину, норадреналину, гистамину (уровень их
повышается перед родами) и кининовой системе.
Весь комплекс нервных и эндокринных изменений, происходящих в
организме перед родами, составляет так называемую родовую доминанту,
определяющую наступление и правильное течение родов.
Родовой акт. В течении родового акта выделяют 3 периода. В I периоде
происходит раскрытие шейки матки за счет непроизвольных периодически
повторяющихся сокращений матки — схваток. Во время схваток в мускула-
туре матки происходят процессы контракции (сокращение мышечных во-
локон и мышечных пластов) и ретракции (смещение мышечных пластов по
отношению друг к другу). Водителем ритма волн сокращений является
группа мышечных клеток, расположенных в трубных углах матки. Для фи-
зиологически развивающейся родовой деятельности характерны координи-
рованность (согласованность) и реципрокность (взаимосвязанность) сокра-
щений всех отделов матки. По мере развития родовой деятельности интен-
сивность и продолжительность схваток постепенно нарастают, а интервалы
между схватками уменьшаются. Сокращающиеся мышечные волокна тела
матки растягивают круговую мускулатуру шейки матки (дистракция), что
ведет к раскрытию маточного зева. Кроме того, раскрытию шейки матки
способствует внедрение напряженного, наполненного амниотической жид-
костью плодного пузыря, который вдавливается сокращениями тела матки
в канал шейки и действует наподобие гидравлического клина. При полном
или почти полном раскрытии шейки матки происходит разрыв плодного
пузыря и отхождение передних околоплодных вод.
535
Полное раскрытие шейки матки (10—12 см) указывает на окончание I
периода.
Во II периоде происходит изгнание плода из матки через родовые пути.
К этому времени матка и влагалище представляют единую родовую труб-
ку. После некоторого ослабления родовой деятельности (адаптация к уме-
ньшению объема полости матки после излития вод) схватки вновь усили-
ваются. Они способствуют продвижению плода по родовому каналу, кото-
рое началось в конце периода раскрытия. Головка плода опускается в ма-
лый таз, что ведет к изменению характера родовой деятельности: к схват-
кам присоединяются потуги — рефлекторное сокращение поперечнополо-
сатых мышц брюшного пресса, диафрагмы, тазового дна. При этом сила
потуг может регулироваться рожающей женщиной. Под влиянием возрас-
тающего внутри маточного и внутрибрюшного давления совершается про-
движение плода через родовой канал. Головка плода преодолевает сопро-
тивление со стороны родовых путей, растягивает половую щель и рождает-
ся. За ней рождается все туловище и изливаются задние околоплодные
воды.
В III периоде от стенок матки отделяются и рождаются плацента и
плодные оболочки (послед), чему способствуют последовые схватки и по-
туги.
Сократительную деятельность матки во время родов можно оценить
субъективными (пальпация) и объективными (наружная и внутренняя гис-
терография) методами. Гистерография — регистрация частоты и силы со-
кращений матки с графическим изображением физиологических сигналов
на калибровочной ленте. Наружную гистерографию проводят с примене-
нием электрических датчиков (непрямая электрогистерография с передней
брюшной стенки, реогистерография) и с использованием датчиков регист-
рации механической активности (пневматические, гидравлические, меха-
но- и фотоэлектрические приборы). При этом на регистрируемые показа-
тели влияют толщина подкожной жировой клетчатки, напряжение мышц
передней брюшной стенки. Внутренняя гистерография проводится с испо-
льзованием датчиков регистрации внутриматочного давления (радиотеле-
метрия, баллонометрия, измерение давления в сосудах пуповины в III пе-
риоде родов и др.), с применением электрических датчиков. Внутренняя
гистерография более точна, однако при использовании этих методов суще-
ствует риск инфицирования и вскрытия плодного пузыря.
В послеродовом периоде, который начинается с момента рождения по-
следа и продолжается 6—8 нед, происходит обратное развитие всех орга-
нов и систем, которые подвергались изменениям во время беременности и
родов. Исчезают возникшие изменения в эндокринной, нервной, сердеч-
но-сосудистой и других системах. Происходит становление и расцвет фун-
кции молочных желез. Наиболее выражены инволюционные процессы в
половых органах, особенно в матке. После рождения последа матка умень-
шается из-за резкого сокращения мускулатуры. Внутренняя стенка матки
после отделения последа представляет обширную раневую поверхность с
наиболее выраженными деструктивными изменениями в области плацен-
тарной площадки (место прикрепления плаценты). Сокращения мускула-
туры матки способствуют остановке кровотечения, так как при этом сжи-
маются просветы сосудов плацентарной площадки с образованием в них
тромбов. Инволюция матки происходит быстро, уменьшается гипертро-
фия мышечных клеток, отмечается обратное развитие межмышечной со-
единительной ткани и сосудов. Одновременно происходит процесс зажив-
ления внутренней поверхности матки и постепенная регенерация элемен-
536
тов, составляющих эндометрий. В процессе заживления внутренней по-
верхности матки появляются послеродовые выделения — лохии (распада-
ющиеся частицы децидуальной оболочки, сгустки крови и другие отторга-
ющиеся тканевые элементы).
В яичниках в послеродовом периоде заканчивается регресс желтого
тела и начинается созревание фолликулов. Менструации у женщин в по-
слеродовом периоде отсутствуют в связи с выделением большого количе-
ства пролактина у кормящих матерей. Первая менструация после родов
происходит на фоне отсутствия овуляции, в дальнейшем овуляторный
цикл восстанавливается. У некоторых женщин наступление овуляции и
беременность возможны в течение первых месяцев после родов, даже на
фоне кормления ребенка.
12.8. АДАПТАЦИЯ ОРГАНИЗМА НОВОРОЖДЕННОГО
К УСЛОВИЯМ ВНЕУТРОБНОЙ ЖИЗНИ
В родах ребенок испытывает нарастающую гипоксию в момент схваток,
болевые нагрузки при изгнании его из утробы матери. После рождения
условия жизни новорожденного радикально изменяются. Он попадает в
новую среду с иной гравитацией, температурой, с массой зрительных, так-
тильных, звуковых и других раздражителей. Ребенку необходим иной тип
дыхания, способ получения питательных веществ, что сопровождается из-
менениями практически во всех функциональных системах организма.
Физиологические реакции, отражающие адаптацию к родам, новым усло-
виям жизни называют переходными (транзиторные). Они появляются в
родах или после рождения и длятся около месяца (период новорожденно-
сти).
Адаптация ЦНС проявляется первичной ориентировочной реакцией на
обилие внешних и внутренних раздражителей. Первые секунды жизни ре-
бенок обездвижен (родовой катарсис), а затем под влиянием выброса
большого количества катехоламинов и рефлекторного раздражения аффе-
рентных путей ЦНС происходят глубокий вдох, крик, возбуждение тони-
ческих рефлексов — синдром «только что родившегося ребенка».
Первый самостоятельный вдох, который является началом собственно-
го газообмена в легких ребенка, осуществляется под действием ретикуляр-
ной формации на дыхательный центр. Активируют ретикулярную форма-
цию многие факторы. После перевязки пуповины и прекращения связи
плода с матерью через плаценту в крови ребенка нарастает концентрация
СО} и падает концентрация О}. Нарастающие гипоксемия, гиперкапния,
ацидоз и другие метаболические изменения, а также комплекс температур-
ных и других стимулов в момент рождения приводят к возбуждению дыха-
тельного центра. На протяжении 2—3 дней наблюдается транзиторная ги-
первентиляция легких. После перехода на самостоятельное дыхание (пер-
вый вдох расправляет легкие) периодически появляются вспышки дыхате-
льных движений с глубоким вдохом и затрудненным выдохом, которые
направлены на компенсацию ацидоза при рождении.
Важным этапом адаптации к условиям внеутробной жизни является
транзиторное кровообращение. В связи с началом легочного дыхания и
ликвидацией плацентарно-пуповинного кровотока происходит перестрой-
ка кровообращения. Заполнение газами легких вызывает значительное
уменьшение сопротивления в легочных сосудах, что приводит к увеличе-
нию кровотока в легких. Постепенно, через определенные промежутки
537
времени происходит закрытие фетальных шунтов: овального отверстия,
артериального (боталлов) и венозного (аранцев) протоков.
Происходят перестройки в системе пищеварения в связи с переходом
на новый лактотрофный тип питания — идет заселение кишечника бакте-
риальной флорой. Переходные состояния в системе пищеварения характе-
ризуются транзиторными катаром кишечника и дисбактериозом.
Перестройка эндокринной системы проявляется в виде полового криза
(нагрубание молочных желез, десквамативный вульвовагинит у девочек), а
также переходной гиперфункцией гипофиза, надпочечников и др.
Адаптация системы мочевыделения к измененной гемодинамике, гор-
мональному фону, к большим потерям воды выражается в транзиторной
олигурии, протеинурии, повышенном выделении солей.
12.9. ЛАКТАЦИЯ
Лактация — образование и выделение молока молочной железой. Это
завершающая фаза полного цикла размножения, предназначенная для
вскармливания потомства, присущая млекопитающим.
Необходимыми составляющими процесса лактации являются маммоге-
нез — рост и развитие молочных желез, лактогенез — совокупность изме-
нений в молочных железах, обусловливающих способность синтезировать
молоко, лактопоэз — секреция и выделение молока.
Развитие молочной железы. К моменту рождения девочки ее молочные
железы не развиты, имеются лишь главные выводные млечные протоки.
В периоде полового созревания под действием гормонов яичника, а также
гормонов гипофиза происходит рост и пролиферация молочных ходов,
развитие альвеол.
В репродуктивном периоде продолжаются циклические изменения в
железах под действием гормонов яичника. В фолликулярной фазе проис-
ходит клеточная пролиферация в протоково-дольчатой структуре, в лютеи-
новой — стимуляция дольчато-альвеолярного развития.
Молочная железа зрелой женщины состоит из 15—20 долей (сегменты)
железистой ткани, разделенной сосудистой, соединительной и жировой
тканью. Сегменты состоят из мелких долек, последние — из альвеол, име-
ющих канальцы. Канальцы сливаются в протоки, которые заканчиваются
выводными млечными протоками в соске. Сосок окружен пигментирован-
ным пятном — ареолой, содержащим гладкую мышцу.
Во время беременности, с первых ее недель наблюдается интенсивный
рост долек с образованием новых секреторных альвеол и дальнейшее раз-
витие системы молочных ходов, усиливается кровоснабжение, развивается
жировая ткань. Пролиферативные изменения в молочных железах продол-
жаются и в послеродовом периоде. Полного развития молочные железы
достигают после первых срочных родов.
Нейрогуморальная регуляция лактации. Регуляция лактации осуществ-
ляется двумя путями — гормональным и нервно-рефлекторным. Гормоны
играют роль в появлении лактации, нервно-рефлекторные процессы — в
ее поддержании. Во время беременности изменяется продукция половых и
гонадотропных гормонов. В большом количестве начинает выделяться
пролактин гипофизом, плацента продуцирует лактоген. Центральная роль
в регуляции лактации принадлежит гипоталамусу и гипофизу. Гипотала-
мус вырабатывает нейросекреты, оказывающие влияние на выделение гор-
монов гипофизом: пролактостатин — тормозящее, пролактолиберин —
538
стимулирующее. Пролактин продуцируется в аденогипофизе и стимулиру-
ет первичную выработку молока в альвеолах. Нейрогипофиз выделяет ок-
ситоцин, последний участвует в процессе молокоотдачи. Избыточная сек-
реция во время беременности сдерживается стероидными гормонами яич-
ников и плаценты, в частности прогестероном. Сразу после родов сдержи-
вающее воздействие плаценты устраняется и молочные железы заполня-
ются молозивом в течение первых суток.
Рецептивное поле, заложенное в коже соска и ареолы молочной железы
при кормлении грудью поддерживает лактацию путем нейрогуморальных
рефлексов, которые активируют спинномозговые пути, идущие в гипота-
ламус. Это стимулирует выработку пролактолиберина, пролактина и окси-
тоцина. Окситоцин вызывает сокращение клеток миоэндотелия, окружаю-
щих альвеолы, они сжимаются, проталкивая молоко в систему выводных
протоков. При этом возникает и сокращение матки, что содействует ско-
рой и полной ее инволюции. Поэтому кормление ребенка является одним
из существенных моментов, обеспечивающих физиологическое течение
послеродового периода.
Таким образом, в лактации участвуют два материнских рефлекса —
рефлекс производства и рефлекс удаления молока. Поддержанию лакта-
ции служит и соответствующее поведение кормящегося ребенка. В момент
кормления ребенка подключаются дополнительные рефлексы: поисковый
(заставляет ребенка отыскивать сосок), сосательный (ритмичные сокраще-
ния нижней челюсти, создающие отрицательное давление, и перистальти-
ка языка) и глотательный рефлексы.
Секреция и выделение молока. Молоко образуется в секреторных клетках
альвеол. При этом происходит поглощение молочной железой «предшест-
венников» молока из крови, синтез составных частей молока в секреторных
клетках альвеол, формирование и накопление синтезированных продуктов
внутри секреторных клеток и отделение молока в полость альвеол. Молоч-
ная железа начинает секретировать молозиво с 13—14-й недели беременно-
сти. Сразу после родов происходит быстрое увеличение секреции. В тече-
ние первых суток молочная железа наполняется молозивом. Ко вторым сут-
кам происходит изменение состава молока. Выраженное увеличение объема
молока происходит на 3—5-е сутки. Причем в одних случаях прилив молока
происходит постепенно, а в других — бурно (в течение нескольких часов).
С момента прилива молока секреция постепенно увеличивается в течение
2 мес и может оставаться на этой высоте до конца лактации.
Объем молока, вырабатываемый каждой железой, зависит в первую
очередь не от уровня гормонов, а от эффективности отсасывания и/или
сцеживания. Обе железы находятся под одинаковым гормональным воз-
действием, но количество вырабатываемого ими молока может быть раз-
личным в зависимости от количества, отсасываемого ребенком. Чем луч-
ше опорожняется железа, тем больше прилив молока, позволяющий удов-
летворить возрастающую потребность. При переполнении и неэффектив-
ном отводе молока увеличивается кровоток, создается лимфатический
отек, накапливаются супрессивные пептиды, в результате чего выработка
молока снижается. Этот механизм позволяет снизить бесполезное пере-
производство молока. Если активно функционирующая молочная железа
не опорожняется от молока, то процесс секреции быстро угнетается,
вплоть до полного прекращения лактации.
В сутки продуцируется в среднем от 600 до 1500 мл молока. Продолжи-
тельность лактации колеблется от 3 до 24 мес, в зависимости от индивиду-
альных особенностей женщины и от того, как долго мать кормит ребенка.
539
Состав грудного молока. Грудное молоко обеспечивает адаптацию ново-
рожденного и его успешный переход к независимой жизни после родов, в
связи с чем в разные периоды лактации грудное молоко имеет отличаю-
щийся состав. В первые 2 дня послеродового периода молочные железы
секретируют молозиво, на 2—3-и сутки — молозивное молоко, а с 4—5-го
дня — переходное молоко. Через 7—14 дней после родов секрет молочной
железы приобретает постоянный состав и называется зрелым молоком.
Молозиво — густая желтоватая жидкость основной реакции. В его состав
входят молозивные тельца (лейкоциты с мелкими жировыми включения-
ми или эпителиальные клетки в состоянии жирового перерождения), мо-
лочные шарики (фрагменты лактоцитов неправильной формы). Молозиво
отличается от зрелого молока своими органолептическими свойствами и
химическим составом. Оно содержит меньше углеводов и водораствори-
мых витаминов, но богаче зрелого грудного молока белками, жирами, ми-
неральными веществами и жирорастворимыми витаминами. Альбумины и
глобулины молозивного молока, не подвергаясь гидролизу в пищевари-
тельном тракте, могут частично проходить через стенку кишечника в неиз-
мененном состоянии. В состав молозива входят большое количество им-
муноглобулинов и множество других защитных факторов, которые играют
большую роль в формировании иммунитета новорожденного.
Зрелое молоко — белая непрозрачная жидкость с характерным запахом,
сладковатым вкусом и слабой основной реакцией. Оно состоит из молоч-
ной плазмы и жира. Молочная плазма содержит белки (казеиноген, лакто-
альбумин, лактоглобулин), молочный сахар (лактоза), неорганические
соли, а также небольшое количество лицетина и азотистых экстрактивных
веществ. Жиры зрелого молока преимущественно состоят из нейтральных
глицеридов (трипальмаитин, тристеарин и триолеин), в меньшем количе-
стве содержат глицериды миристиновой, масляной, капроновой и других
кислот.
Глава В СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ
13.1. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ СЕНСОРНЫХ СИСТЕМ
Сенсорной системой (анализатор, по И.П. Павлову) называют часть
нервной системы, состоящую из воспринимающих элементов — сенсор-
ных рецепторов, получающих стимулы из внешней или внутренней среды,
нервных путей, передающих информацию от рецепторов в мозг, и тех час-
тей мозга, которые перерабатывают и анализируют эту информацию. Пе-
редача сенсорных сигналов сопровождается многократным их преобразо-
ванием и перекодированием и завершается высшим анализом и синтезом
(опознание образа), после чего формируется ответная реакция организма.
Информация, поступающая в мозг, необходима не только для простых
и сложных рефлекторных актов, но и для психической деятельности чело-
века. И.М. Сеченов писал, что «психический акт не может явиться в со-
знании без внешнего чувственного возбуждения». Если осознание сенсор-
ной информации происходит, возникает ощущение. Понимание ощуще-
ния приводит к восприятию.
И.П. Павлов считал анализатором совокупность рецепторов (перифери-
ческий отдел анализатора), путей проведения возбуждения (проводниковый
отдел), а также нейронов, анализирующих раздражитель в коре мозга (цен-
тральный отдел анализатора).
13.1.1. Методы исследования сенсорных систем
Для изучения сенсорных систем используют электрофизиологические,
нейрохимические, поведенческие и морфологические исследования на
животных, психофизиологический и электрофизиологический анализ вос-
приятия у здорового и больного человека, методы картирования мозга.
Сенсорные функции также моделируют и протезируют.
Моделирование сенсорных функций позволяет изучать на биофизиче-
ских или компьютерных моделях такие свойства сенсорных систем, кото-
рые пока недоступны для экспериментальных методов.
Протезирование сенсорных функций практически проверяет истинность
наших знаний о них. Примером могут быть электрофосфеновые зритель-
ные протезы, которые восстанавливают зрительное восприятие у слепых
людей разными сочетаниями точечных электрических раздражений зрите-
льной области коры большого мозга.
13.1.2. Общие принципы строения сенсорных систем
Основными общими принципами построения сенсорных систем вы-
сших позвоночных животных и человека являются следующие:
▲ многослойность, т.е. наличие нескольких слоев нервных клеток, первый
из которых связан с рецепторами, а последний — с нейронами моторных
областей коры большого мозга. Это свойство дает возможность специа-
лизировать нейронные слои на переработку разных видов сенсорной ин-
541
формации, что позволяет организму быстро реагировать на простые сиг-
налы, анализируемые уже на первых уровнях сенсорной системы. Созда-
ются также условия для избирательного регулирования свойств нейрон-
ных слоев путем нисходящих влияний из других отделов мозга;
▲ многоканальность сенсорной системы, т. е. наличие в каждом слое мно-
жества (от десятков тысяч до нескольких миллионов) нервных клеток,
связанных с множеством клеток следующего слоя. Наличие множества
таких параллельных каналов обработки и передачи информации обеспе-
чивает сенсорной системе детальность анализа сигналов и большую на-
дежность;
ж разное число элементов в соседних слоях, что формирует «сенсорные во-
ронки». Так, в сетчатке глаза человека насчитывают 130 млн фоторецеп-
торов, а в слое ганглиозных клеток сетчатки нейронов в 100 раз меньше
(«суживающаяся воронка»). На следующих уровнях зрительной системы
формируется «расширяющаяся воронка»', число нейронов в первичной
проекционной области зрительной области коры в тысячи раз больше,
чем ганглиозных клеток сетчатки. В слуховой и в ряде других сенсор-
ных систем от рецепторов к коре большого мозга идет «расширяю-
щаяся воронка». Физиологический смысл «суживающейся воронки» за-
ключается в уменьшении избыточности информации, а «расширяющей-
ся» — в обеспечении дробного и сложного анализа разных признаков
сигнала;
▲ дифференциация сенсорной системы по вертикали и по горизонтали.
Дифференциация по вертикали заключается в образовании отделов, каж-
дый из которых состоит из нескольких нейронных слоев. Таким обра-
зом, отдел представляет собой более крупное морфофункциональное об-
разование, чем слой нейронов. Каждый отдел (например, обонятельные
луковицы, кохлеарные ядра слуховой системы или коленчатые тела) осу-
ществляет определенную функцию. Дифференциация по горизонтали за-
ключается в различных свойствах рецепторов, нейронов и связей между
ними в пределах каждого из слоев. Так, в зрении работают два паралле-
льных нейронных канала, идущих от фоторецепторов к коре большого
мозга и по-разному перерабатывающих информацию, поступающую от
центра и от периферии сетчатки глаза.
13.1.3. Основные функции сенсорной системы
Сенсорная система выполняет следующие основные функции, или опе-
рации, с сигналами: 1) обнаружение; 2) различение; 3) передачу и преоб-
разование; 4) кодирование; 5) детектирование признаков; 6) опознание
образов. Обнаружение и первичное различение сигналов обеспечивается
рецепторами, а детектирование и опознание сигналов — нейронами коры
большого мозга. Передачу, преобразование и кодирование сигналов осу-
ществляют нейроны всех слоев сенсорных систем.
Обнаружение сигналов начинается в рецепторе — специализированной
клетке, эволюционно приспособленной к восприятию раздражителя опре-
деленной модальности из внешней или внутренней среды и преобразова-
нию его из физической или химической формы в форму нервного возбуж-
дения.
Классификация рецепторов. В практическом отношении наиболее важ-
ное значение имеет психофизиологическая классификация рецепторов по
характеру ощущений, возникающих при их раздражении. Согласно этой
542
классификации, у человека различают зрительные, слуховые, обонятель-
ные, вкусовые, осязательные рецепторы, термо-, проприо- и вестибулоре-
цепторы (рецепторы положения тела и его частей в пространстве) и рецеп-
торы боли.
Существуют рецепторы внешние (экстерорецепторы) и внутренние (ин-
терорецепторы). К экстерорецепторам относятся слуховые, зрительные,
обонятельные, вкусовые, осязательные. К интерорецепторам относятся ве-
стибуло- и проприорецепторы (рецепторы опорно-двигательного аппара-
та), а также висцерорецепторы (сигнализируют о состоянии внутренних
органов).
По характеру контакта со средой рецепторы делят на дистантные, по-
лучающие информацию на расстоянии от источника раздражения (зрите-
льные, слуховые и обонятельные), и контактные — возбуждающиеся при
непосредственном соприкосновении с раздражителем (вкусовые, тактиль-
ные).
В зависимости от природы раздражителя, на который они оптимально
настроены, рецепторы разделены на фоторецепторы, механорецепторы
(слуховые, вестибулярные и тактильные рецепторы кожи, рецепторы
опорно-двигательного аппарата, барорецепторы сердечно-сосудистой сис-
темы), хеморецепторы (включающие рецепторы вкуса и обоняния, сосуди-
стые и тканевые рецепторы), терморецепторы (рецепторы кожи и внутрен-
них органов, центральные термочувствительные нейроны), болевые (ноци-
цептивные) рецепторы.
Все рецепторы делят на первично-чувствующие и вторично-чувствующие.
К первым относятся рецепторы обоняния, тактильные и проприорецепто-
ры. Они различаются тем, что преобразование энергии раздражения в
энергию нервного импульса происходит у них в первом нейроне сенсор-
ной системы. К вторично-чувствующим относятся рецепторы вкуса, зре-
ния, слуха, вестибулярного аппарата. У них между раздражителем и пер-
вым нейроном находится специализированная рецепторная клетка, не ге-
нерирующая импульсы. Таким образом, первый нейрон возбуждается не
непосредственно, а через рецепторную (не нервную) клетку.
Общие механизмы возбуждения рецепторов. При действии стимула на
рецепторную клетку происходит преобразование энергии внешнего раз-
дражения в рецепторный сигнал, или трансдукция сенсорного сигнала.
Этот процесс включает в себя три основных этапа: 1) взаимодействие сти-
мула, т. е. кванта света (зрение), молекулы пахучего или вкусового вещест-
ва (обоняние, вкус), или механической силы (слух, осязание) с рецептор-
ной белковой молекулой, которая находится в составе клеточной мембра-
ны рецепторной клетки; 2) усиление сенсорного сигнала и его передача
внутри рецепторной клетки; 3) открывание или блокирование находящих-
ся в мембране рецептора ионных каналов, через которые начинает или
прекращает течь ионный ток, что в свою очередь приводит к деполяриза-
ции или гиперполяризации этой мембраны (возникает так называемый ре-
цепторный потенциал). В первично-чувствующих рецепторах этот потен-
циал действует на наиболее чувствительные участки мембраны, способные
генерировать потенциалы действия — электрические нервные импульсы.
Во вторично-чувствующих рецепторах рецепторный потенциал вызывает
усиление (в случае деполяризации) или ослабление (в случае гиперполяри-
зации) выделения медиатора из пресинаптического окончания самой ре-
цепторной клетки. Медиатор (например, ацетилхолин), воздействуя на по-
стсинаптическую мембрану первого нейрона, расположенного после ре-
цептора, изменяет ее поляризацию (генерируется постсинаптический по-
543
тенциал). Постсинаптический потенциал первого нейрона сенсорной сис-
темы называют генераторным потенциалом, так как он вызывает генера-
цию импульсного ответа (в первично-чувствующих рецепторах рецептор-
ный и генераторный потенциалы — одно и то же).
Абсолютную чувствительность сенсорной системы измеряют порогом
реакции. Чувствительность и порог — обратные понятия: чем выше порог,
тем ниже чувствительность, и наоборот. Обычно принимают за пороговую
такую силу стимула, вероятность восприятия которого равна 0,5 или 0,75
(правильный ответ о наличии стимула в половине или в % случаев его дей-
ствия). Более низкие значения интенсивности считаются подпороговыми,
а более высокие — надпороговыми. Выяснено, что и в подпороговом диа-
пазоне реакция на сверхслабые раздражители возможна, но она неосозна-
ваема (не доходит до порога ощущения). Так, если снизить интенсивность
вспышки света настолько, что человек уже не может сказать, видел он ее
или нет, от его руки можно зарегистрировать неощущаемую кожно-гальва-
ническую реакцию на данный сигнал.
Чувствительность рецепторных элементов к адекватным раздражите-
лям, к восприятию которых они эволюционно приспособлены, предельно
высока. Так, обонятельный рецептор может возбудиться при действии
одиночной молекулы пахучего вещества, фоторецептор — одиночным
квантом света.
Различение сигналов. Важная характеристика сенсорной системы
способность замечать различия в свойствах одновременно или последова-
тельно действующих раздражителей. Различение начинается в рецепторах,
но в этом процессе участвуют нейроны всей сенсорной системы. Оно ха-
рактеризует то минимальное различие между стимулами, которое сенсор-
ная система может заметить (дифференциальный, или разностный, порог).
Порог различения интенсивности раздражителя практически всегда
выше ранее действовавшего раздражения на определенную долю (закон
Вебера). Так, усиление давления на кожу руки ощущается, если увеличить
груз на 3% (к стограммовой гирьке надо добавить 3 г, а к двухсотграммо-
вой — 6 г). Эта зависимость выражается формулой: df/I = const, где I —
сила раздражения, dl — ее едва ощущаемый прирост (порог различения),
const — постоянная величина (константа). Аналогичные соотношения по-
лучены для зрения, слуха и других органов чувств человека.
Зависимость силы ощущения от силы раздражения (закон Вебера—
Фехнера) выражается формулой: Е = a log I + b, где Е — величина ощуще-
ния, I — сила раздражения, а и b — константы, различные для разных мо-
дальностей стимулов. Согласно этой формуле, ощущение увеличивается
пропорционально логарифму интенсивности раздражения.
Пространственное различение основано на распределении возбуждения
в слое рецепторов и в нейронных слоях. Так, если два раздражителя возбу-
дили два соседних рецептора, то различение этих раздражителей невоз-
можно и они будут восприняты как единое целое. Необходимо, чтобы
между двумя возбужденными рецепторами находился хотя бы один невоз-
бужденный. Для временного различения двух раздражений необходимо,
чтобы вызванные ими нервные процессы не сливались во времени и что-
бы сигнал, вызванный вторым стимулом, не попадал в рефрактерный пе-
риод от предыдущего раздражения.
Передача и преобразование сигналов. Благодаря этим процессам сенсор-
ная система доносит до высших центров мозга наиболее важную (сущест-
венную) информацию о раздражителе в форме, удобной для его надежного
и быстрого анализа.
544
Преобразования сигналов могут быть условно разделены на простран-
ственные и временные. Среди пространственных преобразований выделя-
ют изменения соотношения разных частей сигнала. Так, в зрительной и
соматосенсорной системах на корковом уровне значительно искажаются
геометрические пропорции представительства отдельных частей тела или
частей поля зрения. В зрительной области коры резко расширено пред-
ставительство информационно наиболее важной центральной ямки сет-
чатки при относительном сжатии проекции периферии поля зрения
(«циклопический глаз»), В соматосенсорной области коры также преиму-
щественно представлены наиболее важные для тонкого различения и ор-
ганизации поведения зоны — кожа пальцев рук и лица («сенсорный го-
мункулюс»).
Ограничение избыточности информации и выделение существенных при-
знаков сигнала. Зрительная информация, идущая от фоторецепторов, могла
бы очень быстро насытить все информационные резервы мозга. Избыточ-
ность сенсорных сообщений ограничивается путем подавления информа-
ции о менее существенных сигналах. Менее важно во внешней среде то,
что неизменно либо изменяется медленно во времени и в пространстве.
Например, на сетчатку глаза длительно действует большое световое пятно.
Чтобы не передавать все время в мозг информацию от всех возбужденных
рецепторов, сенсорная система пропускает в мозг сигналы только о нача-
ле, а затем о конце раздражения (временное преобразование), причем до
коры доходят сообщения только от рецепторов, которые лежат по контуру
возбужденной области (пространственное преобразование).
Кодирование информации. Кодированием называют совершаемое по
определенным правилам преобразование информации в условную фор-
му — код. В сенсорной системе сигналы кодируются двоичным кодом, т.е.
наличием или отсутствием электрического импульса в тот или иной мо-
мент времени. Такой способ кодирования крайне прост и устойчив к по-
мехам. Информация о раздражении и его параметрах передается в виде от-
дельных импульсов, а также групп или «пачек» импульсов («залпы» импу-
льсов). Амплитуда, длительность и форма каждого импульса одинаковы,
но число импульсов в пачке, частота их следования, длительность пачек и
интервалов между ними, а также временной «рисунок» пачки различны и
зависят от характеристик стимула. Сенсорная информация кодируется и
числом одновременно возбужденных нейронов, а также местом возбужде-
ния в нейронном слое.
Особенности кодирования в сенсорных системах. В отличие от телефон-
ных или телевизионных кодов, которые декодируются восстановлением
первоначального сообщения в исходном виде, в сенсорной системе такого
декодирования не происходит. Еще одна важная особенность нервного ко-
дирования — множественность кодов. Так, для одного и того же свойства
сигнала (например, его интенсивности) сенсорная система использует не-
сколько кодов: частотой и числом импульсов в пачке, числом возбужден-
ных нейронов и их локализацией в слое. В коре используется также пози-
ционное кодирование. Оно заключается в том, что какой-то признак раз-
дражителя вызывает возбуждение определенного нейрона или небольшой
группы нейронов, расположенных в определенном месте нейронного слоя.
Например, возбуждение небольшой локальной группы нейронов зритель-
ной области коры означает, что в определенной части поля зрения появи-
лась световая полоска определенного размера и ориентации. Появление
полоски другой ориентации вызывает возбуждение соседней группы ней-
ронов зрительной коры.
545
Детектирование сигналов — это избирательное выделение сенсорным
нейроном того или иного признака раздражителя, имеющего поведенче-
ское значение. Такой анализ осуществляют нейроны-детекторы, избира-
тельно реагирующие лишь на определенные параметры стимула. Так, ти-
пичный нейрон зрительной области коры отвечает разрядом лишь на
одну определенную ориентацию темной или светлой полоски, располо-
женной в определенной части поля зрения. При других наклонах той же
полоски ответят другие нейроны. В высших отделах сенсорной системы
сконцентрированы детекторы сложных признаков и целых образов.
Примером могут служить детекторы лиц в нижневисочной области коры
мозга.
Опознание образов — это конечная и наиболее сложная операция сен-
сорной системы. Она заключается в отнесении образа к тому или иному
классу объектов, с которыми ранее встречался организм, т. е. в классифи-
кации образов. Синтезируя, т.е. объединяя сигналы от нейронов-детекто-
ров, высший отдел сенсорной системы формирует «образ» раздражителя и
сравнивает его с множеством образов, хранящихся в памяти. Опознание
завершается принятием решения о том, с каким объектом или ситуацией
встретился организм. В результате этого происходит восприятие, т. е. мы
осознаем, чье лицо видим перед собой, кого слышим, какой запах чувст-
вуем.
Опознание часто происходит независимо от изменчивости сигнала. Мы
надежно опознаем, например, предметы при различной их освещенности,
окраске, размере, ракурсе, ориентации и положении в поле зрения. Это
означает, что сенсорная система формирует независимый от изменений
ряда признаков сигнала (инвариантный) сенсорный образ.
13.1.4. Механизмы переработки информации
в сенсорной системе
Переработка информации в сенсорной системе осуществляется процес-
сами возбудительного и тормозного взаимодействия нейронов. Возбудите-
льное взаимодействие заключается в том, что аксон каждого нейрона,
приходя в вышележащий слой сенсорной системы, активирует несколько
нейронов, каждый из которых в свою очередь получает сигналы от неско-
льких клеток предыдущего слоя.
Совокупность рецепторов, сигналы которых поступают на данный
нейрон, называют его рецептивным полем. Рецептивные поля соседних
нейронов частично перекрываются. В результате такой организации свя-
зей в сенсорной системе образуется так называемая нервная сеть. Благо-
даря ей повышается чувствительность системы к слабым сигналам, а так-
же обеспечивается высокая приспособляемость к меняющимся условиям
среды.
Тормозная переработка сенсорной информации основана на том, что
каждый возбужденный сенсорный нейрон активирует тормозной интер-
нейрон. Интернейрон в свою очередь подавляет импульсацию как самого
возбудившего его элемента (последовательное, или возвратное, торможе-
ние), так и его соседей по слою (боковое, или латеральное, торможение).
Сила этого торможения тем больше, чем сильнее возбужден первый эле-
мент и чем ближе к нему соседняя клетка. Значительная часть операций
по снижению избыточности и выделению наиболее существенных сведе-
ний о раздражителе производится латеральным торможением.
546
13.1.5. Адаптация сенсорной системы
Сенсорная система обладает способностью приспосабливать свои свой-
ства к условиям среды и потребностям организма. Сенсорная адаптация —
общее свойство сенсорных систем, заключающееся в приспособлении к
длительно действующему (фоновому) раздражителю. Адаптация проявля-
ется в снижении абсолютной и повышении дифференциальной чувствите-
льности сенсорной системы.
Субъективно адаптация проявляется в привыкании к действию посто-
янного раздражителя (например, мы не замечаем непрерывного давления
на кожу привычной одежды).
Адаптационные процессы начинаются на уровне рецепторов, охватывая
и все нейронные уровни сенсорной системы. Адаптация выражена слабо
только в вестибуло- и проприорецепторах. По скорости данного процесса
все рецепторы делятся на быстро- и медленно адаптирующиеся. Первые
после развития адаптации практически не посылают в мозг информации о
длящемся раздражении. Вторые эту информацию передают в значительно
ослабленном виде. Когда действие постоянного раздражителя прекращает-
ся, абсолютная чувствительность сенсорной системы восстанавливается.
Так, после выключения света абсолютная чувствительность зрения в тем-
ноте резко повышается.
В сенсорной адаптации важную роль играет эфферентная регуляция
свойств сенсорной системы. Она осуществляется за счет нисходящих вли-
яний более высоких на более низкие ее отделы. Происходит как бы пере-
настройка свойств нейронов на оптимальное восприятие внешних сигна-
лов в изменившихся условиях. Состояние разных уровней сенсорной сис-
темы контролируется также ретикулярной формацией, включающей их в
единую систему, интегрированную с другими отделами мозга и организма
в целом.
Эфферентные влияния в сенсорных системах чаще всего имеют тормоз-
ной характер, т.е. приводят к уменьшению их чувствительности и ограни-
чивают поток афферентных сигналов.
13.1.6. Взаимодействие сенсорных систем
Взаимодействие сенсорных систем осуществляется на спинальном,
ретикулярном, таламическом и корковом уровнях. Особенно широка ин-
теграция сигналов в ретикулярной формации. В коре большого мозга
происходит интеграция сигналов высшего порядка. В результате образо-
вания множественных связей с другими сенсорными и неспецифически-
ми системами многие корковые нейроны приобретают способность отве-
чать на сложные комбинации сигналов разной модальности. Это особен-
но свойственно нервным клеткам ассоциативных областей коры большо-
го мозга, которые обладают высокой пластичностью, что обеспечивает
перестройку их свойств в процессе непрерывного обучения опознанию
новых раздражителей. Межсенсорное (кросс-модальное) взаимодействие
на корковом уровне создает условия для формирования «схемы мира» и
непрерывной увязки, координации с ней собственной «схемы тела» орга-
низма.
547
13.2. ЧАСТНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ СЕНСОРНЫХ СИСТЕМ
13.2.1. Зрительная система
Зрение эволюционно приспособлено к восприятию электромагнитных
излучений в узкой части их диапазона (видимый свет). Зрительная сис-
тема дает мозгу более 90 % всей сенсорной информации.
Зрение — многозвеньевой процесс, начинающийся с проекции изобра-
жения на сетчатку биологического оптического прибора — глаза. Затем
происходит возбуждение фоторецепторов, передача и преобразование зри-
тельной информации в нейронных слоях зрительной системы, а заканчи-
вается зрительное восприятие принятием высшими корковыми отделами
этой системы решения о зрительном образе.
Строение и функции оптического аппарата глаза. Глазное яблоко имеет
шарообразную форму, что облегчает его повороты для наведения на рас-
сматриваемый объект. На пути к светочувствительной оболочке глаза (сет-
чатка) лучи света проходят через несколько прозрачных сред — роговицу,
хрусталик и стекловидное тело. Определенная кривизна и показатель пре-
ломления роговицы и в меньшей мере хрусталика определяют преломле-
ние световых лучей внутри глаза (рис. 13.1).
Преломляющую силу любой оптической системы выражают в диоптри-
ях (D). Одна диоптрия равна преломляющей силе линзы с фокусным рас-
стоянием 100 см. Преломляющая сила здорового глаза составляет 59 D
при рассматривании далеких и 70,5 D — при рассматривании близких
предметов. Чтобы схематически представить проекцию изображения пред-
мета на сетчатку, нужно провести линии от его концов через узловую точ-
ку глаза (в 7 мм сзади от роговой оболочки). На сетчатке получается изоб-
ражение, резко уменьшенное, перевернутое сверху вниз и справа налево.
Аккомодация. Аккомодацией называют приспособление глаза к ясному
видению объектов, удаленных на разное расстояние. Для ясного видения
объекта необходимо, чтобы он был сфокусирован на сетчатке, т. е. чтобы
лучи от всех точек его поверхности проецировались на поверхность сет-
чатки. Когда мы смотрим на далекие предметы, их изображение сфокуси-
ровано на сетчатке и они видны ясно. Зато изображение близких предме-
тов при этом расплывчато, так как лучи от них собираются за сетчаткой.
Главную роль в аккомодации играет хрусталик, изменяющий свою кривиз-
ну и, следовательно, преломляющую способность. При рассматривании
близких предметов хрусталик делается более выпуклым, благодаря чему
лучи, расходящиеся от какой-либо точки объекта, сходятся на сетчатке.
Механизмом аккомодации является сокращение ресничных мышц, кото-
рые изменяют выпуклость хрусталика. Хрусталик заключен в тонкую про-
зрачную капсулу, которую всегда растягивают, т. е. уплощают, волокна
ресничного пояска (циннова связка). Сокращение гладких мышечных кле-
ток ресничного тела уменьшает тягу цинновых связок, что увеличивает
выпуклость хрусталика в силу его эластичности. Ресничные мышцы ин-
нервируются парасимпатическими волокнами глазодвигательного нерва.
Введение в глаз атропина нарушает передачу возбуждения к этой мышце,
что ограничивает аккомодацию глаза при рассматривании близких пред-
метов. Наоборот, вещества, имитирующие действие парасимпатических
волокон этого нерва — пилокарпин и эзерин — вызывают сокращение
этой мышцы.
548
Рис. 13Л. Механизм аккомодации (по
Гельмгольцу).
В левой половине хрусталик (7) уплощен
при рассматривании далекого предмета» а
справа он стал более выпуклым за счет ак-
комодационного усилия при рассматрива-
нии близкого предмета: 1 — склера; 2 —
сосудистая оболочка; 3 — сетчатка; 4 — ро-
говица; 5 — передняя камера; 6 — радуж-
ная оболочка; 7 — хрусталик; 8 — стекло-
видное тело; 9 — ресничная мышца, рес-
ничные отростки и ресничные (цинновы)
связки; 10 — центральная ямка; 11 — зри-
тельный нерв.
4
5
Для нормального глаза молодого человека дальняя точка ясного виде-
ния лежит в бесконечности (рис. 13.2, а), а лучи фокусируются на сетчатке
(рис. 13.2, б). Далекие предметы он рассматривает без всякого напряжения
аккомодации, т. е. без сокращения ресничной мышцы. Ближайшая точка
ясного видения благодаря аккомодации находится на расстоянии 10 см от
глаза.
Старческая дальнозоркость. Хрусталик с возрастом теряет эластичность,
и при изменении натяжения цинновых связок его кривизна меняется
мало. Поэтому ближайшая точка ясного видения находится теперь не на
расстоянии 10 см от глаза, а отодвигается от него. Близкие предметы при
этом видны плохо. Это состояние называется старческой дальнозорко-
стью, или пресбиопией. Пожилые люди вынуждены пользоваться очками с
двояковыпуклыми линзами.
Аномалии рефракции глаза. Две главные аномалии рефракции глаза —
близорукость, или миопия, и дальнозоркость, или гиперметропия, — обу-
словлены не недостаточностью преломляющих сред глаза, а изменением
длины глазного яблока.
Близорукость. Если продольная ось глаза слишком длинная, то лучи от
далекого объекта сфокусируются не на сетчатке, а перед ней, в стекловид-
ном теле (рис. 13.2, в). Такой глаз называется близоруким, или миопиче-
ским. Чтобы ясно видеть вдаль, необходимо перед близорукими глазами
поместить вогнутые стекла, которые отодвинут сфокусированное изобра-
жение на сетчатку (рис. 13.2, д).
Дальнозоркость. Противоположна близорукости дальнозоркость, или
гиперметропия. В дальнозорком глазу продольная ось глаза укорочена, и
поэтому лучи от далекого объекта фокусируются не на сетчатке, а за ней
(рис. 13.2, г). Этот недостаток рефракции может быть компенсирован ак-
комодационным усилием, т. е. увеличением выпуклости хрусталика. По-
этому дальнозоркий человек напрягает аккомодационную мышцу, рас-
549
a
Рис. 13.2. Рефракция в нор-
мальном (а, б), близоруком
(в) и дальнозорком (г) глазу.
Оптическая коррекция бли-
зорукости (д) и дальнозорко-
сти (е).
сматривая не только близкие, но и далекие объекты. При рассматривании
близких объектов аккомодационные усилия дальнозорких людей недоста-
точны. Поэтому для чтения дальнозоркие люди должны пользоваться оч-
ками с двояковыпуклыми линзами, усиливающими преломление света
(рис. 13.2, е). Гиперметропию не следует путать со старческой дальнозор-
костью. Общее у них лишь то, что необходимо пользоваться очками с
двояковыпуклыми линзами.
Астигматизм. К аномалиям рефракции относится также астигматизм,
т.е. неодинаковое преломление лучей в разных направлениях (например,
по горизонтальному и вертикальному меридиану). Астигматизм обуслов-
лен не строго сферической поверхностью роговой оболочки. При астигма-
тизме сильных степеней эта поверхность может приближаться к цилинд-
рической, что исправляется цилиндрическими очковыми стеклами, ком-
пенсирующими недостатки роговицы.
Зрачок и зрачковый рефлекс. Зрачком называют отверстие в центре ра-
дужной оболочки, через которое лучи света проходят внутрь глаза. Зрачок
повышает четкость изображения на сетчатке, увеличивая глубину резкости
глаза. Пропуская только центральные лучи, он улучшает изображение на
сетчатке также за счет устранения сферической аберрации. Если прикрыть
глаз от света, а затем открыть его, то расширившийся при затемнении зра-
чок быстро суживается («зрачковый рефлекс»). Мышцы радужной оболоч-
ки изменяют величину зрачка, регулируя поток света, попадающий в глаз.
Так, на очень ярком свету зрачок имеет минимальный диаметр (1,8 мм);
при средней дневной освещенности он расширяется (2,4 мм); в темноте
расширение максимально (7,5 мм). Это приводит к ухудшению качества
изображения на сетчатке, но увеличивает чувствительность зрения. Преде-
льные вариации диаметра зрачка изменяют его площадь примерно в 17
раз; во столько же раз меняется при этом световой поток. Между интен-
сивностью освещения и диаметром зрачка существует логарифмическая
зависимость. Реакция зрачка на изменение освещенности имеет адаптив-
ный характер, так как в небольшом диапазоне стабилизирует освещен-
ность сетчатки.
В радужной оболочке имеется два вида мышечных волокон, окружаю-
щих зрачок: кольцевые, иннервируемые парасимпатическими волокнами
глазодвигательного нерва, и радиальные, иннервируемые симпатическими
550
нервами. Сокращение кольцевых мышц вызывает сужение, сокращение
радиальных — расширение зрачка. Соответственно этому ацетилхолин и
эзерин вызывают сужение, а адреналин — расширение зрачка. Зрачки рас-
ширяются во время боли, при гипоксии, а также при эмоциях, усиливаю-
щих возбуждение симпатической системы (страх, ярость). Расширение
зрачков — важный симптом ряда патологических состояний, например бо-
левого шока, гипоксии.
У здоровых людей размеры зрачков обоих глаз одинаковые. При осве-
щении одного глаза зрачок другого тоже суживается; такая реакция назы-
вается содружественной. В некоторых патологических случаях размеры
зрачков обоих глаз различны (анизокория).
Структура и функции сетчатки. Сетчатка представляет собой внутрен-
нюю светочувствительную оболочку глаза. Она имеет сложную многослой-
ную структуру (рис. 13.3). Здесь расположены два вида вторично-чувству-
ющих, различных по своему функциональному значению фоторецепторов
(палочки и колбочки) и несколько видов нервных клеток. Рецепторный
сигнал от палочек и колбочек передается через синапс первой нервной
клетке сетчатки — биполярному нейрону. Сигналы от биполярных нейро-
нов синаптически передаются ганглиозным клеткам сетчатки, которые
посылают свои импульсные сигналы в подкорковые зрительные центры.
В процессах передачи и переработки информации в сетчатке важную роль
играют также горизонтальные и амакриновые клетки. Все перечисленные
нейроны сетчатки с их отростками образуют нервный аппарат глаза, кото-
рый не только передает информацию в зрительные центры мозга, но и
участвует в ее анализе и переработке. Поэтому сетчатку называют частью
мозга, вынесенной на периферию.
Волокна (аксоны) ганглиозных клеток собираются вместе и образуют
зрительный нерв. Место выхода зрительного нерва из сетчатки — диск
зрительного нерва, называют слепым пятном. Оно не содержит фоторе-
цепторов и поэтому нечувствительно к свету. Мы не ощущаем наличия
«дыры» в сетчатке.
Рассмотрим структуру и функции слоев сетчатки, следуя от наружного
(заднего, наиболее удаленного от зрачка) слоя сетчатки к внутреннему
(расположенному ближе к зрачку) ее слою.
Слой пигментного эпителия образован эпителиальными клетками, со-
держащими внутриклеточные органеллы — меланосомы, придающие это-
му слою черный цвет. Черный пигмент экранирует, т.е. поглощает доходя-
щий до него свет, не давая ему отразиться и рассеяться, что способствует
созданию на сетчатке более четкого изображения. Клетки пигментного
эпителия плотно окружают светочувствительные наружные сегменты па-
лочек и колбочек многочисленными отростками.
Пигментный эпителий играет решающую роль в ресинтезе (регенера-
ция) зрительного пигмента после его обесцвечивания, в фагоцитозе на-
ружных сегментов палочек и колбочек для их обновления, в защите фото-
рецепторов от опасности светового повреждения избыточным светом, а
также в переносе к ним кислорода и других необходимых им веществ.
Контакт между клетками пигментного эпителия и фоторецепторами дово-
льно слабый, что иногда приводит к отслойке сетчатки — опасному глаз-
ному заболеванию. При этом происходит дегенерация рецепторов вследст-
вие нарушения их метаболизма.
Фоторецепторы. К пигментному слою изнутри примыкает слой фото-
рецепторов: палочек и колбочек. В сетчатке каждого глаза человека нахо-
дится 6—7 млн колбочек и 110—125 млн палочек. Они распределены в сет-
551
чатке неравномерно. Центральная ямка сетчатки (fovea centralis) содержит
только колбочки (до 140 тыс. на 1 мм2). По направлению от центра к пе-
риферии сетчатки их число уменьшается, а число палочек возрастает, так
что на дальней периферии имеются только палочки. Колбочковый аппарат
сетчатки функционирует в условиях больших освещенностей, он обеспе-
чивают дневное и цветовое зрение; намного более светочувствительный
палочковый аппарат ответствен за сумеречное зрение.
Цвет воспринимается лучше всего при действии света на центральную
ямку сетчатки, где расположены почти исключительно колбочки; здесь же
и наибольшая острота зрения. По мере удаления от центра сетчатки вос-
приятие цвета и пространственное разрешение становятся хуже. Перифе-
рия сетчатки, где находятся исключительно палочки, не воспринимает
цвета. Зато световая чувствительность палочкового аппарата сетчатки во
много раз больше, чем у колбочкового. В сумерках из-за резкого пониже-
ния «колбочкового» зрения и преобладания «периферического» зрения мы
не различаем цвет («ночью все кошки серы»).
Нарушение функции палочек, возникающее при недостатке в пище ви-
тамина А, вызывает расстройство сумеречного зрения — так называемую
куриную слепоту: человек совершенно слепнет в сумерках, но днем зрение
остается нормальным. Наоборот, при поражении колбочек возникает свето-
боязнь: человек видит при слабом свете, но слепнет при ярком освещении.
В этом случае может развиться и полная цветовая слепота — ахромазия.
Строение фоторецепторной клетки. Фоторецепторная клетка — палочка
или колбочка — состоит из чувствительного к действию света наружного
сегмента, содержащего зрительный пигмент, внутреннего сегмента, соеди-
нительной ножки, ядерной части с крупным ядром и пресинаптического
окончания. Палочка и колбочка сетчатки обращены своими светочувстви-
тельными наружными сегментами к пигментному эпителию, т. е. в сторо-
ну, противоположную свету. Поэтому свет на пути к наружным сегментам
рецепторов проходит через очень тонкие и прозрачные для него нервные
слои сетчатки. Полагают, что эта особенность устройства глаза связана с
необходимостью обеспечить регенерацию зрительного пигмента, а также
непрерывное обновление наружных сегментов фоторецепторов, приблизив
их к пигментному слою сетчатки.
У человека наружный сегмент фоторецептора содержит около тысячи
фоторецепторных дисков. Наружный сегмент палочки намного длиннее,
чем колбочки, и содержит больше зрительного пигмента. Фоторецептор-
ный диск образован двумя мембранами, соединенными по краям. Мемб-
рана диска — типичная биологическая мембрана, образованная двойным
липидным слоем, в который погружены молекулы белков. Мембрана дис-
ка обладает низкой вязкостью. В результате этого молекулы белка в ней
быстро вращаются (броуновское движение) и медленно перемещаются
вдоль диска. Это позволяет белкам часто сталкиваться и взаимодейство-
вать между собой. Наружный сегмент фоторецептора соединен с внутрен-
ним модифицированной ресничкой.
Внутренний сегмент содержит крупное ядро и метаболический аппарат
клетки, в том числе митохондрии, обеспечивающие энергетические по-
требности фоторецептора, и аппарат Гольджи. Он принимает участие в
синтезе белка и, таким образом, обновлении мембран наружного сегмен-
та, который обновляется за 2—3 нед. Во внутреннем сегменте происходит
синтез и включение молекул зрительного пигмента в фоторецепторную
мембрану диска. Наружные сегменты колбочек также постоянно обновля-
ются, но с меньшей скоростью.
552
Пресинаптическое окончание рецептора устроено несколько необычно:
оно содержит синаптическую ленту, вокруг которой много синаптических
пузырьков, содержащих нейромедиатор — глутамат.
Зрительные пигменты. В палочках сетчатки человека содержится пиг-
мент родопсин с максимумом спектра поглощения 500 нанометров (нм).
В наружных сегментах трех типов колбочек (сине-, зелено- и красночувст-
вительных) содержится 3 типа зрительных пигментов, максимумы спек-
тров поглощения которых находятся в синей (420 нм), зеленой (531 нм) и
красной (558 нм) частях спектра. Красный колбочковый пигмент получил
название «йодопсин». Молекула зрительного пигмента сравнительно не-
большая; состоит из большей белковой части (оисии) и меньшей хромо-
форной части (ретиналь, или альдегид витамина А). Ретиналь может нахо-
диться в различных пространственных конфигурациях, т. е. изомерных
формах, но только одна из них — 11-цис-изомер ретиналя выступает в ка-
честве хромофорной группы всех известных зрительных пигментов. Ис-
точником ретиналя в организме служат каротиноиды, при недостатке ко-
торых (дефицит витамина А) развивается «куриная слепота».
Молекулярная физиология фоторецепции. Последовательность молеку-
лярных событий в наружном сегменте палочки, ответственных за ее воз-
буждение, довольно сложна. При поглощении кванта света в молекуле
зрительного пигмента происходит мгновенная изомеризация ее хромофор-
ной группы: 11-цыс-ретиналь выпрямляется и превращается в полностью-
/иранс-ретиналь. Эта реакция длится всего около 1 пс (Г12 с), а свет выпол-
няет в ней роль спускового, или триггерного, фактора, запускающего ме-
ханизм фоторецепции. Вслед за фотоизомеризацией ретиналя происходят
пространственные изменения и в белковой части молекулы (опсин). В ре-
зультате родопсин обесцвечивается и переходит в состояние метародопси-
на II. С этого момента молекула зрительного пигмента приобретает спо-
собность к взаимодействию с другим белком — трансдуцином (Т). В комп-
лексе с метародопсином II трансдуцин переходит в активное состояние и
обменивает связанный с ним в темноте гуанозиндифосфат (ГДФ) на гуа-
нозинтрифосфат (ГТФ). Метародопсин II способен активировать около
500—1000 молекул трансдуцина, что приводит к усилению светового сиг-
нала.
Это первый этап усиления светового сигнала в фоторецепторе. Акти-
вированная молекула трансдуцина в свою очередь активирует одну моле-
кулу фермента фосфодиэстеразы (ФДЭ). Активированная ФДЭ с высо-
кой скоростью разрушает молекулы циклического гуанозинмонофосфата
(цГМФ), причем каждая молекула ФДЭ разрушает несколько тысяч мо-
лекул цГМФ. Это второй этап усиления сигнала в механизме фоторецеп-
ции. В результате работы усилительного каскада в цитоплазме наружного
сегмента рецептора падает концентрация свободного цГМФ. Это приво-
дит к закрытию ионных каналов в плазматической мембране наружного
сегмента, которые были открыты в темноте и через которые внутрь клет-
ки входили Na+ и Са2+ Ионный канал закрывается вследствие того, что
из-за падения концентрации свободного цГМФ в клетке от канала отхо-
дят молекулы цГМФ, которые были связаны с ним в темноте и держали
его открытым.
Уменьшение входа Na+ внутрь наружного сегмента приводит к гипер-
поляризации его мембраны, т.е. возникновению на ней рецепторного по-
тенциала. Градиенты концентрации Na+ и К+ поддерживаются на плазма-
тической мембране палочки активной работой натрий-калиевого насоса,
локализованного в мембране внутреннего сегмента. Гиперполяризацион-
553
ный рецепторный потенциал, возникший на мембране наружного сегмен-
та, распространяется вдоль клетки до ее пресинаптического окончания и
уменьшает скорость выделения медиатора (глутамат). Таким образом, фо-
торецепторный процесс завершается уменьшением скорости выделения
нейромедиатора из пресинаптического окончания фоторецептора.
Не менее сложен и механизм восстановления исходного темнового со-
стояния фоторецептора, т. е. его способности ответить на следующий све-
товой стимул. Для этого необходимо вновь открыть ионные каналы в
плазматической мембране. Открытое состояние канала обеспечивается его
тесной связью с молекулами цГМФ, что обеспечивается повышением кон-
центрации свободного цГМФ в цитоплазме. Через открытый канал внутрь
клетки вновь начинают входить Na+ и Са2+, деполяризуя мембрану рецеп-
тора и переводя его в «темновое» состояние. Вследствие этого из преси-
наптического окончания вновь ускоряется выход медиатора.
Нейроны сетчатки. Фоторецепторы сетчатки синаптически связаны с
биполярными нейронами. При действии света уменьшается выделение ме-
диатора (глутамат) из пресинаптического окончания фоторецептора, что
приводит к гиперполяризации мембраны биполярного нейрона. От него
нервный сигнал передается на ганглиозные клетки, аксоны которых явля-
ются волокнами зрительного нерва. Передача сигнала как с фоторецепто-
ра на биполярный нейрон, так и от него на ганглиозную клетку происхо-
дит безымпульсным путем. Биполярный нейрон не генерирует импульсов
ввиду предельно малого расстояния, на которое он передает сигнал.
На 130 млн фоторецепторных клеток приходится только 1 млн 250 тыс.
ганглиозных клеток, аксоны которых образуют зрительный нерв. Это зна-
чит, что импульсы от многих фоторецепторов сходятся (конвергируют) че-
рез биполярные нейроны к одной ганглиозной клетке. Фоторецепторы,
соединенные с одной ганглиозной клеткой, образуют ее рецептивное поле.
Таким образом, каждая ганглиозная клетка суммирует возбуждение, воз-
никающее в большом числе фоторецепторов. Это повышает световую чув-
ствительность, но ухудшает пространственное разрешение. Лишь в центре
сетчатки, в районе центральной ямки, каждая колбочка соединена с одной
так называемой карликовой биполярной клеткой, с которой соединена
также всего одна ганглиозная клетка. Это обеспечивает здесь высокое про-
странственное разрешение, но резко уменьшает световую чувствитель-
ность.
Взаимодействие соседних нейронов сетчатки обеспечивается горизон-
тальными и амакриновыми клетками, через отростки которых распростра-
няются сигналы, меняющие синаптическую передачу между фоторецепто-
рами и биполярными клетками (горизонтальные клетки) и между бипо-
лярными и ганглиозными клетками (амакриновые клетки). Амакриновые
клетки осуществляют боковое торможение между соседними ганглиозны-
ми клетками.
Кроме афферентных волокон, в зрительном нерве есть и центробеж-
ные, или эфферентные, нервные волокна, приносящие к сетчатке сигналы
из мозга. Полагают, что эти импульсы действуют на синапсы между бипо-
лярными и ганглиозными клетками сетчатки, регулируя проведение воз-
буждения между ними.
Нервные пути и связи в зрительной системе. Из сетчатки зрительная ин-
формация по волокнам зрительного нерва (II пара черепных нервов)
устремляется в мозг. Зрительные нервы от каждого глаза встречаются у
основания мозга, где формируется их частичный перекрест (хиазма). Здесь
часть волокон каждого зрительного нерва переходит на противоположную
554
Рис. 13.4. Электроретинограм-
ма (по Гравиту).
а, b, с, d — волны ЭРГ; стрелками
указаны моменты включения и вы-
ключения вспышки света.
от своего глаза сторону. Частичный перекрест волокон обеспечивает каж-
дое полушарие большого мозга информацией от обоих глаз. Проекции эти
организованы так, что в затылочную долю правого полушария поступают
сигналы от правых половин каждой сетчатки, а в левое полушарие — от
левых половин сетчаток.
После зрительного перекреста зрительные нервы называют зрительными
трактами. Они проецируются в ряд мозговых структур, но основное число
волокон приходит в таламический подкорковый зрительный центр — наруж-
ное коленчатое тело (НКТ). Отсюда сигналы поступают в первичную проек-
ционную область зрительной зоны коры (стриарная кора, или поле 17 по
Бродману). Вся зрительная зона коры включает несколько полей, каждое из
которых обеспечивает свои, специфические функции, но получает сигналы
от всей сетчатки и в общем сохраняет ее топологию, или ретинотопию (сиг-
налы от соседних участков сетчатки попадают в соседние участки коры).
Электрическая активность центров зрительной системы. Электрические
явления в сетчатке и зрительном нерве. При действии света в рецепторах, а
затем и в нейронах сетчатки генерируются электрические потенциалы, от-
ражающие параметры действующего раздражителя. Суммарный электри-
ческий ответ сетчатки глаза на действие света называют электроретино-
граммой (ЭРГ). Она может быть зарегистрирована от целого глаза или не-
посредственно от сетчатки. Для этого один электрод помещают на поверх-
ность роговой оболочки, а другой — на кожу лица вблизи глаза либо на
мочку уха. На электроретинограмме различают несколько характерных
волн (рис. 13.4). Волна а отражает возбуждение внутренних сегментов фо-
торецепторов (поздний рецепторный потенциал) и горизонтальных кле-
ток. Волна Ь возникает в результате активации глиальных (мюллеровские')
клеток сетчатки ионами калия, выделяющимися при возбуждении бипо-
лярных и амакриновых нейронов. Волна с отражает активацию клеток
пигментного эпителия, а волна d — горизонтальных клеток.
На ЭРГ хорошо отражаются интенсивность, цвет, размер и длитель-
ность действия светового раздражителя. Амплитуда всех волн ЭРГ увели-
чивается пропорционально логарифму силы света и времени, в течение
которого глаз находился в темноте. Волна d (реакция на выключение) тем
больше, чем дольше действовал свет. Поскольку в ЭРГ отражена актив-
ность почти всех клеток сетчатки (кроме ганглиозных), этот показатель
широко используется в клинике глазных болезней для диагностики и кон-
троля лечения при различных заболеваниях сетчатки.
Возбуждение ганглиозных клеток сетчатки приводит к тому, что по их
аксонам (волокна зрительного нерва) в мозг устремляются импульсы. Ган-
глиозная клетка сетчатки — это первый нейрон «классического» типа в
цепи фоторецептор — мозг. Описано три основных типа ганглиозных кле-
ток: отвечающие на включение (on-реакция) и выключение света (off-ре-
акция), а также на то и другое (on-off-реакция) (рис. 13.5).
555
С off-центром
Рис. 13.5. Импульсация двух ганглиозных клеток сетчатки и их концентрические
рецептивные поля. Тормозные зоны рецептивных полей заштрихованы. Показаны
реакции на включение и выключение света при стимуляции световым пятном
центра рецептивного поля и его периферии.
Диаметр рецептивных полей ганглиозных клеток в центре сетчатки зна-
чительно меньше, чем на периферии. Эти рецептивные поля имеют круг-
лую форму и концентрически построены: круглый возбудительный центр
и кольцевая тормозная периферическая зона или наоборот. При увеличе-
нии размера светового пятнышка, вспыхивающего в центре рецептивного
поля, ответ ганглиозной клетки увеличивается (пространственная сумма-
ция).
Одновременное возбуждение близко расположенных ганглиозных кле-
ток приводит к их взаимному торможению: ответы каждой клетки делают-
ся меньше, чем при одиночном раздражении. В основе этого эффекта ле-
жит латеральное, или боковое, торможение. Благодаря круглой форме ре-
цептивные поля ганглиозных клеток сетчатки производят так называемое
поточечное описание сетчаточного изображения: оно отображается очень
тонкой мозаикой, состоящей из возбужденных нейронов.
Электрические явления в подкорковом зрительном центре и зрительной зо-
не коры. Картина возбуждения в нейронных слоях подкоркового зритель-
556
ного центра — наружного, или латерального, коленчатого тела (НКТ), ку-
да приходят волокна зрительного нерва, во многом сходна с той, которая
наблюдается в сетчатке. Рецептивные поля этих нейронов также круглые,
но меньшего размера, чем в сетчатке. Ответы нейронов, генерируемые в
ответ на вспышку света, здесь короче, чем в сетчатке. На уровне наружных
коленчатых тел происходит взаимодействие афферентных сигналов, при-
шедших из сетчатки, с эфферентными сигналами из зрительной области
коры, а также через ретикулярную формацию от слуховой и других сен-
сорных систем. Эти взаимодействия обеспечивают выделение наиболее су-
щественных компонентов сенсорного сигнала и процессы избирательного
зрительного внимания.
Импульсные разряды нейронов наружного коленчатого тела по их аксо-
нам поступают в затылочную часть полушарий большого мозга, где распо-
ложена первичная проекционная область зрительной зоны коры (стриар-
ная кора, или поле 17). Здесь происходит значительно более специализи-
рованная и сложная, чем в сетчатке и наружном коленчатом теле, перера-
ботка зрительной информации. Нейроны зрительной зоны коры имеют не
круглые, а вытянутые (по горизонтали, вертикали или в одном из косых
направлений) рецептивные поля небольшого размера. Благодаря этому
они способны выделять из цельного изображения отдельные фрагменты
линий с той или иной ориентацией и расположением (детекторы ориента-
ции) и избирательно на них реагировать.
В каждом небольшом участке зрительной зоны коры по ее глубине
сконцентрированы нейроны с одинаковой ориентацией и локализацией
рецептивных полей в поле зрения. Они образуют колонку нейронов, про-
ходящую вертикально через все слои коры. Колонка — пример функцио-
нального объединения корковых нейронов, осуществляющих сходную
функцию. Многие нейроны зрительной зоны коры избирательно реагиру-
ют на определенные направления движения (дирекциональные детекторы)
либо на какой-то цвет, а часть нейронов лучше всего отвечает на относи-
тельную удаленность объекта от глаз.
Для оценки передачи сигналов на разных уровнях зрительной системы
часто используют регистрацию суммарных вызванных потенциалов (ВП),
которые у животных можно одновременно отводить от всех отделов систе-
мы, а у человека — от зрительной зоны коры с помощью наложенных на
кожу головы электродов. Сравнение вызванного световой вспышкой отве-
та сетчатки (ЭРГ) и ВП коры большого мозга позволяет установить лока-
лизацию патологического процесса в зрительной системе человека.
Зрительные функции. Световая чувствительность. Абсолютная чувстви-
тельность зрения. Для возникновения зрительного ощущения необходимо,
чтобы световой раздражитель имел некоторую минимальную (пороговая)
энергию. Минимальное число квантов света, необходимое для возникно-
вения ощущения света, в условиях темновой адаптации колеблется от 8 до
47. Рассчитано, что одна палочка может быть возбуждена всего одним
квантом света. Таким образом, чувствительность рецепторов сетчатки в
наиболее благоприятных условиях световосприятия физически предельна.
Одиночные палочки и колбочки сетчатки различаются по световой чувст-
вительности несущественно, однако число фоторецепторов, посылающих
сигналы на одну ганглиозную клетку, в центре и на периферии сетчатки
различно. Число колбочек в рецептивном поле в центре сетчатки пример-
но в 100 раз меньше числа палочек в рецептивном поле на периферии сет-
чатки. Соответственно и чувствительность палочковой системы в 100 раз
выше, чем колбочковой.
557
Зрительная адаптация. При переходе от темноты к свету наступает вре-
менное ослепление, а затем чувствительность глаза постепенно снижается.
Это приспособление зрительной системы к условиям яркой освещенности
называется световой адаптацией. Обратное явление {темновая адаптация)
наблюдается при переходе из светлого помещения в почти не освещенное.
В первое время человек почти ничего не видит из-за низкой чувствитель-
ности фоторецепторов и зрительных нейронов. Постепенно начинают вы-
являться контуры предметов, а затем различаются и их детали, так как
чувствительность фоторецепторов и зрительных нейронов в темноте по-
степенно повышается.
Повышение световой чувствительности во время пребывания в темноте
происходит неравномерно: в первые 10 мин она увеличивается в десятки
раз, а затем в течение часа — в десятки тысяч раз. Важную роль в этом
процессе играет восстановление зрительных пигментов. Пигменты колбо-
чек в темноте восстанавливаются быстрее родопсина палочек, поэтому в
первые минуты пребывания в темноте адаптация обусловлена процессами
в колбочках. Этот первый период адаптации не приводит к большим изме-
нениям чувствительности глаза, так как абсолютная чувствительность кол-
бочкового аппарата невелика.
Следующий период адаптации обусловлен восстановлением родопсина
палочек. Этот период завершается только к концу первого часа пребы-
вания в темноте. Восстановление родопсина сопровождается резким (в
100 000—200 000 раз) повышением чувствительности палочек к свету.
В связи с максимальной чувствительностью в темноте только палочек сла-
бо освещенный предмет виден лишь периферическим зрением.
Существенную роль в адаптации, помимо зрительных пигментов, игра-
ет переключение связей между элементами сетчатки. В темноте площадь
возбудительного центра рецептивного поля ганглиозной клетки увеличи-
вается вследствие ослабления горизонтального торможения. При этом уве-
личивается конвергенция фоторецепторов на биполярные нейроны и би-
полярных нейронов на ганглиозную клетку. Вследствие такой пространст-
венной суммации световая чувствительность на периферии сетчатки в
темноте возрастает.
Световая чувствительность глаза зависит и от влияний ЦНС. Раздражение
некоторых участков ретикулярной формации ствола мозга повышает частоту
импульсов в волокнах зрительного нерва. Влияние ЦНС на адаптацию сет-
чатки к свету проявляется и в том, что освещение одного глаза понижает све-
товую чувствительность неосвещенного глаза. На чувствительность к свету
оказывают влияние также звуковые, обонятельные и вкусовые сигналы.
Яркостный контраст. Взаимное латеральное торможение зрительных
нейронов лежит в основе общего, или глобального, яркостного контраста.
Так, серая полоска бумаги, лежащая на светлом фоне, кажется темнее та-
кой же полоски, лежащей на темном фоне. Причина в том, что светлый
фон возбуждает множество нейронов сетчатки, а их возбуждение тормозит
клетки, активированные полоской. Поэтому на ярко освещенном фоне се-
рая полоска кажется более темной, чем на черном фоне. Наиболее сильно
латеральное торможение действует между близко расположенными нейро-
нами, осуществляя локальный контраст. Происходит кажущееся усиление
перепада яркости на границе поверхностей разной освещенности. Этот
эффект называют также подчеркиванием контуров: на границе яркого
поля и темной поверхности можно видеть две дополнительные линии (еще
более яркую линию на границе светлого поля и очень темную линию на
границе темной поверхности).
558
Слепящая яркость света. Слишком яркий свет вызывает неприятное
ощущение ослепления. Верхняя граница слепящей яркости зависит от
адаптации глаза: чем дольше была темновая адаптация, тем меньшая яр-
кость света вызывает ослепление. Если в поле зрения попадают очень яр-
кие (слепящие) объекты, они ухудшают различение сигналов в значитель-
ной части сетчатки (на ночной дороге водителей ослепляют фары встреч-
ных машин). При тонких зрительных работах (длительное чтение, работа с
компьютером, сборка мелких деталей, работа хирурга) надо пользоваться
только рассеянным светом, не ослепляющим глаза.
Инерция зрения, слитие мельканий и последовательные образы. Зритель-
ное ощущение появляется не мгновенно. Прежде чем возникнет ощуще-
ние, в зрительной системе должны произойти многократные преобразова-
ния и передача сигналов. Время «инерции зрения», необходимое для воз-
никновения зрительного ощущения, в среднем равно 0,03—0,1 с. Это ощу-
щение исчезает также не сразу после того, как прекратилось раздраже-
ние, — оно держится еще некоторое время. Если в темноте водить по воз-
духу какой-либо яркой точкой (например, горящей спичкой), то мы уви-
дим не движущуюся точку, а светящуюся линию. Быстро следующие одно
за другим световые раздражения сливаются в одно непрерывное ощу-
щение.
Минимальная частота следования световых стимулов (например, вспы-
шек света), при которой происходит слияние отдельных ощущений, назы-
вается критической частотой слияния мельканий. На этом свойстве зре-
ния основаны кино и телевидение: мы не видим промежутков между отде-
льными кадрами, так как зрительное ощущение от одного кадра еще длит-
ся до появления другого. Это и обеспечивает иллюзию непрерывности
изображения и его движения.
Ощущения, продолжающиеся после прекращения раздражения, называ-
ются последовательными образами. Если посмотреть на включенную лампу
и закрыть глаза, то она видна еще в течение некоторого времени. Если же
после фиксации взгляда на освещенном предмете перевести взгляд на
светлый фон, то некоторое время можно видеть негативное изображение
этого предмета, т. е. светлые его части — темными, а темные — светлыми
(отрицательный последовательный образ). Причина его в том, что возбуж-
дение от освещенного объекта локально тормозит (адаптирует) определен-
ные участки сетчатки; если после этого перевести взор на равномерно
освещенный экран, то его свет сильнее возбудит те участки, которые не
были возбуждены ранее.
Цветовое зрение. Весь видимый нами спектр электромагнитных излуче-
ний заключен между коротковолновым (длина волны от 400 нм) излучени-
ем, которое мы называем фиолетовым цветом, и длинноволновым излуче-
нием (длина волны до 700 нм), называемым красным цветом. Остальные
цвета видимого спектра (синий, зеленый, желтый, оранжевый) имеют про-
межуточные значения длины волны. Смешение лучей всех цветов дает бе-
лый цвет. Он может быть получен и при смешении двух так называемых
парных дополнительных цветов: красного и синего, желтого и синего.
Если произвести смешение трех основных цветов — красного, зеленого и
синего, то могут быть получены любые цвета.
Теории цветоощущения. Наибольшим признанием пользуется трехком-
понентная теория (Г. Гельмгольц), согласно которой цветовое восприятие
обеспечивается тремя типами колбочек с различной цветовой чувствитель-
ностью. Одни из них чувствительны к красному цвету, другие — к зелено-
му, третьи — к синему. Всякий цвет оказывает действие на все три цвето-
559
ощущающих элемента, но в разной степени. Эта теория прямо подтверж-
дена в опытах, где микроспектрофотометром измеряли поглощение излу-
чений с разной длиной волны у одиночных колбочек сетчатки человека.
Согласно другой теории, предложенной Э. Герингом, в колбочках есть
вещества, чувствительные к бело-черному, красно-зеленому и желто-сине-
му излучениям. В опытах, где микроэлектродом отводили импульсы ганг-
лиозных клеток сетчатки животных при освещении монохроматическим
светом, обнаружили, что разряды большинства нейронов (доминаторы)
возникают при действии любого цвета. В других ганглиозных клетках (мо-
дуляторы) импульсы возникают при освещении только одним цветом. Вы-
явлено 7 типов модуляторов, оптимально реагирующих на свет с разной
длиной волны (от 400 до 600 нм). В сетчатке и зрительных центрах найде-
но много так называемых цветооппонентных нейронов. Действие на глаз
излучений в какой-то части спектра их возбуждает, а в других частях спек-
тра — тормозит. Считают, что такие нейроны наиболее эффективно коди-
руют информацию о цвете.
Цветовая слепота. Частичная цветовая слепота была описана в конце
XVIII века Д. Дальтоном, который сам ею страдал (поэтому аномалию
цветовое приятия назвали дальтонизмом). Дальтонизм встречается у 8 %
мужчин и намного реже у женщин: возникновение его связывают с отсут-
ствием определенных генов в половой непарной у мужчин Х-хромосоме.
Для диагностики дальтонизма, важной при профессиональном отборе, ис-
пользуют полихроматические таблицы. Люди, страдающие этим заболева-
нием, не могут быть водителями транспорта, так как они не различают
цвет огней светофоров и дорожных знаков. Существует три разновидности
частичной цветовой слепоты: протанопия, дейтеранопия и тританопия.
Каждая из них характеризуется отсутствием восприятия одного из трех
основных цветов.
Люди, страдающие протанопией («краснослепые»), не воспринимают
красного цвета, сине-голубые лучи кажутся им бесцветными. Лица, стра-
дающие дейтеранопией («зеленослепые»), не отличают зеленые цвета от
темно-красных и голубых. При тританопии — редко встречающейся ано-
малии цветового зрения, не воспринимаются лучи синего и фиолетового
цвета. Все перечисленные виды частичной цветовой слепоты хорошо объ-
ясняются трехкомпонентной теорией цветоощущения. Каждый вид этой
слепоты — результат отсутствия одного из трех колбочковых цветовоспри-
нимающих веществ. Встречается и полная цветовая слепота — ахромазия,
при которой в результате поражения колбочкового аппарата сетчатки че-
ловек видит все предметы лишь в разных оттенках серого.
Восприятие пространства. Острота зрения. Остротой зрения называется
максимальная способность глаза различать отдельные детали объектов.
Остроту зрения определяют по наименьшему расстоянию между двумя
точками, которые глаз различает, т. е. видит отдельно, а не слитно. Нор-
мальный глаз различает две точки, видимые под углом в Г (угловая мину-
та). Максимальную остроту зрения имеет желтое пятно. К периферии от
него острота зрения намного ниже (рис. 13.6). Острота зрения измеряется
при помощи специальных таблиц, которые состоят из нескольких рядов
букв или незамкнутых окружностей различной величины. Острота зрения,
определенная по таблице, выражается обычно в относительных величинах,
причем нормальная острота принимается за единицу. Встречаются люди,
обладающие сверхостротой зрения (visus более 2).
Поле зрения. Если фиксировать взглядом небольшой предмет, то его
изображение проецируется на желтое пятно сетчатки. В этом случае мы ви-
560
Рис. 13.6. Острота зрения в разных
частях сетчатки.
дим предмет центральным зрени-
ем. Его угловой размер у человека
1,5—2° Предметы, изображения
которых падают на остальные ме-
ста сетчатки, воспринимаются пе-
риферическим зрением. Простран-
ство, видимое глазом при фикса-
ции взгляда в одной точке, назы-
вается полем зрения. Измерение
границы поля зрения производят
периметром. Границы поля зре-
ния для бесцветных предметов
составляют книзу 70°, кверху —
60°, внутрь — 60° и кнаружи —
90° Поля зрения обоих глаз у че-
ловека частично совпадают, что
имеет большое значение для вос-
приятия глубины пространства.
Оценка расстояния. Восприятие глубины пространства и оценка рас-
стояния до объекта возможны как при зрении одним глазом (монокуляр-
ное зрение), так и двумя глазами (бинокулярное зрение). Во втором случае
оценка расстояния гораздо точнее. Некоторое значение в оценке близких
расстояний при монокулярном зрении имеет явление аккомодации. Для
оценки расстояния имеет значение также то, что образ предмета на сет-
чатке тем больше, чем он ближе.
Значение движения глаз для зрения. При рассматривании любых предметов
глаза двигаются. Глазные движения осуществляют 6 мышц, прикрепленных
к глазному яблоку несколько кпереди от его экватора. Это 2 косые и 4 пря-
мые мышцы — наружная, внутренняя, верхняя и нижняя. Движение двух
глаз совершается одновременно и содружественно. Рассматривая близкие
предметы, необходимо сводить (конвергенция), а рассматривая далекие
предметы — разводить зрительные оси двух глаз (дивергенция). Важная роль
движений глаз для зрения определяется также тем, что для непрерывного по-
лучения мозгом зрительной информации необходимо движение изображе-
ния на сетчатке. Как уже упоминалось, импульсы в зрительном нерве возни-
кают в момент включения и выключения светового изображения. При для-
щемся действии света на одни и те же фоторецепторы импульсация в волок-
нах зрительного нерва быстро прекращается и зрительное ощущение при не-
подвижных глазах и объектах исчезает через 1—2 с. Чтобы этого не случи-
лось, глаз при рассматривании любого предмета производит не ощущаемые
человеком непрерывные скачки (саккады). Вследствие каждого скачка изоб-
ражение на сетчатке смещается с одних фоторецепторов на новые, вновь вы-
зывая импульсацию ганглиозных клеток. Продолжительность каждого скач-
ка равна сотым долям секунды, а амплитуда его не превышает 20°. Чем слож-
нее рассматриваемый объект, тем сложнее траектория движения глаз. Они
как бы прослеживают контуры изображения, задерживаясь на наиболее ин-
формативных его участках (например, в лице — это глаза). Кроме того, глаз
непрерывно мелко дрожит и дрейфует (медленно смещается с точки фикса-
ции взора), что также важно для зрительного восприятия.
561
Бинокулярное зрение. При взгляде на какой-либо предмет у человека с
нормальным зрением не возникает ощущения двух предметов, хотя и име-
ется два изображения на двух сетчатках. Изображения всех предметов по-
падают на так называемые корреспондирующие, или соответственные,
участки двух сетчаток, и в восприятии человека эти два изображения сли-
ваются в одно. Надавите слегка на один глаз сбоку: немедленно начнет
двоиться в глазах, потому что нарушилось соответствие сетчаток. Если же
смотреть на близкий предмет, конвергируя глаза, то изображение ка-
кой-либо более отдаленной точки попадает на неидентичные (диспарат-
ные) точки двух сетчаток. Диспарация играет большую роль в оценке рас-
стояния и, следовательно, в видении глубины рельефа. Человек способен
заметить изменение глубины, создающее сдвиг изображения на сетчатках
на несколько угловых секунд. Бинокулярное слитие, или объединение,
сигналов от двух сетчаток в единый нервный образ происходит в первич-
ной зрительной коре.
Оценка величины объекта. Величина предмета оценивается как функ-
ция величины изображения на сетчатке и расстояния предмета от глаза.
В случае, когда расстояние до незнакомого предмета оценить трудно, воз-
можны грубые ошибки в определении его величины.
13.2.2. Слуховая система
Слуховая система — одна из важнейших дистантных сенсорных систем
человека в связи с возникновением у него речи как средства межлично-
стного общения.
Акустические (звуковые) сигналы представляют собой колебания воз-
духа с разной частотой и силой. Они возбуждают слуховые рецепторы, на-
ходящиеся в улитке внутреннего уха. Рецепторы активируют первые слу-
ховые нейроны, после чего сенсорная информация передается в слуховую
область коры большого мозга через ряд последовательных отделов, кото-
рых особенно много в слуховой системе.
13.2.2.1. Структура и функции наружного и среднего уха
Наружное ухо. Наружный слуховой проход проводит звуковые колеба-
ния к барабанной перепонке. Барабанная перепонка, отделяющая наруж-
ное ухо от барабанной полости, или среднего уха, представляет собой тон-
кую (0,1 мм) перегородку, имеющую форму направленной внутрь ворон-
ки. Перепонка колеблется при действии звуковых колебаний, пришедших
к ней через наружный слуховой проход.
Среднее ухо. В заполненном воздухом среднем ухе находятся три косточ-
ки: молоточек, наковальня и стремечко, которые последовательно передают
колебания барабанной перепонки во внутреннее ухо. Молоточек вплетен
рукояткой в барабанную перепонку, другая его сторона соединена с нако-
вальней, передающей колебания стремечку. Благодаря особенностям гео-
метрии слуховых косточек стремечку передаются колебания барабанной пе-
репонки уменьшенной амплитуды, но увеличенной силы. Кроме того, по-
верхность стремечка в 22 раза меньше барабанной перепонки, что во столь-
ко же раз усиливает его давление на мембрану овального окна. В результате
этого даже слабые звуковые волны, действующие на барабанную перепон-
562
ку, способны преодолеть сопротивление мембраны овального окна пред-
дверия и привести к колебаниям жидкости в улитке. Благоприятные усло-
вия для колебаний барабанной перепонки создает также слуховая (евстахи-
ева) труба, соединяющая среднее ухо с носоглоткой, что служит выравнива-
нию давления в нем с атмосферным. В стенке, отделяющей среднее ухо от
внутреннего, кроме овального, есть еще круглое окно улитки, тоже закры-
тое мембраной. Колебания жидкости улитки, возникшие у овального окна
преддверия и прошедшие по ходам улитки, достигают, не затухая, круглого
окна улитки. Если бы круглого окна не было, то из-за несжимаемости жид-
кости колебания ее были бы невозможны.
В среднем ухе расположены две мышцы: напрягающая барабанную пе-
репонку и стременная. Первая из них, сокращаясь, усиливает натяжение
барабанной перепонки и тем самым ограничивает амплитуду ее колебаний
при сильных звуках, а вторая фиксирует стремечко и тем самым ограничи-
вает его движения. Рефлекторное сокращение этих мышц наступает через
10 мс после начала сильного звука и зависит от его амплитуды. Этим внут-
реннее ухо автоматически предохраняется от перегрузок. При мгновенных
сильных раздражениях (удары, взрывы и др.) этот защитный механизм не
успевает сработать, что может привести к нарушениям слуха (например, у
взрывников и артиллеристов).
13.2.2.2. Структура и функции внутреннего уха
Строение улитки. Во внутреннем ухе находится улитка, содержащая
слуховые рецепторы. Улитка представляет собой костный спиральный ка-
нал, образующий 2,5 витка. Диаметр костного канала у основания улитки
0,04 мм, а на вершине ее — 0,5 мм. По всей длине, почти до самого конца
улитки, костный канал разделен двумя перепонками: более тонкой —
преддверной (вестибулярной) мембраной (мембрана Рейсснера) и более
плотной и упругой — основной мембраной. На вершине улитки обе эти
мембраны соединяются, и в них имеется овальное отверстие улитки — ге-
ликотрема. Вестибулярная и основная мембрана разделяют костный канал
улитки на три хода: верхний, средний и нижний (рис. 13.7).
Верхний канал улитки, или лестница преддверия, у овального окна
преддверия через овальное отверстие улитки сообщается с нижним кана-
лом улитки — барабанной лестницей. Верхний и нижний каналы улитки
заполнены перилимфой, напоминающей по составу цереброспинальную
жидкость.
Между верхним и нижним каналами проходит средний — перепонча-
тый канал. Полость этого канала не сообщается с полостью других кана-
лов и заполнена эндолимфой, в составе которой в 100 раз больше калия и
в 10 раз меньше натрия, чем в перилимфе, поэтому эндолимфа заряжена
положительно по отношению к перилимфе.
Внутри среднего канала улитки на основной мембране расположен зву-
ковоспринимающий аппарат — спиральный (кортиев) орган, содержащий
рецепторные волосковые клетки (вторично-чувствующие механорецепто-
ры). Эти клетки трансформируют механические колебания в электриче-
ские потенциалы.
Передача звуковых колебаний по каналам улитки. Колебания мембраны
овального окна преддверия вызывают колебания перилимфы в верхнем и
нижнем каналах улитки, которые доходят до круглого окна улитки. Пред-
дверная мембрана очень тонкая, поэтому жидкость в верхнем и среднем
563
каналах колеблется так, как будто оба канала едины. Упругим элементом,
отделяющим этот как бы общий верхний канал от нижнего, является
основная мембрана. Звуковые колебания, распространяющиеся по пери-
лимфе и эндолимфе верхнего и среднего каналов как бегущая волна, при-
водят в движение эту мембрану и через нее передаются на перилимфу
нижнего канала.
Расположение и структура рецепторных клеток спирального органа. На
основной мембране расположены два вида рецепторных волосковых кле-
ток (вторично-чувствующие механорецепторы) внутренние и наружные,
отделенные друг от друга кортиевыми дугами. Внутренние волосковые
клетки располагаются в один ряд; общее число их по всей длине перепон-
чатого канала достигает 3500. Наружные волосковые клетки располагают-
ся в 3—4 ряда; общее число их 12 000 — 20 000. Каждая волосковая клетка
имеет удлиненную форму; один ее полюс фиксирован на основной мемб-
ране, второй находится в полости перепончатого канала улитки. На конце
этого полюса есть волоски, или стереоцилии. Волоски рецепторных кле-
ток омываются эндолимфой и контактируют с покровной (текториальной)
мембраной, которая по всему ходу перепончатого канала расположена над
волосковыми клетками.
Механизмы слуховой рецепции. При действии звука основная мембрана
начинает колебаться, наиболее длинные волоски рецепторных клеток (сте-
реоцилии) касаются покровной мембраны и несколько наклоняются. От-
клонение волоска на несколько градусов приводит к натяжению тончай-
ших вертикальных нитей, связывающих между собой верхушки соседних
волосков данной клетки. Это натяжение чисто механически открывает от
1 до 5 ионных каналов в мембране стереоцилии. Через открытый канал в
волосок начинает течь калиевый ионный ток. Сила натяжения нити, необ-
ходимая для открывания одного канала, ничтожна, около 2 • 10_,J ньюто-
нов. Еще более удивительным кажется то, что наиболее слабые из ощуща-
емых человеком звуков растягивают вертикальные нити, связывающие
верхушки соседних стереоцилий, на расстояние, вдвое меньшее, чем диа-
метр атома водорода.
Тот факт, что электрический ответ слухового рецептора достигает мак-
симума уже через 100—500 мкс, означает, что ионные каналы мембраны
открываются непосредственно механическим стимулом без участия вто-
ричных внутриклеточных посредников. Это отличает механорецепторы от
значительно медленнее работающих фоторецепторов.
Деполяризация пресинаптического окончания волосковой клетки при-
водит к выходу в синаптическую щель нейромедиатора (глутамат или ас-
партат). Воздействуя на постсинаптическую мембрану афферентного во-
локна, медиатор вызывает генерацию в нем возбуждающего постсинапти-
ческого потенциала и далее генерацию распространяющихся в нервные
центры импульсов.
Открывания всего нескольких ионных каналов в мембране одной сте-
реоцилии явно мало для возникновения рецепторного потенциала доста-
точной величины. Важным механизмом усиления сенсорного сигнала на
рецепторном уровне слуховой системы является механическое взаимодей-
ствие всех стереоцилий (около 100) каждой волосковой клетки. Оказалось,
что все стереоцилии одного рецептора связаны между собой в пучок тон-
кими поперечными нитями. Поэтому когда сгибаются один или несколько
более длинных волосков, они тянут за собой все остальные волоски. В ре-
зультате этого открываются ионные каналы всех волосков, обеспечивая
достаточную величину рецепторного потенциала.
564
Электрические явления в улитке. При отведении электрических потен-
циалов от разных частей улитки обнаружено 5 различных феноменов: 2 из
них — мембранный потенциал покоя слуховой рецепторной клетки и по-
тенциал эндолимфы — не обусловлены действием звука; 3 других электри-
ческих явления — микрофонный потенциал улитки, суммационный по-
тенциал и потенциалы слухового нерва — возникают под влиянием звуко-
вых раздражений. Если ввести в улитку электроды, соединить их с дина-
миком через усилитель и подействовать на ухо звуком, то динамик точно
воспроизведет этот звук. Описываемое явление называют микрофонным
эффектом улитки, а регистрируемый электрический потенциал назван
кохлеарным микрофонным потенциалом. Доказано, что он генерируется на
мембране волосковой клетки в результате деформации волосков. Частота
микрофонных потенциалов соответствует частоте звуковых колебаний, а
амплитуда потенциалов в определенных границах пропорциональна ин-
тенсивности звука.
В ответ на сильные звуки большой частоты (высокие тона) отмечают
стойкий сдвиг исходной разности потенциалов (суммационный потенциал).
Различают положительный и отрицательный суммационные потенциалы.
Их величины пропорциональны интенсивности звукового давления и силе
прижатия волосков рецепторных клеток к покровной мембране.
Микрофонный и суммационный потенциалы рассматривают как сум-
марные рецепторные потенциалы волосковых клеток. Полагают, что от-
рицательный суммационный потенциал генерируется внутренними, а
микрофонный и положительный суммационные потенциалы — наружны-
ми волосковыми клетками. И наконец, в результате возбуждения рецеп-
торов происходит генерация импульсного сигнала в волокнах слухового
нерва.
Иннервация волосковых клеток спирального органа. Сигналы от волоско-
вых клеток поступают в мозг по 32 000 афферентных нервных волокон,
входящих в состав улитковой ветви VIII пары черепных нервов. Они явля-
ются дендритами ганглиозных нервных клеток спирального ганглия. Око-
ло 90 % волокон идет от внутренних волосковых клеток и лишь 10 % — от
наружных. Сигналы от каждой внутренней волосковой клетки поступают в
несколько волокон, в то время как сигналы от нескольких наружных воло-
сковых клеток конвергируют на одном волокне. Помимо афферентных во-
локон, спиральный орган иннервируется эфферентными волокнами, иду-
щими из ядер верхнеоливарного комплекса (оливокохлеарные волокна).
При этом эфферентные волокна, приходящие к внутренним волосковым
клеткам, оканчиваются не на самих этих клетках, а на афферентных во-
локнах. Считают, что они оказывают тормозное воздействие на передачу
слухового сигнала, способствуя обострению частотного разрешения. Эф-
ферентные волокна, приходящие к наружным волосковым клеткам, воз-
действуют на них непосредственно и, возможно, регулируя их длину,
управляют чувствительностью как их самих, так и внутренних волосковых
клеток.
Электрическая активность путей и центров слуховой системы. Даже в
тишине по волокнам слухового нерва следуют спонтанные импульсы со
сравнительно высокой частотой (до 100 имп/с). При звуковом раздраже-
нии частота импульсации в волокнах нарастает и остается повышенной в
течение всего времени, пока действует звук. Степень учащения разрядов
различна в разных волокнах и обусловлена интенсивностью и частотой
звукового воздействия. В центральных отделах слуховой системы много
нейронов, возбуждение которых длится в течение всего времени действия
565
звука. На низких уровнях слуховой системы сравнительно немного нейро-
нов, отвечающих лишь на включение и выключение звука (нейроны on-,
off- и ол-о#-типа). На высоких уровнях системы процент таких нейронов
возрастает. В слуховой зоне коры большого мозга много нейронов, вы-
званные разряды которых длятся десятки секунд даже после прекращения
звука.
На каждом из уровней слуховой системы с помощью макроэлектродов
можно зарегистрировать характерные по форме вызванные потенциалы,
отражающие синхронизированные реакции (ВПСП, ТПСП и импульсные
разряды) больших групп нейронов и волокон.
13.2.2.3. Слуховые функции
Анализ частоты звука (высота тона). Звуковые колебания разной час-
тоты вовлекают в колебательный процесс основную мембрану улитки на
всем ее протяжении неодинаково. Локализация амплитудного максимума
бегущей волны на основной мембране зависит от частоты звука. Таким
образом, в процесс возбуждения при действии звуков разной частоты мак-
симально вовлекаются разные рецепторные клетки спирального органа.
В улитке сочетаются 2 типа кодирования, или механизма различения, вы-
соты тонов: пространственный и временной. Пространственное кодирова-
ние основано на определенном расположении возбужденных рецепторов
на основной мембране. Однако при действии низких и средних тонов,
кроме пространственного, осуществляется и временное кодирование: ин-
формация передается по определенным волокнам слухового нерва в виде
импульсов, частота следования которых повторяет частоту звуковых коле-
баний. О настройке отдельных нейронов на всех уровнях слуховой систе-
мы на определенную частоту звука свидетельствует наличие у каждого из
них специфической частотно-пороговой характеристики — зависимости
пороговой интенсивности звука, необходимой для возбуждения нейрона,
от частоты звуковых колебаний. Для каждого нейрона существует опти-
мальная, или характеристическая, частота звука, на которую порог реак-
ции нейрона минимален, а в обе стороны по диапазону частот от этого оп-
тимума порог резко возрастает. При надпороговых звуках характеристиче-
ская частота дает и наибольшую частоту разрядов нейрона. Таким обра-
зом, каждый нейрон настроен на выделение из всей совокупности звуков
лишь определенного, достаточно узкого участка частотного диапазона. Ча-
стотно-пороговые кривые разных клеток не совпадают, а в совокупности
перекрывают весь частотный диапазон слышимых звуков, обеспечивая
полноценное их восприятие.
Анализ интенсивности звука. Сила звука кодируется частотой импульса-
ции и числом возбужденных нейронов. Увеличение числа возбужденных
нейронов при действии все более громких звуков обусловлено тем, что
нейроны слуховой системы отличаются друг от друга по порогам реакций.
При слабом стимуле в реакцию вовлекается лишь небольшое число наибо-
лее чувствительных нейронов, а при усилении звука в реакцию вовлекает-
ся все большее число дополнительных нейронов с более высокими порога-
ми реакций. Кроме того, пороги возбуждения внутренних и наружных ре-
цепторных клеток неодинаковы: возбуждение внутренних волосковых кле-
ток возникает при большей силе звука, поэтому в зависимости от его ин-
тенсивности меняется соотношение числа возбужденных внутренних и на-
ружных волосковых клеток.
566
Рис» 13.8» Область звуково-
го восприятия человека За-
висимость пороговой ин-
тенсивности звука (звуковое
давление, дин/см) от часто-
ты тональных звуков (Гц).
Линия AEFGD — абсолют-
ные пороги, ABCD — по-
роги болевого ощущения,
вызываемого громкими зву-
ками
Дин/см
3200 12800 Гц
13.2.2.4. Слуховые ощущения
Тональность (частота) звука. Человек воспринимает звуковые колеба-
ния с частотой 16—20 000 Гц. Этот диапазон соответствует 10—11 октавам.
Верхняя граница частоты воспринимаемых звуков зависит от возраста че-
ловека: с годами она постепенно понижается, и пожилые люди часто не
слышат высоких тонов. Различение частоты звука характеризуется тем ми-
нимальным различием по частоте двух близких звуков, которое еще улав-
ливается человеком. При низких и средних частотах человек способен за-
метить различия в 1—2 Гц. Встречаются люди с абсолютным слухом: они
способны точно узнавать и обозначать любой звук даже при отсутствии
звука сравнения.
Слуховая чувствительность. Минимальную силу звука, слышимого че-
ловеком в половине случаев его предъявления, называют абсолютным по-
рогом слуховой чувствительности. Пороги слышимости зависят от частоты
звука. В области частот 1000—4000 Гц слух человека максимально чувстви-
телен. В этих пределах слышен звук, имеющий ничтожную энергию. При
звуках ниже 1000 и выше 4000 Гц чувствительность резко уменьшается:
например, при 20 и при 20 000 Гц пороговая энергия звука в миллион раз
выше (нижняя кривая AEFGD на рис. 13.8).
Усиление звука может вызвать неприятное ощущение давления и даже
боль в ухе. Звуки такой силы характеризуют верхний предел слышимости
(кривая ABCD на рис. 13.8) и ограничивают область нормального слухово-
го восприятия. Внутри этой области лежат и так называемые речевые
поля, в пределах которых распределяются звуки речи.
Громкость звука. Кажущуюся громкость звука следует отличать от его
физической силы. Ощущение нарастания громкости не идет строго парал-
лельно нарастанию интенсивности звучания. Единицей громкости звука
является бел. Эта единица представляет собой десятичный логарифм отно-
шения действующей интенсивности звука I к пороговой его интенсивно-
сти 10. В практике в качестве единицы громкости обычно используют де-
цибел (дБ), т. е. 0,1 бела. Дифференциальный порог по громкости в сред-
нем диапазоне слышимых частот (1000 Гц) составляет всего 0,59 дБ, а на
краях шкалы частот доходит до 3 дБ. Максимальный уровень громкости
звука, вызывающий болевое ощущение, равен 130—140 дБ над порогом
567
слышимости человека. Громкие звуки (рок-музыка, рев реактивного дви-
гателя) приводят к поражению волосковых рецепторных клеток, их гибели
и к снижению слуха. Таков же эффект хронически действующего громкого
звука даже не запредельной громкости.
Адаптация. Если на ухо долго действует тот или иной звук, то чувстви-
тельность к нему падает. Степень этого снижения чувствительности (адап-
тация) зависит от длительности, силы звука и его частоты. Механизмы
адаптации в слуховой системе изучены не полностью. Участие в слуховой
адаптации нейронных механизмов типа латерального и возвратного тор-
можения несомненно. Известно также, что сокращения m. tensor tympani
и т. stapedius могут изменять силу сигнала, передаваемого на улитку. Кро-
ме того, раздражение определенных зон ретикулярной формации среднего
мозга приводит к угнетению вызванной звуком электрической активности
улиткового ядра и слуховой зоны коры.
Бинауральный слух. Человек и животные обладают пространственным
слухом, т. е. способностью определять положение источника звука в про-
странстве. Это свойство основано на наличии бинаурального слуха, или
слушания двумя ушами. Для него важно и наличие двух симметричных
половин на всех уровнях слуховой системы. Острота бинаурального слуха
у человека очень высока: положение источника звука определяется с точ-
ностью до I углового градуса. Основой этого служит способность нейро-
нов слуховой системы оценивать интерауральные (межушные) различия во
времени прихода звука на правое и левое ухо и в интенсивности звука на
каждом ухе. Если источник звука находится в стороне от средней линии
головы, звуковая волна приходит на одно ухо несколько раньше и имеет
большую силу, чем на другом ухе. Оценка удаленности источника звука от
организма связана с ослаблением звука и изменением его тембра.
При раздельной стимуляции правого и левого уха через наушники за-
держка между звуками уже в 11 мкс или различие в интенсивности двух
звуков на 1 дБ приводят к кажущемуся сдвигу локализации источника зву-
ка от средней линии в сторону более раннего или более сильного звука.
В слуховых центрах есть нейроны с острой настройкой на определенный
диапазон интерауральных различий по времени и интенсивности. Найде-
ны также клетки, реагирующие лишь на определенное направление дви-
жения источника звука в пространстве.
13.2.3. Вестибулярная система
Вестибулярная система играет наряду со зрительной и соматосенсорной
системами ведущую роль в пространственной ориентировке человека.
Она получает, передает и анализирует информацию об ускорениях
или замедлениях, возникающих в процессе прямолинейного или враща-
тельного движения, а также при изменении положения головы в про-
странстве.
При равномерном движении или в условиях покоя рецепторы вестибу-
лярной сенсорной системы не возбуждаются. Импульсы от вестибулоре-
цепторов вызывают перераспределение тонуса скелетных мышц, что обес-
печивает сохранение равновесия тела. Эти влияния осуществляются реф-
лекторным путем через ряд отделов ЦНС.
Строение и функции рецепторов вестибулярной системы. Перифериче-
ским отделом вестибулярной системы является вестибулярный аппарат,
568
Рис. 13.9. Строение лабиринта
височной кости.
1, 2, 3 — полукружные каналы; 4 —
ампулы каналов; 5, 6 — преддверие,
которое разделяется на два мешочка;
7 — улитка.
расположенный в лабиринте
пирамиды височной кости.
Он состоит из преддверия и
трех полукружных каналов.
Кроме вестибулярного аппа-
рата, в лабиринт входит улит-
ка, в которой располагаются
слуховые рецепторы. Полу-
кружные каналы (рис. 13.9)
располагаются в трех взаимно
перпендикулярных плоско-
стях: верхний — во фронталь-
ной, задний — в сагиттальной
и латеральный — в горизонта-
льной. Один из концов каж-
дого канала расширен (ам-
пула).
Вестибулярный аппарат
включает в себя также два ме-
шочка: сферический и эллип-
тический, или маточку. Пер-
вый из них лежит ближе к улитке, а второй — к полукружным каналам.
В мешочках преддверия находится отолитовый аппарат', скопление рецеп-
торных клеток (вторично-чувствующие механорецепторы) на возвышени-
ях, или пятнах. Выступающая в полость мешочка часть рецепторной клет-
ки оканчивается одним более длинным подвижным волоском и 60—80
склеенными неподвижными волосками. Эти волоски пронизывают желе-
образную мембрану, содержащую кристаллики карбоната кальция — ото-
литы. Возбуждение волосковых клеток преддверия происходит вследствие
скольжения отолитовой мембраны по волоскам, т. е. их сгибания.
В перепончатых полукружных каналах, заполненных, как и весь лаби-
ринт, плотной эндолимфой (ее вязкость в 2—3 раза больше, чем у воды),
рецепторные волосковые клетки сконцентрированы только в ампулах в
виде крист. Они также снабжены волосками. При движении эндолимфы во
время угловых ускорений, когда волоски сгибаются в одну сторону, воло-
сковые клетки возбуждаются, а при противоположно направленном движе-
нии — тормозятся. Это связано с тем, что механическое управление ионны-
ми каналами мембраны волоска с помощью микрофиламентов, описанное
в разделе «механизмы слуховой рецепции», зависит от направления сгиба
волоска: отклонение в одну сторону приводит к открыванию каналов и де-
поляризации волосковой клетки, а отклонение в противоположном направ-
лении вызывает закрытие каналов и гиперполяризацию рецептора. В воло-
сковых клетках преддверия и ампулы при их сгибании генерируется рецеп-
торный потенциал, который усиливает выделение ацетилхолина и через си-
напсы активирует окончания волокон вестибулярного нерва.
569
Волокна вестибулярного нерва (отростки биполярных нейронов) на-
правляются в продолговатый мозг. Импульсы, приходящие по этим волок-
нам, активируют нейроны бульбарного вестибулярного комплекса, в со-
став которого входят ядра: преддверное верхнее, или Бехтерева, преддвер-
ное латеральное, или Дейтерса, Швальбе и др. Отсюда сигналы направля-
ются во многие отделы ЦНС: спинной мозг, мозжечок, глазодвигательные
ядра, кору большого мозга, ретикулярную формацию и ганглии автоном-
ной нервной системы.
Электрические явления в вестибулярной системе. Даже в полном покое в
вестибулярном нерве регистрируется спонтанная импульсация. Частота
разрядов в нерве повышается при поворотах головы в одну сторону и тор-
мозится при поворотах в другую (детекция направления движения). Реже
частота разрядов повышается или, наоборот, тормозится при любом дви-
жении. У % волокон обнаруживают эффект адаптации (уменьшение часто-
ты разрядов) во время длящегося действия углового ускорения. Нейроны
вестибулярных ядер обладают способностью реагировать и на изменение
положения конечностей, повороты тела, сигналы от внутренних органов,
т.е. осуществлять синтез информации, поступающей из разных источни-
ков.
Комплексные рефлексы, связанные с вестибулярной стимуляцией. Ней-
роны вестибулярных ядер обеспечивают контроль и управление различны-
ми двигательными реакциями. Важнейшими из этих реакций являются ве-
стибулоспинальные, вестибуловегетативные и вестибулоглазодвигатель-
ные. Вестибулоспинальные влияния через вестибуло-, ретикуло- и рубро-
спинальные тракты изменяют импульсацию нейронов сегментарных уров-
ней спинного мозга. Так осуществляется динамическое перераспределение
тонуса скелетных мышц и включаются рефлекторные реакции, необходи-
мые для сохранения равновесия. Мозжечок при этом ответствен за фази-
ческий характер этих реакций: после его удаления вестибулоспинальные
влияния становятся по преимуществу тоническими. Во время произволь-
ных движений вестибулярные влияния на спинной мозг ослабляются.
В вестибуловегетативные реакции вовлекаются сердечно-сосудистая си-
стема, пищеварительный тракт и другие внутренние органы. При сильных
и длительных нагрузках на вестибулярный аппарат возникает патологиче-
ский симптомокомплекс, названный болезнью движения, например мор-
ская болезнь. Она проявляется изменением сердечного ритма (учащение, а
затем замедление), сужением, а затем расширением сосудов, усилением
сокращений желудка, головокружением, тошнотой и рвотой. Повышенная
склонность к болезни движения может быть уменьшена специальной тре-
нировкой (вращение, качели) и применением ряда лекарственных средств.
Вестибулоглазодвигательные рефлексы (глазной нистагм) состоят в
медленном движении глаз в противоположную вращению сторону, сменя-
ющемся скачком глаз обратно. Само возникновение и характеристика вра-
щательного глазного нистагма — важные показатели состояния вестибу-
лярной системы; они широко используются в морской, авиационной и
космической медицине, а также в эксперименте и клинике.
Основные афферентные пути и проекции вестибулярных сигналов. Есть
два основных пути поступления вестибулярных сигналов в кору большого
мозга: прямой — через дорсомедиальную часть вентрального постлатера-
льного ядра и непрямой — вестибуло-церебеллоталамический путь через
медиальную часть вентролатерального ядра. В коре большого мозга основ-
ные афферентные проекции вестибулярного аппарата локализованы в зад-
ней части постцентральной извилины. В моторной зоне коры спереди от
570
нижней части центральной борозды обнаружена вторая вестибулярная
зона.
Функции вестибулярной системы. Вестибулярная система помогает ор-
ганизму ориентироваться в пространстве при активном и пассивном дви-
жении. При пассивном движении корковые отделы системы запоминают
направление движения, повороты и пройденное расстояние. Следует под-
черкнуть, что в нормальных условиях пространственная ориентировка
обеспечивается совместной деятельностью зрительной и вестибулярной
систем. Чувствительность вестибулярной системы здорового человека
очень высока: отолитовый аппарат позволяет воспринять ускорение пря-
молинейного движения, равное всего 2 см/с2. Порог различения наклона
головы в сторону — всего около 1°, а вперед и назад — 1,5—2° Рецептор-
ная система полукружных каналов позволяет человеку замечать ускорения
вращения 2—3°/с2.
13.2.4. Соматосенсорная система
В соматосенсорную систему включают систему кожной чувствительно-
сти и чувствительную систему скелетно-мышечного аппарата, главная
роль в которой принадлежит проприорецепции.
13.2.4.1. Кожная рецепция
Кожные рецепторы. Рецепторная поверхность кожи огромна (1,4—
2,1 м2). В коже сосредоточено множество рецепторов, чувствительных к
прикосновению, давлению, вибрации, теплу и холоду, а также к болевым
раздражениям. Их строение весьма различно. Они локализуются на разной
глубине кожи и распределены неравномерно по ее поверхности. Больше
всего таких рецепторов в коже пальцев рук, ладоней, подошв, губ и поло-
вых органов. У человека в коже с волосяным покровом (90 % всей кожной
поверхности) основным типом рецепторов являются свободные окончания
нервных волокон, идущих вдоль мелких сосудов, а также более глубоко ло-
кализованные разветвления тонких нервных волокон, оплетающих волосяную
сумку. Эти окончания обеспечивают высокую чувствительность волос к
прикосновению. Рецепторами прикосновения являются также осязатель-
ные мениски (диски Меркеля), образованные в нижней части эпидермиса
контактом свободных нервных окончаний с модифицированными эпите-
лиальными структурами. Их особенно много в коже пальцев рук. В коже,
лишенной волосяного покрова, находят много осязательных телец (тельца
Мейсснера). Они локализованы в сосочковом слое дермы пальцев рук и
ног, ладонях, подошвах, губах, языке, половых органах и сосках молочных
желез. Эти тельца имеют конусовидную форму, сложное внутреннее стро-
ение и покрыты капсулой. Другими инкапсулированными нервными
окончаниями, но расположенными более глубоко, являются пластинчатые
тельца, или тельца Фатера—Пачини (рецепторы давления и вибрации).
Они есть также в сухожилиях, связках, брыжейке. В соединительноткан-
ной основе слизистых оболочек, под эпидермисом и среди мышечных во-
локон языка находятся инкапсулированные нервные окончания луковиц
(колбы Краузе).
Теории кожной чувствительности многочисленны и во многом проти-
воречивы. Наиболее распространенным является представление о наличии
571
специфических рецепторов для 4 основных видов кожной чувствительно-
сти: тактильной, тепловой, холодовой и болевой. Согласно этой теории, в
основе разного характера кожных ощущений лежат различия в простран-
ственном и временном распределении импульсов в афферентных волок-
нах, возбуждаемых при разных видах кожных раздражении. Результаты ис-
следования электрической активности одиночных нервных окончаний и
волокон свидетельствуют о том, что многие из них воспринимают лишь
механические или только температурные стимулы.
Механизмы возбуждения кожных рецепторов. Механический стимул
приводит к деформации мембраны кожного рецептора. В результате этого
электрическое сопротивление мембраны уменьшается, увеличивается ее
проницаемость для Na+ Через мембрану рецептора начинает течь ионный
ток, приводящий к генерации рецепторного потенциала. Как только ре-
цепторный потенциал достигает критического уровня деполяризации, в
рецепторе генерируются импульсы, распространяющиеся по нервному во-
локну в ЦНС.
Адаптация кожных рецепторов. По скорости адаптации при длящемся
действии раздражителя большинство кожных рецепторов разделяют на
быстро- и медленно адаптирующиеся. Наиболее быстро адаптируются так-
тильные рецепторы, расположенные в волосяных фолликулах, а также
пластинчатые тельца. Большую роль в этом играет капсула тельца: она
ускоряет адаптационный процесс (укорачивает рецепторный потенциал),
так как хорошо проводит быстрые и гасит медленные изменения давле-
ния. Поэтому пластинчатое тельце реагирует на сравнительно высокочас-
тотные вибрации 40—1000 Гц, а максимальную чувствительность имеет
при 300 Гц. Адаптация кожных механорецепторов приводит к тому, что
мы перестаем ощущать постоянное давление одежды или привыкаем но-
сить на роговице глаз контактные линзы.
Свойства тактильного восприятия. Ощущение прикосновения и давле-
ния на кожу довольно точно локализуется, т. е. относится человеком к
определенному участку кожной поверхности. Эта локализация вырабаты-
вается и закрепляется в онтогенезе при участии зрения и проприорецеп-
ции. Абсолютная тактильная чувствительность существенно различается в
разных частях кожи: от 50 мг до 10 г. Пространственное различение на
кожной поверхности, т. е. способность человека раздельно воспринимать
прикосновение к двум соседним точкам кожи, также сильно отличается в
разных ее участках. На слизистой оболочке языка порог пространственно-
го различия равен 0,5 мм, а на коже спины — более 60 мм. Эти отличия
обусловлены главным образом различными размерами кожных рецептив-
ных полей (от 0,5 мм2 до 3 см2) и степенью их перекрытия.
Температурная рецепция. Температура тела человека колеблется в срав-
нительно узких пределах, поэтому информация о температуре окружаю-
щей среды, необходимая для деятельности механизмов терморегуляции,
имеет особо важное значение. Терморецепторы располагаются в коже, ро-
говице глаза, в слизистых оболочках, а также в ЦНС (в гипоталамусе).
Они делятся на два вида: холодовые и тепловые (их намного меньше и в
коже они лежат глубже, чем холодовые). Больше всего терморецепторов в
коже лица и шеи. Гистологический тип терморецепторов до конца не вы-
яснен, полагают, что ими могут быть безмиелиновые окончания дендри-
тов афферентных нейронов.
Терморецепторы разделяют на специфические и неспецифические.
Первые возбуждаются лишь температурными воздействиями, вторые отве-
чают и на механическое раздражение. Рецептивные поля большинства
572
терморецепторов локальны. Терморецепторы реагируют на изменение
температуры повышением частоты генерируемых импульсов, устойчиво
длящимся в течение всего времени действия стимула. Повышение частоты
импульсации пропорционально изменению температуры, причем постоян-
ная импульсация у тепловых рецепторов наблюдается в диапазоне темпе-
ратуры от 20 до 50 °C, а у холодовых — от 10 до 41 °C. Дифференциальная
чувствительность терморецепторов велика: достаточно изменить темпера-
туру на 0,2 °C, чтобы вызвать длительные изменения их импульсации.
В некоторых условиях холодовые рецепторы могут быть возбуждены и
теплом (выше 45 °C). Этим объясняется возникновение острого ощущения
холода при быстром погружении в горячую ванну. Важным фактором,
определяющим установившуюся активность терморецепторов, связанных
с ними центральных структур и ощущения человека, является абсолютное
значение температуры. В то же время начальная интенсивность темпера-
турных ощущений зависит от разницы температуры кожи и действующего
раздражителя, его площади и места приложения. Так, если руку держали в
воде температуры 27 °C, то в первый момент при переносе руки в воду,
нагретую до 25 °C, она кажется холодной, однако уже через несколько се-
кунд становится возможной истинная оценка абсолютной температуры
воды.
Болевая рецепция. Болевая, или ноцицептивная, чувствительность имеет
особое значение для выживания организма, так как сигнализирует об
опасности при действии любых чрезмерно сильных и вредных агентов.
В симптомокомплексе многих заболеваний боль является одним из пер-
вых, а иногда и единственным проявлением патологии и важным показа-
телем для диагностики. Однако корреляция между степенью болевых ощу-
щений и тяжестью патологического процесса отмечается не всегда. Не-
смотря на интенсивные исследования, до сих пор не удается решить во-
прос о существовании специфических болевых рецепторов и адекватных
им болевых раздражителей.
Сформулированы 2 гипотезы об организации болевого восприятия:
1) существуют специфические болевые рецепторы (свободные нервные
окончания с высоким порогом реакции); 2) специфических болевых ре-
цепторов не существует и боль возникает при сверхсильном раздражении
любых рецепторов.
В электрофизиологических опытах на одиночных нервных волокнах
типа С обнаружено, что некоторые из них реагируют преимущественно на
чрезмерные механические, а другие — на чрезмерные тепловые воздейст-
вия. При болевых раздражениях небольшие по амплитуде импульсы воз-
никают также в нервных волокнах группы А. Соответственно разной ско-
рости проведения импульсов в нервных волокнах групп С и А отмечается
двойное ощущение боли: вначале четкое по локализации и короткое, а за-
тем — длительное, разлитое и сильное (жгучее) чувство боли (рис. 13.10).
Механизм возбуждения рецепторов при болевых воздействиях пока не
выяснен. Предполагают, что особенно значимыми являются изменения
pH ткани в области нервного окончания, так как этот фактор обладает бо-
левым эффектом при встречающейся в реальных условиях концентрации
Н+ Таким образом, наиболее общей причиной возникновения боли мож-
но считать изменение концентрации Н+ при токсическом воздействии на
дыхательные ферменты или при механическом либо термическом повреж-
дении клеточных мембран. Не исключено также, что одной из причин
длительной жгучей боли может быть выделение при повреждении клеток
гистамина, протеолитических ферментов, воздействующих на глобулины
573
| 1 2 3 4 5 6
Укол иглой Время, с
Рис. 13.10. Развитие болевого
ощущения во времени.
а — нормальная кожа; б — кожа с
повышенной болевой чувствительно-
стью.
межклеточной жидкости и приводящих к образованию ряда полипептидов
(например, брадикинина), которые возбуждают окончания нервных воло-
кон группы С.
Адаптация болевых рецепторов возможна: ощущение укола от продол-
жающей оставаться в коже иглы быстро проходит. Однако в очень мно-
гих случаях болевые рецепторы не обнаруживают существенной адапта-
ции, что делает страдания больного особенно длительными и мучитель-
ными и требует применения анальгетиков. Болевые раздражения вызыва-
ют ряд рефлекторных соматических и вегетативных реакций. При уме-
ренной выраженности эти реакции имеют приспособительное значение,
но могут привести и к тяжелым патологическим эффектам, например к
болевому шоку. Среди этих реакций отмечают повышение мышечного
тонуса, частоты сердечных сокращений и дыхания, повышение давления,
сужение зрачков, увеличение содержания глюкозы в крови и ряд других
эффектов.
При ноцицептивных воздействиях на кожу человек локализует их до-
статочно точно, но при заболеваниях внутренних органов часты так назы-
ваемые отраженные боли, проецирующиеся в определенные части кожной
поверхности (зоны Захарьина—Геда). Так, при стенокардии, кроме болей
в области сердца, ощущается боль в левой руке и лопатке. Наблюдаются и
обратные эффекты, когда при локальных тактильных, температурных и
болевых раздражениях определенных «активных» точек кожной поверхно-
сти включаются цепи рефлекторных реакций, опосредуемых центральной
и автономной нервной системой. Они могут избирательно изменять кро-
воснабжение и трофику тех или иных органов и тканей. Методы и меха-
низмы иглоукалывания (акупунктура), локальных прижиганий и тониче-
ского массажа активных точек кожи в последние десятилетия стали пред-
метом исследования рефлексотерапии.
Для уменьшения или снятия болевых ощущений в клинике используют
множество специальных веществ — анальгетических, анестетических и
наркотических. По локализации действия их делят на вещества местного и
общего действия. Анестетические вещества местного действия (например,
новокаин) блокируют возникновение и проведение болевых сигналов от
рецепторов в спинной мозг или структуры ствола мозга. Анестетические
вещества общего действия (например, эфир) снимают ощущение боли,
блокируя передачу импульсов между нейронами коры большого мозга и
ретикулярной формации мозга (погружают человека в наркотический
сон).
В последние годы открыта высокая аналгезирующая активность так на-
зываемых нейропептидов, большинство из которых представляет собой
либо гормоны (вазопрессин, окситоцин, АКТГ), либо их фрагменты.
Часть нейропептидов являются фрагментами липотропного гормона (эн-
574
Рис. 13.11. Мышечное веретено.
Проксимальный конец интрафузаль-
ного мышечного волокна (1), при-
крепленного к волокну скелетной
мышцы; 2 — дистальный конец этого
волокна, прикрепленного к фасции;
3 — ядерная сумка; 4 — афферентные
волокна; 5 — у-эфферентные волок-
на; 6 — двигательное волокно, иду-
щее к скелетной мышце.
дорфины). Аналгезирующее
действие нейропептидов осно-
вано на том, что они даже в
минимальных дозах (микро-
граммы) меняют эффектив-
ность передачи в синапсах с
«классическими» нейромедиа-
торами (ацетилхолин, норад-
реналин), в частности, между
первым и вторым сенсорными
нейронами (задние столбы
спинного мозга и другие
структуры). С использованием
нейропептидов связывают на-
дежды на эффективное лече-
ние ряда нервно-психических
заболеваний.
Мышечная и суставная ре-
цепция (проприорецепция). В
мышцах млекопитающих жи-
вотных и человека содержится
три типа специализированных
рецепторов: первичные окон-
чания мышечных веретен, вто-
ричные окончания мышечных
веретен и сухожильные рецеп-
торы Гольджи. Эти рецепторы
реагируют на механические
раздражения и участвуют в ко-
ординации движений, являясь
источником информации о состоянии двигательного аппарата.
Мышечные веретена. Мышечное веретено представляет собой неболь-
шое продолговатое образование длиной несколько миллиметров, шириной
десятые доли миллиметра, расположенное в толще мышцы (рис. 13.11).
В разных скелетных мышцах число веретен на 1 г ткани варьирует от не-
скольких единиц до сотни.
Каждое веретено покрыто капсулой. Внутри капсулы находится пучок
мышечных волокон. Эти волокна называют интрафузальными в отличие
от всех остальных волокон мышцы, называемых экстрафузальными. Вере-
тена расположены параллельно экстрафузальным волокнам, поэтому при
растяжении мышцы нагрузка на веретена увеличивается, а при сокраще-
нии уменьшается.
575
Различают интрафузальные волокна двух типов: 1) более толстые и
длинные с ядрами, сосредоточенными в средней, утолщенной части во-
локна — ядерно-сумчатые и 2) более короткие и тонкие с ядрами, распо-
ложенными цепочкой — ядерно-цепочечные. На интрафузальных волок-
нах спирально расположены чувствительные окончания афферентных во-
локон группы 1а — первичные окончания, и чувствительные окончания
афферентных волокон группы II — вторичные окончания. Импульсация,
идущая от веретен по афферентным волокнам группы 1а, в спинном мозге
моносинаптически возбуждает мотонейроны своей мышцы и через тормо-
зящий интернейрон тормозит мотонейроны мышцы-антагониста (рецип-
рокное торможение). Афферентные волокна группы II возбуждают мото-
нейроны мышц-сгибателей и тормозят мотонейроны мышц-разгибателей.
Имеются данные, что афферентные волокна группы II, идущие от
мышц-разгибателей, могут возбуждать мотонейроны своей мышцы.
Веретена имеют и эфферентную иннервацию: интрафузальные мышеч-
ные волокна иннервируются аксонами, идущими к ним от у-мотонейро-
нов. Эти так называемые у-эфферентные волокна подразделяют на дина-
мические и статические. В расслабленной мышце импульсация, идущая от
веретен, невелика. Веретена реагируют импульсацией на удлинение (рас-
тяжение) мышцы, причем у первичных окончаний частота импульсации
зависит главным образом от скорости удлинения, а у вторичных — от дли-
ны мышцы (динамический и статический ответы). Активация у-эфферен-
тов приводит к повышению чувствительности веретен, причем динамиче-
ские у-эфференты преимущественно усиливают реакцию на скорость уд-
линения мышцы, а статические — на длину. Активация у-эфферентов и
без растяжения мышцы сама по себе вызывает импульсацию афферентов
веретен вследствие сокращения интрафузальных мышечных волокон. По-
казано, что возбуждение а-мотонейронов сопровождается возбуждением
у-мотонейронов (а-у-коактивация). Уровень возбуждения у-системы тем
выше, чем интенсивнее возбуждены а-мотонейроны данной мышцы, т. е.
чем больше сила ее сокращения. Таким образом, веретена реагируют на
два воздействия: периферическое — изменение длины мышцы, и центра-
льное — изменение уровня активации у-системы. Поэтому реакции вере-
тен в условиях естественной деятельности мышц довольно сложны. При
растяжении пассивной мышцы наблюдается активация рецепторов вере-
тен, вызывающая рефлекс на растяжение. При активном сокращении
мышцы уменьшение ее длины оказывает на рецепторы веретена дезакти-
вирующее действие, а возбуждение у-мотонейронов, сопутствующее воз-
буждению а-мотонейронов, вызывает активацию рецепторов. Вследствие
этого импульсация от рецепторов веретен во время движения зависит от
нескольких факторов: соотношения длины мышцы, скорости ее укороче-
ния и силы сокращения.
Таким образом, веретена можно рассматривать как непосредственный
источник информации о длине мышцы и ее изменениях, если только
мышца не возбуждена. При активном состоянии мышцы необходимо учи-
тывать влияние у-системы. Во время активных движений у-мотонейроны
поддерживают импульсацию веретен укорачивающейся мышцы, что дает
возможность рецепторам реагировать на неравномерность движения как
увеличением, так и уменьшением частоты импульсации и участвовать та-
ким образом в коррекции движений.
Сухожильные рецепторы Гольджи находятся в зоне соединения мышеч-
ных волокон с сухожилием и расположены последовательно по отноше-
нию к мышечным волокнам. Сухожильные рецепторы слабо реагируют на
576
растяжение мышцы, но возбуждаются при ее сокращении. Интенсивность
их импульсации примерно пропорциональна силе сокращения мышцы,
что дает основание рассматривать сухожильные рецепторы как источник
информации о силе, развиваемой мышцей. Идущие от этих рецепторов
афферентные волокна относятся к группе 1b. На спинальном уровне они
через интернейроны вызывают торможение мотонейронов собственной
мышцы и возбуждение мотонейронов мышцы-антагониста. Информация
от мышечных рецепторов по восходящим путям спинного мозга поступает
в высшие отделы ЦНС, включая кору большого мозга, и участвует в кине-
стезии.
Суставные рецепторы изучены меньше, чем мышечные. Известно, что
суставные рецепторы реагируют на положение сустава и на изменения су-
ставного угла, участвуя таким образом в системе обратных связей от дви-
гательного аппарата и в управлении им.
Передача и переработка соматосенсорной информации. Чувствительность
кожи и ощущение движения обусловлены проведением в мозг сигналов от
рецепторов по двум основным путям (трактам): лемнисковому и спинотала-
мическому, значительно различающимся по своим морфологическим и фун-
кциональным свойствам. Существует и третий путь — латеральный тракт
Морина, близкий по ряду характеристик к лемнисковой системе.
Лемнисковый путь. На всех уровнях этот путь состоит из относительно
толстых и быстропроводящих миелиновых нервных волокон. Он передает
в мозг сигналы о прикосновении к коже, давлении на нее и движениях в
суставах. Отличительная особенность этого пути заключается в быстрой
передаче в мозг наиболее точной информации, дифференцированной по
силе и месту воздействия. Первые нейроны этого пути находятся в спин-
номозговом узле; их аксоны в составе задних столбов восходят к тонкому
(ядро Голля) и клиновидному (ядро Бурдаха) ядрам продолговатого мозга,
где сигналы передаются на вторые нейроны лемнискового пути. Часть во-
локон, в основном несущих сигналы от суставных рецепторов, оканчива-
ется на мотонейронах сегментарного спинального уровня. Проприоцеп-
тивная чувствительность передается в спинном мозге также по дорсально-
му спинно-мозжечковому и некоторым другим путям.
В продолговатом мозге в тонком ядре сосредоточены в основном вто-
рые нейроны тактильной чувствительности, а в клиновидном ядре — вто-
рые нейроны проприоцептивной чувствительности. Аксоны этих нейронов
образуют медиальную петлю и после перекреста на уровне олив направля-
ются в специфические ядра таламуса — вентробазальный ядерный комп-
лекс. В этих ядрах концентрируются третьи нейроны лемнискового пути;
их аксоны направляются в соматосенсорную зону коры большого мозга.
По мере перехода на все более высокие уровни изменяются некоторые
важные свойства нейронов лемнискового пути. Значительно увеличивают-
ся (в продолговатом мозге в 2—30, а в коре большого мозга в 15—100 раз)
размеры рецептивных полей нейронов. Ответы клеток становятся все бо-
лее продолжительными: даже короткое прикосновение к коже вызывает
залп импульсов, длящийся несколько секунд. Отмечено появление так на-
зываемых нейронов новизны, реагирующих на смену раздражителя. Не-
смотря на увеличение размеров рецептивных полей, нейроны остаются до-
статочно специфичными (нейроны поверхностного прикосновения, глубо-
кого прикосновения, нейроны движения в суставах и нейроны положения
или угла сгибания суставов). Для корковой части лемнискового пути ха-
рактерна четкая топографическая организация, т. е. проекция кожной по-
верхности осуществляется в кору большого мозга по принципу «точка в
577
Рис. 13.12. Корковое представительство
кожной чувствительности (чувствитель-
ный гомункулюс).
1 — половые органы; 2 — пальцы; 3 — ступ-
ня; 4 — голень; 5 — бедро; 6 — туловище; 7 —
шея; 8 — голова; 9 — плечо; 10—11 — локоть;
12 — предплечье; 13 — запястье; 14 — кисть;
15—19 — пальцы; 20 — глаз; 21 — нос; 22 —
лицо; 23 — верхняя губа; 24, 26 — зубы; 25 —
нижняя губа; 27 — язык; 28 — глотка; 29 —
внутренние органы.
Размеры изображений частей тела соответст-
вуют размерам сенсорного представительства.
точку». При этом площадь коркового представительства той или иной час-
ти тела определяется ее функциональной значимостью: формируется так
называемый сенсорный гомункулюс (рис. 13.12).
Удаление соматосенсорной зоны коры приводит к нарушению способ-
ности локализовать тактильные ощущения, а ее электростимуляция вызы-
вает ощущение прикосновения, вибрации и зуда. В целом роль соматосен-
сорной зоны коры состоит в интегральной оценке соматосенсорных сиг-
налов, во включении их в сферу сознания, полисенсорный синтез и в сен-
сорное обеспечение выработки новых двигательных навыков.
Спиноталамический путь значительно отличается от лемнискового. Его
первые нейроны также расположены в спинномозговом узле, откуда они
посылают в спинной мозг медленно проводящие безмиелиновые нервные
волокна. Эти нейроны имеют большие рецептивные поля, иногда включа-
ющие значительную часть кожной поверхности. Вторые нейроны данного
пути локализуются в сером веществе спинного мозга, а их аксоны в соста-
ве восходящего спиноталамического пути направляются после перекреста
на спинальном уровне в вентробазальный ядерный комплекс таламуса
(дифференцированные проекции), а также в вентральные неспецифиче-
ские ядра таламуса, внутреннее коленчатое тело, ядра ствола мозга и гипо-
таламус. Локализованные в этих ядрах третьи нейроны спиноталамическо-
го пути лишь частично дают проекции в соматосенсорную зону коры.
Спиноталамический путь с более медленной передачей афферентных
сигналов, со значительно менее четко дифференцированной информацией
о разных свойствах раздражителя и с менее четкой топографической лока-
лизацией служит для передачи температурной, всей болевой и в значите-
льной мере — тактильной чувствительности.
Болевая чувствительность практически не представлена на корковом
уровне (раздражение коры большого мозга не вызывает боли), поэтому
считают, что высшим центром болевой чувствительности является тала-
мус, где 60 % нейронов в соответствующих ядрах четко реагирует на боле-
вое раздражение. Таким образом, эта система играет важную роль в орга-
низации генерализованных ответов на действие болевых, температурных и
тактильных раздражителей, сигналы о которых идут через структуры ство-
ла, подкорковые образования и кору большого мозга.
578
13.2.5. Обонятельная система
Рецепторы обонятельной системы расположены в области верхних но-
совых ходов. Обонятельный эпителий находится в стороне от главного ды-
хательного пути, он имеет толщину 100—150 мкм и содержит рецепторные
клетки диаметром 5—10 мкм, расположенные между опорными клетками.
Общее число обонятельных рецепторов у человека около 10 млн. На по-
верхности каждой обонятельной клетки имеется сферическое утолще-
ние — обонятельная булава, из которой выступает по 6—12 тончайших
(0,3 мкм) ресничек длиной до 10 мкм. Обонятельные реснички погружены
в жидкую среду, вырабатываемую обонятельными (боуменовы) железами.
Наличие ресничек в десятки раз увеличивает площадь контакта рецептора
с молекулами пахучих веществ.
Булава является важным цитохимическим центром обонятельной клетки.
Обонятельная рецепторная клетка — биполярная; на апикальном полю-
се ее находятся реснички, а от базальной части отходит безмиелиновый
аксон. Аксоны рецепторов образуют обонятельный нерв, который прони-
зывает основание черепа и вступает в обонятельную луковицу. Подобно
вкусовым клеткам и наружным сегментам фоторецепторов, обонятельные
клетки постоянно обновляются. Продолжительность жизни обонятельной
клетки около 2 мес.
Молекулы пахучих веществ попадают в слизь, вырабатываемую обоня-
тельными железами, с постоянным током воздуха или из ротовой полости
во время еды. Принюхивание ускоряет приток пахучих веществ к слизи.
В слизи молекулы пахучих веществ на короткое время связываются с обо-
нятельными нерецепторными белками. Некоторые молекулы достигают
ресничек обонятельного рецептора и взаимодействуют с находящимся в
них обонятельным рецепторным белком. В свою очередь обонятельный
белок активирует, как и в случае фоторецепции, ГТФ-связывающий белок
(G-белок), а тот в свою очередь — фермент аденилатциклазу, синтезирую-
щую цАМФ. Повышение в цитоплазме концентрации цАМФ вызывает от-
крывание в плазматической мембране рецепторной клетки натриевых ка-
налов и как следствие — генерацию деполяризационного рецепторного
потенциала. Это приводит к импульсному разряду в аксоне рецептора (во-
локно обонятельного нерва).
Обонятельные клетки способны реагировать на миллионы различных
пространственных конфигураций молекул пахучих веществ. Между тем
каждая рецепторная клетка способна ответить физиологическим возбуж-
дением на характерный для нее, хотя и широкий, спектр пахучих веществ.
Существенно, что эти спектры у разных клеток сходны. Вследствие этого
более чем 50 % пахучих веществ оказываются общими для любых двух
обонятельных клеток.
Раньше считали, что низкая избирательность отдельного рецептора
объясняется наличием в нем множества типов обонятельных рецепторных
белков, однако теперь выяснено, что каждая обонятельная клетка имеет
только один тип мембранного рецепторного белка. Сам же этот белок спо-
собен связывать множество пахучих молекул различной пространственной
конфигурации. Правило «одна обонятельная клетка — один обонятельный
рецепторный белок» значительно упрощает передачу и обработку инфор-
мации о запахах в обонятельной луковице — первом нервном центре пере-
ключения и обработки хемосенсорной информации в мозге.
Наличие всего одного обонятельного белка в каждом рецепторе обу-
словлено не только тем, что каждая обонятельная клетка экспрессирует
579
только один из сотен генов обонятельных белков, но и тем, что в пределах
данного гена экспрессируется только одна из двух аллелей — материнская
или отцовская. Вероятно, что генетически обусловленные индивидуаль-
ные различия в порогах восприятия определенных запахов связаны с фун-
кциональными отличиями в механизмах экспрессии гена обонятельного
рецепторного белка.
Электроольфакпюграмма. Суммарный электрический потенциал, регист-
рируемый от поверхности обонятельного эпителия, называют электрооль-
фактограммой. Это монофазная негативная волна с амплитудой до 10 мВ и
длительностью несколько секунд, возникающая в обонятельном эпителии
даже при кратковременном воздействии на него пахучего вещества. Неред-
ко на электроольфактограмме можно видеть небольшое позитивное откло-
нение потенциала, предшествующее основной негативной волне, а при до-
статочной длительности воздействия регистрируется большая негативная
волна на его прекращение (о/Лреакция). Иногда на медленные волны элек-
троольфактограммы накладываются быстрые осцилляции, отражающие
синхронные импульсные разряды значительного числа рецепторов.
Кодирование обонятельной информации. Как показывают исследования с
помощью микроэлектродов, одиночные рецепторы отвечают увеличением
частоты импульсации, которое зависит от качества и интенсивности стиму-
ла. Каждый обонятельный рецептор отвечает не на один, а на многие паху-
чие вещества, отдавая «предпочтение» некоторым из них. Считают, что на
этих свойствах рецепторов, различающихся по своей настройке на разные
группы веществ, может быть основано кодирование запахов и их опознание
в центрах обонятельной сенсорной системы. При электрофизиологических
исследованиях и при оптической регистрации активности обонятельной лу-
ковицы выявлено, что ее электрический ответ на действие запаха зависит от
пахучего вещества: при разных запахах меняется пространственная мозаика
возбужденных и заторможенных участков луковицы. Предполагают, что это
может служить способом кодирования обонятельной информации.
Центральные проекции обонятельной системы. Особенность обонятель-
ной системы состоит, в частности, в том, что ее афферентные волокна не
переключаются в таламусе и не переходят на противоположную сторону
мозга. Выходящий из луковицы обонятельный тракт состоит из несколь-
ких пучков, которые направляются в разные отделы переднего мозга; пе-
реднее обонятельное ядро, обонятельный бугорок, препириформную кору,
периамигдалярную кору и часть ядер миндалевидного комплекса. Связь
обонятельной луковицы с гиппокампом, пириформной корой и другими
отделами обонятельного мозга осуществляется через несколько переклю-
чений. Показано, что наличие значительного числа центров обонятельно-
го мозга не является необходимым для опознания запахов, поэтому боль-
шинство нервных центров, в которые проецируется обонятельный тракт,
можно рассматривать как ассоциативные центры, обеспечивающие связь
обонятельной сенсорной системы с другими сенсорными системами и ор-
ганизацию на этой основе ряда сложных форм поведения — пищевой,
оборонительной, половой и др.
Эфферентная регуляция активности обонятельной луковицы изучена
пока недостаточно, хотя есть морфологические предпосылки, свидетельст-
вующие о возможности таких влияний.
Чувствительность обонятельной системы человека чрезвычайно вели-
ка: один обонятельный рецептор может быть возбужден одной молекулой
пахучего вещества, а возбуждение небольшого числа рецепторов приводит
к возникновению ощущения. В то же время изменение интенсивности
580
действия веществ (порог различения) оценивается людьми довольно грубо
(наименьшее воспринимаемое различие в силе запаха составляет 30—60 %
от его исходной концентрации). У собак эти показатели в 3—6 раз выше.
Адаптация в обонятельной системе происходит сравнительно медленно
(десятки секунд или минуты) и зависит от скорости потока воздуха над
обонятельным эпителием и от концентрации пахучего вещества.
13.2.6. Вкусовая система
В процессе эволюции вкус формировался как механизм выбора или от-
вергания пищи. В естественных условиях вкусовые ощущения комбини-
руются с обонятельными, тактильными и термическими, также создава-
емыми пищей.
Важным обстоятельством является то, что предпочтительный выбор пиши
отчасти основан на врожденных механизмах, но в значительной мере зависит
от связей, выработанных в онтогенезе условнорефлекторным путем.
Вкус, так же как и обоняние, основан на хеморецепции. Вкусовые ре-
цепторы несут информацию о характере и концентрации веществ, поступа-
ющих в рот. Их возбуждение запускает сложную цепь реакций разных отде-
лов мозга, приводящих к различной работе органов пищеварения или к уда-
лению вредных для организма веществ, попавших в рот с пищей.
Рецепторы вкуса (вкусовые почки) расположены на языке, задней стен-
ке глотки, мягком небе, миндалинах и надгортаннике. Больше всего их на
кончике, краях и задней части языка. Каждая из примерно 10 000 вкусо-
вых почек человека состоит из нескольких (2—6) рецепторных клеток и,
кроме того, из опорных клеток. Вкусовая почка имеет колбовидную фор-
му; у человека ее длина и ширина около 70 мкм. Вкусовая почка не дости-
гает поверхности слизистой оболочки языка и соединена с полостью рта
через вкусовую пору.
Вкусовые клетки — наиболее коротко живущие эпителиальные клетки
организма: в среднем через каждые 250 ч старая клетка сменяется моло-
дой, движущейся к центру вкусовой почки от ее периферии. Каждая из ре-
цепторных вкусовых клеток длиной 10—20 мкм и шириной 3—4 мкм име-
ет на конце, обращенном в просвет поры, 30—40 тончайших микроворси-
нок толщиной 0,1 — 0,2 мкм и длиной 1—2 мкм. Считают, что они играют
важную роль в возбуждении рецепторной клетки, воспринимая те или
иные химические вещества, адсорбированные в канале почки. В области
микроворсинок расположены активные центры — стереоспецифические
участки рецептора, избирательно воспринимающие разные адсорбирован-
ные вещества. Этапы первичного преобразования химической энергии
вкусовых веществ в энергию нервного возбуждения вкусовых рецепторов в
деталях еще не известны.
Электрические потенциалы вкусовой системы. В опытах с введением
микроэлектрода внутрь вкусовой почки животных показано, что суммар-
ный потенциал рецепторных клеток изменяется при раздражении языка
разными веществами (сахар, соль, кислота). Этот потенциал развивается
довольно медленно:" максимум его достигается к 10—15-й секунде после
воздействия, хотя электрическая активность в волокнах вкусового нерва
начинается значительно раньше.
Проводящие пути и центры вкуса. Проводниками всех видов вкусовой
чувствительности служат барабанная струна и языкоглоточный нерв, ядра
581
которых в продолговатом мозге содержат первые нейроны вкусовой систе-
мы. Многие из волокон, идущих от вкусовых рецепторов, отличаются
определенной специфичностью, так как отвечают учащением импульсных
разрядов лишь на действие соли, кислоты и хинина. Другие волокна реа-
гируют на сахар. Наиболее убедительной считается гипотеза, согласно ко-
торой информация о 4 основных вкусовых ощущениях: горьком, сладком,
кислом и соленом — кодируется не импульсацией в одиночных волокнах,
а разным распределением частоты разрядов в большой группе волокон,
по-разному возбуждаемых вкусовым веществом.
Вкусовые афферентные сигналы поступают в ядро одиночного пучка
ствола мозга. От ядра одиночного пучка аксоны вторых нейронов восходят
в составе медиальной петли до дугообразного ядра таламуса, где располо-
жены третьи нейроны, аксоны которых направляются в корковый центр
вкуса. Характер преобразований вкусовых афферентных сигналов на всех
уровнях вкусовой системы исследован пока недостаточно.
Вкусовые ощущения и восприятие. У разных людей абсолютные пороги
вкусовой чувствительности к разным веществам существенно отличаются
вплоть до «вкусовой слепоты» к отдельным агентам (например, к креати-
ну). Абсолютные пороги вкусовой чувствительности во многом зависят
от состояния организма (они изменяются в случае голодания, беременно-
сти и др.). При измерении абсолютной вкусовой чувствительности воз-
можны 2 ее оценки: возникновение неопределенного вкусового ощуще-
ния (отличающегося от вкуса дистиллированной воды) и осознанное
опознание определенного вкуса. Порог восприятия, как и в других сен-
сорных системах, выше порога ощущения. Пороги различения минима-
льны в диапазоне средних концентраций веществ, но при переходе к бо-
льшим концентрациям резко повышаются. Поэтому 20 % раствор сахара
воспринимается как максимально сладкий, 10 % раствор натрия хлори-
да — как максимально соленый, 0,2 % раствор соляной кислоты — как
максимально кислый, а 0,1 % раствор хинина сульфата — как максималь-
но горький. Пороговый контраст (dl/I) для разных веществ значительно
колеблется.
Вкусовая адаптация. При длительном действии вкусового вещества на-
блюдается адаптация к нему (снижается интенсивность вкусового ощуще-
ния). Продолжительность адаптации пропорциональна концентрации рас-
твора. Адаптация к сладкому и соленому развивается быстрее, чем к горько-
му и кислому. Обнаружена и перекрестная адаптация, т. е. изменение чув-
ствительности к одному веществу при действии другого. Применение не-
скольких вкусовых раздражителей одновременно или последовательно дает
эффекты вкусового контраста или смешения вкуса. Например, адаптация к
горькому повышает чувствительность к кислому и соленому, адаптация к
сладкому обостряет восприятие всех других вкусовых стимулов. При сме-
шении нескольких вкусовых веществ может возникнуть новое вкусовое
ощущение, отличающееся от вкуса составляющих смесь компонентов.
13.2.7. Висцеральная система
Большая роль в жизнедеятельности организма принадлежит висцераль-
ной, или интерорецептивной, сенсорной системе. Она воспринимает из-
менения внутренней среды организма и поставляет центральной и авто^
номной нервной системе информацию, необходимую для рефлекторной
регуляции работы всех внутренних органов.
582
Типичными в этом отношении являются рефлексы Геринга и Брейе-
ра (саморегуляция дыхания), рефлексы с прессо- и хеморецепторов ка-
ротидного синуса, рефлекторное выделение желудочного сока, рефлек-
торные акты мочеиспускания и дефекации, рефлекторные кашель и рво-
та и др.
Интерорецепторы. Описаны разнообразные интерорецепторы, или ин-
тероцепторы, которые представлены свободными нервными окончаниями
(дендриты нейронов спинальных ганглиев или клеток Догеля II типа из
периферических ганглиев автономной нервной системы), инкапсулиро-
ванными нервными окончаниями: пластинчатые тельца (тельца Фате-
ра—Пачини), колбы Краузе, расположенные на особых гломусных клетках
(рецепторы сонного и аортального клубочков). Механорецепторы реагиру-
ют на изменение давления в полых органах и сосудах, их растяжение и
сжатие. Хеморецепторы сообщают ЦНС об изменениях химизма органов и
тканей. Их роль особенно велика в рефлекторном регулировании и под-
держании постоянства внутренней среды организма. Возбуждение хеморе-
цепторов головного мозга может быть вызвано высвобождением из его
элементов гистамина, индольных соединений, изменением содержания в
желудочках мозга СО2 и другими факторами. Рецепторы сонных клубоч-
ков реагируют на недостаток в крови кислорода, на снижение величины
pH (в пределах 6,9—7,6) и повышение напряжения СО2. Терморецепторы
ответственны за начальный, афферентный этап процесса терморегуляции.
Сравнительно мало исследованными остаются пока осморецепторы: они
обнаружены в интерстициальной ткани вблизи капилляров.
Проводящие пути и центры висцеральной сенсорной системы. Проводя-
щие пути представлены в основном блуждающим, чревным и тазовым
нервами. Блуждающий нерв передает афферентные сигналы в ЦНС по
тонким волокнам с малой скоростью от практически всех органов грудной
и брюшной полости, чревный нерв — от желудка, брыжейки, тонкого от-
дела кишечника, а тазовый — от органов малого таза. В составе этих нер-
вов имеются как быстро-, так и медленно проводящие волокна. Импульсы
от многих интерорецепторов проходят по задним и вентролатеральным
столбам спинного мозга.
Интероцептивная информация поступает в ряд структур ствола мозга и
подкорковые образования. Так, в хвостатое ядро поступают сигналы от
мочевого пузыря, в задневентральное ядро — от многих органов грудной,
брюшной и тазовой областей. Исследование нейронов таламуса обнаружи-
ло факт конвергенции на многих из них как соматических, так и вегета-
тивных влияний.
Важную роль играет гипоталамус, где имеются проекции чревного и
блуждающего нервов. В мозжечке также обнаружены нейроны, реагирую-
щие на раздражение чревного нерва.
Высшим отделом висцеральной системы является кора большого мозга.
Двустороннее удаление коры сигмовидной извилины резко и надолго по-
давляет условные реакции, выработанные на механическое раздражение
желудка, кишечника, мочевого пузыря, матки. В условнорефлекторном
акте, начинающемся при стимуляции интерорецепторов, участвуют лим-
бическая система и сенсомоторные зоны коры большого мозга.
Висцеральные ощущения и восприятие. Возбуждение некоторых интеро-
рецепторов приводит к возникновению четких, локализованных и осозна-
ваемых ощущений, т е. к восприятию (например, при растяжении стенки
мочевого пузыря или прямой кишки). В то же время возбуждение интеро-
рецепторов сердца и сосудов, печени, почек, селезенки, матки и ряда дру-
583
гих органов не вызывает ясно осознаваемых ощущений. Возникающие в
этих случаях сигналы часто имеют подпороговый характер. И.М. Сеченов
указывал на «темный, смутный» характер этих ощущений. Только при вы-
раженном патологическом процессе в том или ином внутреннем органе
эти сигналы доходят до сознания и нередко сопровождаются болевыми
ощущениями.
Изменение состояния внутренних органов, регистрируемое висцераль-
ной сенсорной системой, даже если оно не осознается человеком, может
оказывать значительное влияние на его настроение, самочувствие и пове-
дение. Это связано с тем, что интероцептивные сигналы доходят до высо-
ких уровней ЦНС (вплоть до коры большого мозга), что может приводить
к изменениям активности многих нервных центров, выработке новых
условнорефлекторных связей. Особенно важна роль интероцептивных
условных рефлексов в формировании сложных цепных реакций, составля-
ющих пищевое, половое и другие формы поведения и являющихся важной
частью жизнедеятельности человека и животных.
Глава 14
ИНТЕГРАТИВНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ
МОЗГА ЧЕЛОВЕКА
14.1. УСЛОВНОРЕФЛЕКТОРНАЯ ОСНОВА ВЫСШЕЙ
НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Кора большого мозга и ближайшие к ней подкорковые структуры явля-
ются высшим отделом ЦНС человека и животных. Основная функция это-
го отдела — осуществление сложных поведенческих реакций организма,
составляющих основу высшей нервной деятельности.
14.1.1. Условный рефлекс
Одним из основных элементарных актов высшей нервной деятельности
является условный рефлекс. Биологическое значение условных рефлексов
заключается в резком расширении числа сигнальных, значимых для орга-
низма раздражителей, что обеспечивает несравненно более высокий уро-
вень адаптивного поведения. Условнорефлекторный механизм лежит в
основе формирования любого приобретенного навыка, в основе процесса
обучения. Структурно-функциональной базой условного рефлекса служат
кора и подкорковые образования мозга.
Сущность условнорефлекторной деятельности организма сводится к
превращению индифферентного раздражителя в сигнальный благодаря
многократному подкреплению раздражения безусловным стимулом, вслед-
ствие чего ранее индифферентный раздражитель ассоциируется в жизни
организма с биологически важным событием и тем самым сигнализирует о
наступлении этого события. При этом в качестве эффекторного звена реф-
лекторной дуги условного рефлекса может выступать любой иннервируе-
мый орган. В организме человека и животных нет органа, работа которого
не могла бы измениться под влиянием условного рефлекса. Любая функ-
ция организма может быть усилена или подавлена в результате формиро-
вания соответствующего условного рефлекса.
Физиологический механизм, лежащий в основе условного рефлекса,
представлен на рис. 14.1. В зоне коркового представительства условного
стимула и коркового (или подкоркового) представительства безусловного
стимула формируются два очага возбуждения. Очаг возбуждения, вызван-
ный безусловным стимулом, как более сильный (доминантный) притяги-
вает к себе возбуждение из очага более слабого возбуждения, вызванного
условным стимулом. После нескольких повторных предъявлений условно-
го и безусловного раздражителей между этими двумя зонами «проторяет-
ся» устойчивый путь движения возбуждения: от очага, вызванного услов-
ным стимулом, к очагу, вызванному безусловным стимулом. В результате
изолированное предъявление только условного стимула приводит к реак-
ции, вызываемой ранее безусловным стимулом.
В качестве главных клеточных элементов центрального механизма об-
разования условного рефлекса выступают вставочные и ассоциативные
нейроны коры большого мозга.
585
Кора мозга
Рис. 14.1. Образование
условного рефлекса.
I, II — очаги возбуждения в
коре большого мозга; 1 — аф-
ферентные пути условного
сигнала; 2 — рецепторы поло-
сти рта; 3 — эфферентные
пути; 4 — центр в продолгова-
том мозге; 5 — слюнная желе-
за; 6, 7 — афферентные пути
безусловного сигнала; 8 — чув-
ствительные нейроны; 9 —
вставочные нейроны.
Для образования условного рефлекса необходимо соблюдение следую-
щих правил:
• индифферентный раздражитель (который должен стать условным, сиг-
нальным) должен иметь достаточную силу для возбуждения определен-
ных рецепторов;
• индифферентный раздражитель должен подкрепляться безусловным
стимулом, причем индифферентный раздражитель либо несколько пред-
шествует, либо предъявляется одновременно с безусловным;
• раздражитель, используемый в качестве условного, должен быть слабее
безусловного;
• для выработки условного рефлекса необходимо нормальное физиологи-
ческое состояние корковых и подкорковых структур, образующих цент-
ральное представительство соответствующего условного и безусловного
стимулов, отсутствие сильных посторонних раздражителей и значитель-
ных патологических процессов в организме.
При соблюдении указанных условий практически на любой стимул
можно выработать условный рефлекс.
И.П. Павлов первоначально предполагал, что условный рефлекс обра-
зуется на уровне кора—подкорковые образования. В более поздних рабо-
тах он объяснял формирование условнорефлекторной связи образованием
связи на уровне корковых зон представительства условного и безусловного
стимулов.
586
Последующие нейрофизиологические исследования привели к разра-
ботке, экспериментальному и теоретическому обоснованию нескольких
гипотез об образовании условного рефлекса. Данные современной нейро-
физиологии указывают на возможность разных уровней формирования
условнорефлекторной связи (кора—кора, кора—подкорковые образования,
подкорковые образования—подкорковые образования) при доминирую-
щей роли в этом процессе корковых структур. Очевидно, физиологиче-
ский механизм образования условного рефлекса представляет собой слож-
ную динамическую организацию корковых и подкорковых структур мозга.
Несмотря на определенные индивидуальные различия, условные реф-
лексы характеризуются следующими общими свойствами:
▲ все условные рефлексы представляют собой одну из форм приспособи-
тельных реакций организма к меняющимся условиям среды;
▲ условные рефлексы относятся к категории приобретаемых в ходе инди-
видуальной жизни рефлекторных реакций и отличаются индивидуаль-
ной специфичностью;
▲ все виды условнорефлекторной деятельности носят сигнальный преду-
предительный характер;
▲ условнорефлекторные реакции образуются на базе безусловных рефлек-
сов; без подкрепления условные рефлексы со временем подавляются.
14.1.2. Методы изучения условных рефлексов
Классические исследования условнорефлекторной деятельности орга-
низма, заложившие основу учения И. П. Павлова о высшей нервной дея-
тельности, были проведены с использованием рефлексов слюноотделения
(эффекторное звено рефлекторной дуги — слюнные железы). Методика
сводится к следующей схеме. Для выработки пищевого условного рефлек-
са животному предъявляют индифферентный по отношению к безуслов-
ному рефлексу слюноотделения стимул (например, световой или звуковой
раздражитель) с последующим или одновременным подкреплением его бе-
зусловным раздражителем (пища). Для сбора слюны у животного предва-
рительно производят операцию выведения протока слюнной железы на
наружную поверхность кожи. Характеристики как безусловного, так и вы-
рабатываемого на его основе условного рефлекса изучают путем анализа
качественного или количественного состава выделяемой слюны. При вы-
работке оборонительного условного рефлекса (например, на болевое раз-
дражение) в качестве подкрепляющего безусловного рефлекса в этой схе-
ме используют электрическое раздражение кожи.
Впоследствии при изучении условнорефлекторной деятельности живот-
ных и человека стали широко применять и другие методики, например
двигательные условные рефлексы. В этом случае эффекторное звено реф-
лекторной дуги образовано мышцами, обеспечивающими те или иные
двигательные акты.
При анализе нейрофизиологического механизма образования и реали-
зации условнорефлекторной деятельности, наряду с изучением слюноотде-
лительных и двигательных показателей рефлекторной реакции, в настоя-
щее время широко используют методы регистрации электрофизиологиче-
ских, биохимических показателей функционирования нервной системы;
изучают вегетативные и поведенческие компоненты сложных условнореф-
лекторных актов животного и человека.
587
14.1.3. Стадии образования условного рефлекса
В формировании и укреплении условного рефлекса различают 2 ста-
дии: начальную (генерализация условного возбуждения) и конечную —
стадию упроченного условного рефлекса (концентрация условного воз-
буждения)
Начальная стадия генерализованного условного возбуждения в сущности
является продолжением более общей универсальной реакции организма
на любой новый для него раздражитель, представленной безусловным
ориентировочным рефлексом Ориентировочный рефлекс =- это.-генера-
лизованная многокомпонентная реакция организма на достаточно силь-
ный внешний раздражитель, охватывающая многие его физиологические
системы, включая и вегетативные Биологическое значение ориентиро-
вочного рефлекса заключается в мобилизации функциональных систем
организма для лучшего восприятия раздражителя, т е. ориентировочный
рефлекс носит приспособительный характер Внешне ориентировочная
реакция, названная И П Павловым рефлексом «что такое?», проявляется
у животного в настораживании, прислушивании, обнюхивании, повороте
глаз и головы в сторону стимула Такая реакция — результат широкого
распространения возбудительного процесса из очага начального возбуж-
дения, вызванного действующим агентом, на окружающие центральные
нервные структуры Ориентировочный рефлекс в отличие от других без-
условных рефлексов быстро угнетается при повторных применениях сти-
мула.
Начальная стадия образования условного рефлекса состоит в формиро-
вании временной связи не только на данный конкретный условный раз-
дражитель, но и на все родственные ему по характеру стимулы Нейрофи-
зиологический механизм заключается в иррадиации возбуждения из центра
проекции условного раздражителя на нервные клетки окружающих проек-
ционных зон, близких в функциональном отношении клеткам централь-
ного представительства условного раздражителя, на который образуется
условный рефлекс Чем дальше от начального исходного очага, вызванно-
го основным стимулом, подкрепляемым безусловным стимулом, находит-
ся зона, охваченная иррадиацией возбуждения, тем меньше вероятность
активации этой зоны Следовательно, на начальной стадии генерализации
условного возбуждения, характеризуемой обобщенной генерализованной
реакцией, условнорефлекторный ответ наблюдается на сходные, близкие
по смыслу стимулы как результат распространения возбуждения из проек-
ционной зоны основного условного стимула
По мере укрепления условного рефлекса процессы иррадиации возбуж-
дения сменяются процессами концентрации, ограничивающими очаг воз-
буждения только зоной представительства основного стимула. В_результа-
те наступает уточнение условного рефлекса На конечной стадии упрочен-
ного условного рефлекса происходит концентрация условного возбуждения
условнорефлекторная реакция наблюдается лишь на заданный стимул, а
на побочные, близкие по характеристике, раздражители — прекращается
На стадии концентрации условного возбуждения происходит локализация
возбудительного процесса только в зоне центрального представительства
условного стимула, сопровождаемая торможением реакции на побочные
стимулы Внешним проявлением отойстадии является дифференцирова-
ние параметров действующего условного стимула — специализация услов-
ного рефлекса
588
14.1.4. Виды условных рефлексов
По отношению условного сигнала к вызываемой им реакции различают
натуральные и искусственные условные рефлексы.
Натуральными называют условные рефлексы, которые образуются на
раздражители, являющиеся.естественными признаками безусловного сти-
мула, на базе которого они вырабатываются (например, запах мяса при
кормлении им) Натуральные условные рефлексы по сравнению с искусст-
венными отличаются большей легкостью образования и большей прочно-
стью
Искусственными называют условные рефлексыг образующиеся на сти-
мулы, которые обычно не имеют прямого отношения к подкрепляющему
их безусловному стимулу (например, световой раздражитель, подкрепляе-
мый пищей). /
В зависимости от природы рецепторных структур, на которые действу-
ют условные стимулы, различают экстероцептивные, интероцептивные и
проприоцептивные условные рефлексы
Экстероцептивные условные рефлексь^о^р^у^мъ^ на стимулы, воспри-
нимаемые наружными рецепторами тела, составляют основную массу
условнорефлекторных реакций, обеспечивающих адаптивное поведение
животных и человека в условиях изменяющейся внешней среды
-Интероцептивные условные на раздражения
интерорецепторов, обеспечивают физиологические процессы гомеостати-
ческой регуляции функции внутренних органов
Проприоцептивные условные рефлексы, формируемые на раздражение
собственных рецепторов скелетных мышц туловища и -конечностей, со-
ставляют основу всех двигательных навыков животных и человека.
В зависимости от структуры применяемого условного стимула различа-
ют простые и сложные (комплексные) условные рефлексы
В случае простого условного рефлекса в качестве условного стимула ис-
пользуется простой раздражитель (свет, звук и др) В реальных условиях
функционирования организма в качестве условных сигналов выступают,
как правило, не отдельные раздражители, а их временные и пространст-
венные комплексы
В этом случае в качестве условного стимула выступает либо вся окружа-
ющая животное обстановка, либо части ее в виде комплекса сигналов
Одной из разновидностей такого комплексного условного рефлекса яв-
ляется стереотипный условный рефлекс, образуемый на определенный вре-
менной или пространственный комплекс стимулов.
Различают также условные рефлексы, вырабатываемые на одновремен-
ные и последовательные комплексы стимулов, на последовательную цепь
условных раздражителей, разделенных определенным временным проме-
жутком
Следовые условные рефлексы формируются в том случае, когда безуслов-
ный подкрепляющий раздражитель предъявляется лишь после окончания
действия условного стимула
Различают_условные рефлексы первого, второго, третьего и т.д. поряд-
jca. Если условный стимул подкрепляется безусловным, образуется услов-
ный рефлекс первого порядка Условный рефлекс второго порядка образуется,
если условный стимул (например, свет) подкрепляется не безусловным, а
условным раздражителем, на который ранее был образован условный реф-
лек£к._Условные рефлексы второго и более сложного порядка образуются
труднее и отличаются меньшей прочностью.
589
К условным рефлексам второго и более высокого порядка относятся
вырабатываемые на словесный сигнал (слово представляет здесь сигнал,
на который ранее был образован условный рефлекс при подкреплении его
безусловным стимулом).
14.1.5. Торможение условных рефлексов
Функционирование условнорефлекторного механизма базируется на
двух основных нервных процессах: возбуждении и торможении. При этом
по мере становления, упрочения условного рефлекса возрастает роль тор-
мозного процесса.
В зависимости от природы физиологического механизма, лежащего в
основе тормозного эффекта на условнорефлекторную деятельность орга-
низма, различают безусловное (внешнее и запредельное) и условное (внут-
реннее) торможение условных рефлексов.
Внешнее торможение условного рефлекса возникает под действием дру-
гого постороннего условного или безусловного раздражителя. При этом
основная причина подавления условного рефлекса не зависит от самого
тормозимого рефлекса и не требует специальной выработки. Внешнее тор-
можение наступает при первом предъявлении соответствующего сигнала.
Запредельное торможение условного рефлекса развивается либо при
чрезмерно большой силе стимула, либо при низком функциональном со-
стоянии ЦНС, на уровне которого обычные пороговые раздражители при-
обретают характер чрезмерных. Запредельное торможение имеет охраните-
льное значение.
Биологический смысл внешнего торможения условных рефлексов сво-
дится к обеспечению реакции на главный, наиболее важный для организ-
ма в данный момент времени стимул при одновременном подавлении ре-
акции на второстепенный стимул, в качестве которого в этом случае вы-
ступает условный стимул.
Условное (внутреннее) торможение условного рефлекса требует специа-
льной выработки. Поскольку развитие тормозного эффекта связано с ней-
рофизиологическим механизмом образования условного рефлекса, такое
торможение относится к категории внутреннего, а проявления его связаны
с определенными условиями (например, повторное применение условного
стимула без подкрепления).
Биологический смысл внутреннего торможения условных рефлексов
состоит в том, что изменившиеся условия внешней среды (прекращение
подкрепления условного стимула безусловным) требует соответствующего
приспособительного изменения в условнорефлекторном поведении.
Условный рефлекс угнетается, поскольку перестает быть сигналом, пред-
вещающим появление безусловного стимула.
Различают 4 вида внутреннего торможения: угасание, дифференциров-
ка, условный тормоз, запаздывание.
Если условный раздражитель предъявляется без подкрепления без-
условным, то через некоторое время после изолированного применения
условного стимула реакция на него угасает. Такое торможение условного
рефлекса называется угасателъным. Угасание условного рефлекса — это
временное торможение рефлекторной реакции. Оно не означает исчезно-
вение данной рефлекторной реакции. Спустя некоторое время новое
предъявление условного стимула без подкрепления его безусловным вна-
чале вновь приводит к проявлению условнорефлекторной реакции.
590
Если у животного или человека с выработанным условным рефлек-
сом на определенную частоту звукового стимула (например, звук метро-
нома с частотой 50 в секунду) близкие по смыслу раздражители (звук
метронома с частотой 45 или 55 в секунду) не подкреплять безусловным
стимулом, то условнорефлекторная реакция на последние подавляется.
Такой вид внутреннего торможения называют дифференцированным. Оно
лежит в основе многих форм обучения, связанных с выработкой тонких
навыков.
Если условный стимул, на который образован условный рефлекс, при-
меняется в комбинации с некоторым другим стимулом и их комбинация
не подкрепляется безусловным стимулом, наступает торможение условно-
го рефлекса, вызываемого этим стимулом. Этот вид условного торможения
называется условным тормозом.
Запаздывательное торможение наступает тогда, когда подкрепление
условного сигнала безусловным раздражителем осуществляется с большим
опозданием (2—3 мин) по отношению к моменту предъявления условного
раздражителя.
14.1.6. Динамика основных нервных процессов
Основные нервные процессы (возбуждение и торможение) в ЦНС об-
ладают способностью одновременно или последовательно влиять на функ-
циональное состояние соседних зон. Это влияние проявляется в усилении
или ослаблении выработанных условных рефлексов.
Одна из характерных особенностей процесса возбуждения — свойство
его распространения, вовлечения в этот процесс новых областей коры
мозга. Распространение нервного процесса из центрального очага на окру-
жающую зону называется иррадиацией возбуждения. Противоположный
процесс — ограничение зоны очага возбуждения называется концентра-
цией возбуждения. Иррадиация и концентрация нервных процессов состав-
ляют основу индукционных отношений в ЦНС.
Индукцией называется свойство основного нервного процесса (возбуж-
дения и торможения) вызывать вокруг себя и после себя противополож-
ный эффект. Если предъявлять положительный условный сигнал сразу по-
сле действия дифференцировочного раздражителя, вызывающего в зоне
центрального представительства условного стимула тормозное состоя-
ние — дифференцировочное торможение, то наступит усиление условного
рефлекса. Это означает, что тормозной процесс, развивающийся в резуль-
тате действия дифференцировочного раздражителя, вызывает вокруг себя
и после себя состояние повышенной возбудимости. По характеру влияния
различают положительную и отрицательную индукцию, по времени — од-
новременную и последовательную индукцию.
Положительная индукция наблюдается в том случае, когда очаг тормоз-
ного процесса сразу или после прекращения тормозящего стимула создает
в окружающей его зоне область повышенной возбудимости.
Отрицательная индукция имеет место, когда очаг возбуждения создает
вокруг себя и после себя состояние пониженной возбудимости. Функцио-
нальная роль отрицательной индукции заключается в том, что она обеспе-
чивает процесс концентрации условного возбуждения, исключение побоч-
ных реакций на другие возможные раздражения.
Если очаг центрального возбуждения сменяется в следующий момент
времени (после прекращения вызывающего это возбуждение стимула) тор-
591
можснием этой же зоны, то говорят о феномене отрицательной последова-
тельной индукции.
Как правило, скорость процессов иррадиации и концентрации возбуди-
тельного процесса в 2—3 раза больше, чем скорость тормозного процесса.
14.1.7. Типы высшей нервной деятельности
Представление о типологических особенностях нервной системы чело-
века и животных является одним из определяющих в павловском учении
о высшей нервной деятельности (ВИД). Соотношение силы, уравнове-
шенности и подвижности основных нервных процессов определяет ти-
пологию ВИД индивида.
Систематизация типов ВИД основана на оценке трех основных особен-
ностей процессов возбуждения и торможения: силы, уравновешенности и
подвижности, выступающих как результат унаследованных и приобретен-
ных индивидуальных качеств нервной системы. Тип как совокупность
врожденных и приобретенных свойств нервной системы, определяющих
характер взаимодействия организма и среды, проявляется в особенностях
функционирования физиологических систем организма и прежде всего са-
мой нервной системы, ее высших «этажей», обеспечивающих ВНД.
Типы ВНД формируются на основе как генотипа, так и фенотипа. Ге-
нотип формируется в процессе эволюции под влиянием естественного от-
бора, обеспечивая развитие наиболее приспособленных к окружающей
среде индивидов. Под влиянием реально действующих на протяжении ин-
дивидуальной жизни условий внешней среды генотип формирует фенотип
организма.
Современные представления о типах ВНД в значительной степени мо-
гут отождествляться с четырьмя типами человеческого темперамента (хо-
лерический, меланхолический, флегматический, сангвинический), выде-
ленными еще древнегреческим врачом Гиппократом (IV в. до нашей эры)
на основе наблюдения за поведением людей. Сложная комбинация пере-
даваемых по наследству особенностей в сочетании с большим разнообра-
зием индивидуально приобретенного поведения позволяет лишь в самых
общих чертах идентифицировать определенный тип ВНД.
В условнорефлекторной деятельности сила процесса возбуждения опре-
деляется скоростью и прочностью выработки условных рефлексов, сила
процесса торможения находит отражение в скорости и прочности выра-
ботки дифференцировочного и запаздывающего торможения. Подвиж-
ность нервных процессов оценивается в показателях прочности переделки
сигнального значения условных раздражителей (с возбудительного на тор-
мозной и наоборот).
Комбинация этих параметров центрального возбуждения и торможения
образует следующие четыре типа высшей нервной деятельности (схема 14.1).
Сангвинический тип характеризуется достаточной силой и подвижно-
стью возбудительного и тормозного процессов (сильный, уравновешен-
ный, подвижный).
Флегматический тип отличается достаточной силой обоих нервных про-
цессов при относительно низких показателях их подвижности (сильный,
уравновешенный, инертный).
Холерический тип характеризуется высокой силой возбудительного про-
цесса с явным преобладанием его над тормозным и повышенной подвиж-
592
Схема 14.1. Основные типы высшей нервной деятельности
Сильный Слабый
Уравновешенный
Неуравновешенный
Подвижный
Живой
(сангвинический)
Инертный
Спокойный
(флегматический)
♦ ♦
Безудержный Слабый
(холерический) (меланхолический)
ностью, лабильностью основных нервных процессов (сильный, неуравно-
вешенный, безудержный).
Меланхолический тип характеризуется явным преобладанием тормозно-
го процесса над возбудительным и их низкой подвижностью (слабый, не-
уравновешенный, инертный).
Необходимо иметь в виду, что отмеченные выше типы ВНД представ-
ляют собой крайние классические типы, которые в чистом виде либо во-
обще не встречаются, либо встречаются очень редко.
Существенные различия в типологии человека (в отличие даже от вы-
сших животных) обусловлены наличием у него второй сигнальной систе-
мы, его мыслительной творческой деятельностью. На это обстоятельство
обратил внимание еще И. П. Павлов, который предложил применительно
к человеку различать два типа: художественный и мыслительный. Для ху-
дожественного типа характерно образное мышление; познавательные про-
цессы и творческая деятельность преимущественно ориентированы на яр-
кие художественные образы; в общем поведении человека преобладают
стимулы первой сигнальной системы, вызывающие в мозге их яркие обра-
зы. Напротив, у мыслительного типа процессы познания, мышление преи-
мущественно оперируют абстрактными понятиями, определяющими в ин-
дивидуальном поведении становятся сигналы сигналов — стимулы второй
сигнальной системы. Естественно, это два крайних значения в типологии
человека; обычно в индивидуальной типологии человека можно лишь го-
ворить о предрасположенности, большей или меньшей выраженности од-
ного из типов ВНД.
14.2. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ПАМЯТИ
В формировании и осуществлении высших функций мозга важное зна-
чение имеет общебиологическое свойство фиксации, хранения и вос-
произведения информации, объединяемое понятием «память».
Память как основа процессов обучения и мышления включает в себя
четыре тесно связанных между собой процесса: запоминание, хранение, уз-
навание, воспроизведение. На протяжении жизни человека его память ста-
новится вместилищем огромного количества информации: в течение 60
лет, в том числе и активной творческой деятельности, человек способен
воспринять 1013—1016 бит информации, из которой реально используется
не более 5—10 %. Это указывает на значительную избыточность памяти и
593
важное значение не только процессов запоминания, но и процесса забы-
вания. Не все, что воспринимается, переживается или делается человеком,
сохраняется в памяти: значительная часть воспринятой информации со
временем забывается. Забывание проявляется в невозможности узнать,
припомнить что-либо или в виде ошибочного узнавания, припоминания.
Причиной забывания могут стать разные факторы, связанные как с самим
материалом, его восприятием, так и с отрицательными влияниями других
раздражителей, действующих непосредственно вслед за заучиванием. Про-
цесс забывания в значительной мере зависит от биологического значения
воспринимаемой информации, вида и характера памяти. Забывание в ряде
случаев может носить положительный характер, например память на отри-
цательные сигналы, неприятные события.
В результате процесса научения возникают физические, химические и
морфологические изменения в нервных структурах, которые сохраняются
некоторое время и оказывают существенное влияние на осуществляемые ор-
ганизмом рефлекторные реакции. Совокупность таких структурно-функцио-
нальных изменений в нервных образованиях, известная под названием энг-
рамма (след) действующих раздражителей, становится важным фактором,
определяющим все разнообразие приспособительного поведения организма.
Виды памяти классифицируют по форме проявления (образная, эмоци-
ональная, логическая, или словесно-логическая), по временной характе-
ристике, или продолжительности (мгновенная, краткосрочная, долго-
срочная).
Образная память проявляется формированием, хранением и воспроизве-
дением ранее воспринятого образа реального сигнала, его нервной модели.
Под эмоциональной памятью понимают воспроизведение некоторого пере-
житого ранее эмоционального состояния при повторном предъявлении сиг-
нала, вызвавшем первичное возникновение такого эмоционального состоя-
ния. Эмоциональная память характеризуется высокой скоростью и прочно-
стью. В этом, очевидно, главная причина более легкого и устойчивого запо-
минания человеком эмоционально окрашенных сигналов, раздражителей.
Напротив, серая, скучная информация запоминается намного труднее и
быстро стирается в памяти. Логическая (словесно-логическая, семантическая)
память — память на словесные сигналы, обозначающие как внешние объ-
екты и события, так и вызванные ими ощущения и представления.
Мгновенная (иконическая) память заключается в образовании мгновен-
ного отпечатка, .следа действующего стимула в рецепторной структуре.
Этот отпечаток, или соответствующая физико-химическая энграмма
внешнего стимула, отличается высокой информативностью, полнотой
признаков (отсюда и название «иконическая память», т.е. четко прорабо-
танное в деталях отражение) действующего сигнала, но и высокой скоро-
стью угасания (хранится не более 100—150 мс, если не подкрепляется).
Нейрофизиологический механизм иконической памяти, очевидно, заклю-
чается в процессах рецепции действующего стимула и ближайшего после-
действия (когда реальный стимул уже не действует), выражаемого в следо-
вых потенциалах, формирующихся на базе рецепторного электрического
потенциала. Продолжительность и выраженность этих следовых потенциа-
лов определяются как силой действующего стимула, так и функциональ-
ным состоянием воспринимающих мембран рецепторных структур. Стира-
ние следа памяти происходит за 100—150 мс.
Биологическое значение иконической памяти заключается в обеспече-
нии анализаторных структур мозга возможностью выделения отдельных
признаков и свойств сенсорного сигнала, распознавания образа. Икониче-
594
Рис. 14.2. Циркуляция
возбуждения по цепоч-
ке нейронов (1, 4)и по
одному (3, 5) нейрону;
РП — рецептивное
поле.
ская память хранит в себе не только информацию, необходимую для чет-
кого представления о сенсорных сигналах, поступающих в течение долей
секунды, но и содержит несравненно больший объем информации, чем
может быть использован и реально используется на последующих этапах
восприятия, фиксации и воспроизведения сигналов.
При достаточной силе действующего стимула иконическая память пе-
реходит в категорию краткосрочной (кратковременная) памяти.
Краткосрочная память — оперативная память, обеспечивающая выпол-
нение текущих поведенческих и мыслительных операций. В основе ее ле-
жит повторная многократная циркуляция импульсных разрядов по круго-
вым замкнутым цепям нервных клеток (рис. 14.2). Кольцевые структуры
могут быть образованы и в пределах одного и того же нейрона путем воз-
вратных сигналов, образуемых концевыми разветвлениями аксонного от-
ростка на дендритах этого же нейрона. В результате многократного про-
хождения импульсов по этим структурам в последних постепенно образу-
ются стойкие изменения, закладывающие основу последующего формиро-
вания долгосрочной памяти. В кольцевых структурах могут участвовать не
только возбуждающие, но и тормозящие нейроны. Продолжительность
краткосрочной памяти составляет секунды, минуты после непосредствен-
ного действия соответствующего сообщения, явления, предмета. Ревербе-
рационная гипотеза природы краткосрочной памяти допускает наличие
замкнутых кругов циркуляции возбуждения как внутри коры большого
мозга, так и между корой и подкорковыми образованиями (в частности,
таламокортикальные нервные круги), содержащими как сенсорные, так и
гностические (обучаемые, распознающие) нервные клетки. Внутрикорко-
вые и таламокортикальные реверберационные круги как структурная
основа нейрофизиологического механизма краткосрочной памяти образо-
ваны корковыми пирамидными клетками V—VI слоев преимущественно
лобных и теменных областей коры большого мозга.
Участие структур гиппокампа и лимбической системы мозга в кратко-
срочной памяти связано с реализацией этими нервными образованиями
функции различения новизны сигналов и считывания поступающей аффе-
рентной информации на входе бодрствующего мозга. Реализация феноме-
на краткосрочной памяти не связана с существенными химическими и
структурными изменениями в нейронах и синапсах, так как для соответст-
вующих изменений в синтезе матричных (информационных) РНК требу-
ется большее время.
Несмотря на различия гипотез о природе краткосрочной памяти, ис-
ходной их предпосылкой является возникновение непродолжительных об-
ратимых изменений физико-химических свойств мембраны, а также дина-
595
мики медиаторов в синапсах. Ионные токи через мембрану в сочетании с
кратковременными метаболическими сдвигами во время активации си-
напсов могут привести к изменению эффективности синаптической пере-
дачи, длящейся несколько секунд.
Превращение краткосрочной памяти в долгосрочную (консолидация па-
мяти) в общем виде обусловлено наступлением стойких изменений синап-
тической проводимости как результат повторного возбуждения нервных
клеток. По данным нейрофизиологии и нейрохимии, в основе долгосроч-
ной памяти лежат процессы синтеза белковых молекул в клетках головно-
го мозга. В консолидации памяти участвует много факторов, облегчающих
передачу импульсов по синаптическим структурам (усиленное функцио-
нирование определенных синапсов, повышение их проводимости для
адекватных импульсных потоков). Одним из таких факторов может слу-
жить известный феномен посттетанической потенциации (см. главу 4),
поддерживаемый реверберирующими потоками импульсов: раздражение
афферентных нервных структур приводит к достаточно длительному (де-
сятки минут) повышению проводимости мотонейронов спинного мозга.
Это означает, что возникающие при стойком сдвиге мембранного потен-
циала физико-химические изменения постсинаптических мембран, веро-
ятно, служат основой для образования следов памяти, отражающихся в из-
менении белкового субстрата нервной клетки.
Определенное значение в механизмах долгосрочной памяти имеют из-
менения, наблюдающиеся в медиаторных механизмах, обеспечивающих
процесс химической передачи возбуждения с одной нервной клетки на
другую, например взаимодействие медиаторов с рецепторными белками
постсинаптической мембраны и ионами (Na+, К+, Са2+). Динамика транс-
мембранных токов этих ионов делает мембрану более чувствительной к
действию медиаторов. Установлено, что процесс обучения сопровождается
повышением активности фермента холинэстеразы, разрушающей ацетил-
холин, а вещества, подавляющие действие холинэстеразы, вызывают су-
щественные нарушения памяти.
Одной из распространенных химических теорий памяти является гипо-
теза Хидена о белковой природе памяти. По мнению автора, информация,
лежащая в основе долговременной памяти, кодируется, записывается в
структуре полинуклеотидной цепи молекулы. Разная структура импульс-
ных потенциалов, в которых закодирована определенная сенсорная ин-
формация в афферентных нервных проводниках, приводит к разной пере-
стройке молекулы РНК, к специфическим для каждого сигнала перемеще-
ниям нуклеотидов в их цепи. Таким образом, происходит фиксация каж-
дого сигнала в виде специфического отпечатка в структуре молекулы РНК.
Исходя из гипотезы Хидена, можно предположить, что глиальные клетки,
участвующие в трофическом обеспечении функций нейрона, включаются
в метаболический цикл кодирования поступающих сигналов путем изме-
нения нуклеотидного состава синтезирующих РНК. Весь набор вероятных
перестановок и комбинаций нуклеотидных элементов обеспечивает воз-
можность фиксировать в структуре молекулы РНК огромный объем ин-
формации: теоретически рассчитанный ее объем составляет 1015—1020 бит,
что значительно перекрывает реальный объем человеческой памяти. Про-
цесс фиксации информации в нервной клетке находит отражение в синте-
зе белка, в молекулу которого вводится соответствующий следовой отпеча-
ток изменений в молекуле РНК. При этом молекула белка становится чув-
ствительной к специфическому узору импульсного потока, тем самым она
как бы узнает тот афферентный сигнал, который закодирован в этом им-
596
Рис. 14.3. Иммунохимический механизм формирования памяти (по И.П. Ашма-
рину).
КБ — катионные белки, открывающие путь комплексам фрагментов синаптического антиге-
на с РНК через оболочку клетки; Л — клетка глии (аналог лимфоцитов); М — клетка глии
(аналог макрофагов); Н — нейрон; 1, 2, 3 — участки синаптического антигена (зона синтеза
заштрихована); 4 — комплекс фрагмента синаптического антигена с РНК; 5 — антитела для
синапсов. Тонкими линиями изображены мРНК, толстыми — ДНК хромосом.
пульсном паттерне. В результате происходит освобождение медиатора в
соответствующем синапсе, приводящее к передаче информации с одной
нервной клетки на другую в системе нейронов, ответственных за фикса-
цию, хранение и воспроизведение информации.
Возможным субстратом долгосрочной памяти являются некоторые пеп-
тиды гормональной природы, простые белковые вещества, специфический
белок S-100. К таким пептидам, стимулирующим, например, условнореф-
лекторный механизм обучения, относятся некоторые гормоны (АКТГ, со-
матотропин, вазопрессин и др.). Интересная гипотеза об иммунохимиче-
ском механизме формирования памяти, предложенная И.П. Ашмариным,
основана на признании важной роли активной иммунной реакции в кон-
солидации, формировании долгосрочной памяти. Суть этого представле-
ния состоит в следующем: в результате метаболических процессов на си-
наптических мембранах при реверберации возбуждения на стадии форми-
рования краткосрочной памяти образуются вещества, играющие роль ан-
тигена для антител, вырабатываемых в глиальных клетках. Связывание ан-
титела с антигеном происходит при участии стимуляторов образования
медиаторов или ингибитора ферментов, разрушающих, расщепляющих эти
стимулирующие вещества (рис. 14.3).
597
Значительное место в обеспечении нейрофизиологических механизмов
долгосрочной памяти отводится глиальным клеткам, число которых в
центральных нервных образованиях на порядок превышает число нерв-
ных клеток. Предполагают, что на стадии образования и упрочения
условного рефлекса в прилегающих к нервной клетке глиальных клетках
усиливается синтез миелина, который окутывает концевые тонкие раз-
ветвления аксонного отростка и тем самым облегчает проведение по ним
нервных импульсов, в результате чего повышается эффективность синап-
тической передачи возбуждения. В свою очередь стимуляция образования
миелина происходит в результате деполяризации мембраны олигодендро-
цита (глиальной клетки) под влиянием поступающего нервного импуль-
са. Таким образом, в основе долгосрочной памяти могут лежать сопря-
женные изменения в нервно-глиальном комплексе центральных нервных
образований.
Возможность избирательного выключения краткосрочной памяти без
нарушения долгосрочной и избирательного воздействия на долгосрочную
память в отсутствие каких-либо нарушений краткосрочной памяти обычно
рассматривают как свидетельство разной природы нейрофизиологических
механизмов, лежащих в их основе. Косвенным доказательством наличия
определенных различий в механизмах краткосрочной и долгосрочной па-
мяти являются особенности расстройств памяти при повреждении струк-
тур мозга. Так, при некоторых очаговых поражениях мозга (поражение ви-
сочных зон коры, структур гиппокампа) при его сотрясении наступают
расстройства памяти, выражающиеся в потере способности запоминать те-
кущие события или события недавнего прошлого (произошедшие незадол-
го до воздействия, вызвавшего данную патологию) при сохранении памяти
на прежние, давно случившиеся события. Однако ряд других воздействий
оказывает однотипное влияние и на краткосрочную и на долгосрочную
память. По-видимому, несмотря на некоторые заметные различия физио-
логических и биохимических механизмов, ответственных за формирование
и проявление краткосрочной и долгосрочной памяти, в их природе намно-
го больше общего, чем различного. Их можно рассматривать как последо-
вательные этапы единого механизма фиксации и упрочения следовых про-
цессов, протекающих в нервных структурах под влиянием повторяющихся
или постоянно действующих сигналов.
14.3. ЭМОЦИИ
Эмоция — специфическое состояние психической сферы, одна из форм
целостной поведенческой реакции, вовлекающая многие физиологиче-
ские системы и обусловленная как потребностями организма, так и
уровнем возможного их удовлетворения.
Субъективность категории эмоции проявляется в переживании челове-
ком его отношения к окружающей действительности. Эмоции — рефлек-
торные реакции организма на внешние и внутренние раздражения, харак-
теризующиеся ярко выраженной субъективной окраской и включающие
практически все виды чувствительности.
Эмоции не имеют биологической и физиологической ценности, если
организм располагает достаточной информацией для удовлетворения сво-
их желаний, основных своих потребностей. Широта потребностей, а зна-
чит, и разнообразие ситуаций, когда у индивида формируется эмоциона-
598
льная реакция, значительно варьируют. Человек с ограниченными потреб-
ностями реже дает эмоциональные реакции по сравнению с людьми с вы-
сокими и разнообразными потребностями, например с потребностями,
связанными с социальным статусом его в обществе.
Эмоциональное возбуждение как результат определенной мотивацион-
ной деятельности теснейшим образом связано с удовлетворением потреб-
ностей человека: пищевой, защитной и половой. Эмоция как активное
состояние специализированных мозговых структур определяет изменения
в поведении организма в направлении либо минимизации, либо макси-
мизации этого состояния. Мотивационное возбуждение, ассоциируемое с
разными эмоциональными состояниями (жажда, голод, страх), мобилизу-
ет организм к быстрому и оптимальному удовлетворению потребности.
Удовлетворенная потребность реализуется в положительной эмоции, ко-
торая и выступает в качестве подкрепляющего фактора. Эмоции возника-
ют в эволюции в виде субъективных ощущений, позволяющих животно-
му и человеку быстро оценивать как сами потребности организма, так и
действия на него различных факторов внешней и внутренней среды.
Удовлетворенная потребность вызывает эмоциональное переживание по-
ложительного характера и определяет направление поведенческой деяте-
льности. Положительные эмоции, закрепляясь в памяти, выполняют важ-
ную роль в механизмах формирования целенаправленной деятельности
организма.
Эмоции проявляются при недостатке точных сведений и путей дости-
жения жизненных потребностей. Такое представление о природе эмоции
позволяет формировать ее информационную природу в следующей форме
(П. В. Симонов): Э = П (Н — С), где Э — эмоция (определенная количе-
ственная характеристика эмоционального состояния организма, обычно
выражаемая важными функциональными параметрами физиологических
систем организма, например частота сердечных сокращений, артериальное
давление, уровень адреналина в организме и т.д.); П — жизненно важная
потребность организма (пищевые, оборонительные, половые рефлексы),
направленная на выживание индивида и продолжение рода, у человека до-
полнительно еще определяемая социальными мотивами; Н — информа-
ция, необходимая для достижения цели, удовлетворения данной потребно-
сти; С — информация, которой владеет организм и которая может быть
использована для организации целенаправленных действий.
Дальнейшее развитие эта концепция получила в трудах Г И. Косицко-
го, который'предложил оценивать величину эмоционального напряжения
по формуле:
СН = Ц (Ин Вн Эн - Ис Вс Эс),
где СН — состояние напряжения, Ц — цель, Ин, Вн, Эн — необходимые
информация, время и энергия, Ис, Вс, Эс — существующие у организма
информация, время и энергия.
Первая стадия напряжения (CHI) — состояние внимания, мобилизация
активности, повышение работоспособности. Эта стадия имеет тренирую-
щее значение, повышая функциональные возможности организма.
Вторая стадия напряжения (СНП) характеризуется максимальным уве-
личением энергетических ресурсов организма, повышением артериального
давления, увеличением частоты сердцебиений, дыхания. Возникает стени-
ческая отрицательная эмоциональная реакция, имеющая внешнее выраже-
ние в форме ярости, гнева.
599
Третья стадия напряжения (СНШ) — астеническая отрицательная ре-
акция, характеризующаяся истощением ресурсов организма и находящая
свое психологическое выражение в состоянии ужаса, страха, тоски.
Четвертая стадия напряжения (CHIV) — стадия невроза.
Эмоции следует рассматривать как дополнительный механизм активно-
го приспособления организма к окружающей среде при недостатке точных
сведений о способах достижения его целей. Адаптивность эмоциональных
реакций подтверждается тем обстоятельством, что они вовлекают в уси-
ленную деятельность лишь те органы и системы, которые обеспечивают
лучшее взаимодействие организма и окружающей среды. На это же обсто-
ятельство указывает резкая активация во время эмоциональных реакций
симпатического отдела вегетативной нервной системы, обеспечивающей
адаптационно-трофические функции организма. В эмоциональном состо-
янии наблюдается значительное повышение интенсивности окислитель-
ных и энергетических процессов в организме.
Эмоциональная реакция есть суммарный результат как величины
определенной потребности, так и возможности удовлетворения этой по-
требности в данный момент. Незнание средств и путей достижения цели
представляется источником сильных эмоциональных реакций, при этом
растет чувство тревоги, навязчивые мысли становятся неодолимыми. Так,
эмоциональное ощущение страха характерно для человека, если он не
располагает средствами возможной защиты от опасности. Ощущение
ярости возникает у человека, когда он желает сокрушить противника, то
или иное препятствие, но не располагает соответствующей силой (ярость
как проявление бессилия). Человек испытывает горе (соответствующая
эмоциональная реакция), когда он не имеет возможности восполнить
утрату.
Знак эмоциональной реакции можно определить по формуле П. В. Си-
монова. Отрицательная эмоция возникает в случае, когда Н > С и, напро-
тив, положительная эмоция ожидается, когда Н < С. Так, человек испы-
тывает радость при избытке у него информации, необходимой для дости-
жения цели, когда цель оказывается ближе, чем мы думали (источник
эмоции — неожиданное приятное сообщение, неожиданная радость).
В теории функциональной системы П. К. Анохина нейрофизиологиче-
ская природа эмоций связывается с представлениями о функциональной
организации приспособительных действий животных и человека на осно-
ве понятия об «акцепторе действия». Сигналом к организации и функци-
онированию нервного аппарата отрицательных эмоций служит факт рас-
согласования «акцептора действия» — афферентной модели ожидаемых
результатов с афферентацией о реальных результатах приспособительного
акта.
Эмоции оказывают существенное влияние на субъективное состояние
человека: в состоянии эмоционального подъема более активно работает
интеллектуальная сфера организма, человека посещает вдохновение, по-
вышается творческая активность. Эмоции, особенно положительные, иг-
рают большую роль в качестве мощных жизненных стимулов для сохране-
ния высокой работоспособности и здоровья человека. Все это дает основа-
ние считать, что эмоция — состояние высшего подъема духовных и физи-
ческих сил человека.
Представление об эмоциях как целостной системе организации центра-
льных нервных структур определяет важное значение в ее реализации та-
ких структур мозга, как гиппокамп, гипоталамус, миндалина, лобные от-
делы коры большого мозга.
600
14.4. СОН И ГИПНОЗ
14.4.1. Сон
Сон — жизненно необходимое периодическое функциональное состоя-
ние, характеризующееся специфическими электрофизиологическими,
соматическими и вегетативными проявлениями.
Периодическое чередование естественного сна и бодрствования отно-
сится к так называемым циркадианным ритмам и во многом определяется
суточным изменением освещенности. Человек примерно треть своей жиз-
ни проводит во сне, что обусловило давний и пристальный интерес иссле-
дователей к этому состоянию.
Теории механизмов сна. Согласно концепции 3. Фрейда, сон — это состо-
яние, в котором человек прерывает сознательное взаимодействие с внеш-
ним миром во имя углубления в мир внутренний, при этом внешние раз-
дражения блокируются. Биологической целью сна является отдых.
Гуморальная концепция основную причину наступления сна объясняет
накоплением продуктов метаболизма во время периода бодрствования.
Большую роль в индуцировании сна имеют специфические пептиды, на-
пример пептид «дельта-сна».
Теория информационного дефицита основной причиной наступления
сна полагает ограничение сенсорного притока. В наблюдениях на добро-
вольцах в процессе подготовки к космическому полету было выявлено, что
сенсорная депривация (резкое ограничение или прекращение притока
сенсорной информации) приводит к наступлению сна.
Тесным образом с этой концепцией связана теория нервных центров
сна. Впервые Гесс показал, что стимуляция определенных зон гипоталаму-
са или ретикулярной формации может вызвать сон (рис. 14.4).
По определению И. П. Павлова и многих его последователей, естест-
венный сон представляет собой разлитое торможение в корковых и под-
корковых структурах, прекращение контакта с внешним миром, угашение
афферентной и эфферентной активности, отключение на период сна
условных рефлексов, а также развитие общей и частной релаксации. Со-
временные физиологические исследования не подтвердили наличия раз-
литого торможения. Так, при микроэлектродных исследованиях обнаруже-
на высокая степень активности нейронов во время сна практически во
всех отделах коры большого мозга. Из анализа паттерна этих разрядов был
сделан вывод, что состояние естественного сна представляет иную органи-
зацию активности головного мозга, отличающуюся от активности мозга в
состоянии бодрствования.
Интересные результаты были получены при проведении полиграфиче-
ских исследований во время ночного сна: в течение всей ночи непрерыв-
но на многоканальном регистраторе фиксировали электрическую актив-
ность мозга — электроэнцефалограмму (ЭЭГ) в различных точках син-
хронно с регистрацией быстрых (БДГ) и медленных (МДГ) движений
глаз и электромиограммы скелетных мышц, а также ряд вегетативных по-
казателей — деятельность сердца, пищеварительного тракта, дыхание,
температуру и др.
ЭЭГ во время сна. Открытие Азеринским и Клейтманом явления «бы-
строго», или «парадоксального», сна, во время которого были обнаруже-
ны быстрые движения глазных яблок (БДГ) при закрытых веках и общей
полной мышечной релаксации, послужило основанием для современных
601
исследований физиологии сна. Оказалось, что сон представляет собой
совокупность двух чередующихся фаз: «медленного», или «ортодоксаль-
ного», сна и «быстрого», или «парадоксального», сна. Название этих фаз
сна обусловлено характерными особенностями ЭЭГ: во время «медленно-
го» сна регистрируются преимущественно медленные волны, а во время
«быстрого» сна — быстрый бета-ритм, характерный для бодрствования
человека, что и дало основание называть эту фазу «парадоксальным»
сном.
На основании электроэнцефалографической картины сон подразделяют
на несколько стадий.
▲ Стадия I — дремота, процесс погружения в сон. Для этой стадии харак-
терна полиморфная ЭЭГ, исчезновение альфа-ритма. В течение ночного
сна эта стадия обычно непродолжительна (1—7 мин). Иногда можно на-
блюдать медленные движения глазных яблок, при этом быстрые их дви-
жения полностью отсутствуют.
д Стадия II характеризуется появлением на ЭЭГ так называемых сонных
веретен (12—18 в 1 с) и вертекс-потенциалов, двухфазовых волн с ампли-
тудой около 200 мкВ на общем фоне электрической активности амплиту-
дой 50—75 мкВ, а также К-комплексов (вертекс-потенциал с последую-
щим «сонным веретеном»). Эта стадия является наиболее продолжитель-
ной из всех; она может занимать около 50 % времени всего ночного сна.
Движения глаз не наблюдаются.
▲ Стадия III характеризуется наличием К-комплексов и ритмической ак-
тивностью (5—9 в 1 с) и появлением медленных, или дельта-волн (0,5—4
в 1 с) с амплитудой выше 75 мкВ. Суммарная продолжительность дель-
та-волн в этой стадии занимает от 20 до 50 % от всей III стадии. Отсутст-
вуют движения глаз. Довольно часто эту стадию сна называют дель-
та-сном.
▲ Стадия IV — стадия «быстрого», или «парадоксального», сна характери-
зуется наличием десинхронизированной смешанной активности на ЭЭГ:
быстрые низкоамплитудные ритмы (по этим проявлениям напоминает
стадию I и активное бодрствование — бета-ритм), которые могут чередо-
ваться с низкоамплитудными медленными и с короткими вспышками
альфа-ритма, пилообразными разрядами, БДГ при закрытых веках.
Ночной сон обычно состоит из 4—5 циклов, каждый из которых начи-
нается с первых стадий «медленного» сна и завершается «быстрым» сном.
Длительность цикла у здорового взрослого человека относительно стаби-
льна и составляет 90—100 мин. В первых двух циклах преобладает «мед-
ленный» сон, в последних — «быстрый», а «дельта»-сон резко сокращен и
даже может отсутствовать.
Продолжительность «медленного» сна составляет 75—85 %, а «парадок-
сального» — 15—25 % от общей продолжительности ночного сна.
Мышечный тонус во время сна. На протяжении всех стадий «медленно-
го» сна тонус скелетных мышц прогрессивно падает.
Вегетативные сдвиги во время сна весьма разнообразны. При «медлен-
ном» сне урежаются работа сердца и частота дыхания, по мере углубления
«медленного» сна может быть частичная обструкция верхних дыхательных
путей и появление храпа. Секреторная и моторная функции пищеварите-
льного тракта по мере углубления «медленного» сна уменьшаются. Темпе-
ратура тела перед засыпанием снижается, и по мере углубления «медлен-
ного» сна это снижение прогрессирует. Полагают, что снижение темпера-
602
туры тела может являться одной из причин наступления сна. Пробуждение
сопровождается повышением температуры тела.
В «быстром» сне частота сердцебиений может превышать частоту серд-
цебиений в бодрствовании, возможно возникновение различных форм
аритмий и значительное изменение АД. Дыхание нерегулярное, нередко
возникает длительное апноэ. Секреторная и моторная активность пищева-
рительного тракта практически отсутствует. Для стадии «быстрого» сна ха-
рактерно наличие эрекции полового члена и клитора, которая наблюдает-
ся с рождения.
Функциональное значение отдельных стадий сна различно. В настоя-
щее время сон в целом рассматривают как активное состояние, как фазу
суточного (циркадианного) биоритма, выполняющую адаптивную функ-
цию. Во сне происходит восстановление объемов кратковременной памя-
ти, эмоционального равновесия, нарушенной системы психологических
защит.
Во время «дельта»-сна происходит организация информации, поступив-
шей в период бодрствования с учетом степени ее значимости. Предполага-
ют, что во время «дельта»-сна происходит восстановление физической и
умственной работоспособности, что сопровождается мышечной релакса-
цией и приятными переживаниями; важным компонентом этой компенса-
торной функции является синтез белковых макромолекул, в том числе в
ЦНС, которые в дальнейшем используются во время «быстрого» сна.
Сон и психическая деятельность, сновидения. При засыпании утрачива-
ется волевой контроль за мыслями, нарушается контакт с реальностью и
формируется так называемое регрессивное мышление. Оно возникает при
уменьшении сенсорного притока и характеризуется наличием фантастиче-
ских представлений, диссоциацией мыслей и образов, отрывочных сцен.
Возникают гипнагогические галлюцинации, которые представляют собой
серии зрительных застывших образов (типа слайдов); при этом субъектив-
но время течет значительно быстрее, чем в реальном мире. В «дельта»-сне
возможны разговоры во сне. Напряженная творческая деятельность резко
увеличивает продолжительность «быстрого» сна.
Первоначально было установлено, что сновидения возникают в фазе
«быстрого» сна. Позднее было показано, что сновидения характерны и для
«медленного» сна, особенно для стадии «дельта»-сна. Причины возникно-
вения, характер содержания, физиологическая значимость сновидений
давно привлекали внимание исследователей. У древних народов сновиде-
ния были окружены мистическими представлениями о потусторонней
жизни и отождествлялись с общением с умершими. Содержанию сновиде-
ний приписывались функции толкований, предсказаний или предписаний
к последующим действиям или событиям. Множество исторических па-
мятников свидетельствует о значительном влиянии содержания сновиде-
ний на бытовую и социально-политическую жизнь людей практически
всех древних культур.
В античную эпоху истории человечества сновидения интерпретирова-
лись также в их связи с активным бодрствованием и эмоциональными по-
требностями. Сон, как определял Аристотель, является продолжением ду-
шевной жизни, которой живет человек и в бодрствующем состоянии. За-
долго до психоанализа 3. Фрейда Аристотель полагал, что сенсорная функ-
ция редуцируется во сне, уступая чувствительности сновидений к эмоцио-
нальным субъективным искажениям.
И.М. Сеченов называл сновидения «небывалыми комбинациями быва-
лых впечатлений».
603
Сновидения видят все люди, однако многие их нс помнят. Полагают,
что в одних случаях это связано с особенностями механизмов памяти у
конкретного лица, а в других — это является своеобразным механизмом
психологической защиты. Происходит как бы вытеснение неприемлемых
по содержанию сновидений, т. е. мы «стараемся забыть».
Физиологическое значение сновидений заключается в том, что в снови-
дениях используется механизм образного мышления для решения проб-
лем, которые не удалось решить в бодрствовании с помощью логического
мышления. Ярким примером может служить известный случай с
Д.И. Менделеевым, который «увидел» структуру своей периодической си-
стемы элементов во сне.
Сновидения являются механизмом своеобразной психологической за-
щиты — примирения нерешенных конфликтов в бодрствовании, снятия
напряжения и тревоги. Достаточно вспомнить пословицу «утро вечера
мудренее». При решении конфликта во время сна происходит запомина-
ние сновидений, в противном случае сновидения вытесняются или возни-
кают сновидения устрашающего характера — «снятся одни кошмары».
Эмоциональная окраска сновидений у мужчин и женщин различается.
Как правило, в сновидениях мужчины более агрессивны, в то время как у
женщин в содержании сновидений большое место занимают сексуальные
компоненты.
Сон и эмоциональный стресс. Исследования показали, что эмоциона-
льный стресс существенно влияет на ночной сон, изменяя продолжитель-
ность его стадий, т.е. нарушая структуру ночного сна, и изменяет содер-
жание сновидений. Наиболее часто при эмоциональном стрессе отмеча-
ют сокращение периода «быстрого» сна и удлинение латентного периода
засыпания. У испытуемых перед экзаменом сокращалась общая продол-
жительность сна и отдельных его стадий. У парашютистов перед сложны-
ми прыжками увеличиваются период засыпания и первая стадия «мед-
ленного» сна.
14.4.2. Гипноз
Гипноз — от греч. hypnos — сон. Однако, пожалуй, это единственное,
что объединяет эти два понятия. Гипноз по своей сущности резко отли-
чается от состояния естественного сна.
Гипноз — особое состояние человека, вызываемое искусственно, с по-
мощью внушения и отличающееся избирательностью реагирования, повы-
шенной восприимчивостью к психологическому воздействию гипнотизи-
рующего и к понижению восприимчивости к другим влияниям.
Различают несколько стадий гипноза.
▲ Стадия гипноидности сопровождается мышечным и психическим рас-
слаблением, миганием и закрыванием глаз.
▲ Стадия легкого транса, для которой характерна каталепсия конечностей,
т.е. конечности могут длительное время находиться в необычном поло-
жении.
▲ Стадия среднего транса, при которой возникают амнезия, изменения
личности; возможны простые гипнотические внушения.
▲ Стадия глубокого транса характеризуется полным сомнамбулизмом,
фантастическими внушениями.
604
Теории гипноза. Согласно теории частичного сна, созданной школой
И.П. Павлова, гипноз рассматривают как искусственно вызванный час-
тичный сон. В эксперименте на животных или в клинических наблюдени-
ях на людях условнорефлекторным путем в головном мозге испытуемых
создавали так называемый сторожевой центр, или очаг активного стойкого
возбуждения, через который осуществлялся контакт с гипнотизером.
Остальные зоны коры были заторможены. Активность «сторожевого цент-
ра» вполне достаточна для связи гипнотизера и пациента, однако эта связь
осуществляется на подсознательном уровне и недостаточна для осознания
пациентом реальной ситуации.
Согласно этой теории, гипнотическое состояние подразделяется на
три фазы: 1) уравнительную, в которую все раздражители независимо от
их интенсивности действуют одинаково; 2) парадоксальную, когда слабый
раздражитель оказывает эффект, в то время как сильный раздражитель
не действует; 3) ультрапарадоксальную, когда возникает ответ на дейст-
вие стимулов, на которые организм в состоянии бодрствования не реаги-
рует.
Теория психоанализа, предложенная школой 3. Фрейда, во главу угла
ставит взаимоотношения гипнотизера и гипнотизируемого («сумасше-
ствие вдвоем»). Гипнотизер играет роль всемогущего родителя; «гипно-
тизер бессознательно желает магической власти и господства над па-
циентом». У гипнотизера возникает парадоксальная ситуация: одно-
временная потребность в близости и ощущение необходимости в дистан-
ции.
Восприимчивость к гипнозу. Оценка степени восприимчивости к гип-
нотическому воздействию затрудняется вследствие отсутствия объектив-
ных критериев оценки глубины транса. Считают, что восприимчивость к
гипнозу зависит от того, насколько индивидуум способен «включать в
себя» внешний стимул, сделать его частью своего «я». Определенное зна-
чение в восприимчивости к гипнозу имеют взаимоотношения гипноти-
зера и гипнотизируемого. Каждый «играет» ту роль, которую он выбрал
для себя, и получает то, что хотел. При этом существенную роль играют
личность, известность, социальный престиж и соответствующая внеш-
ность гипнотизера. Восприимчивость к гипнозу резко возрастает в боль-
ших группах, при этом усиливает гипнотическое воздействие «эффект
толпы».
Техника гипноза. С больным проводят подготовительную беседу, опре-
деляют уровень образования, культуры, социальный статус. Проводят тес-
ты, определяющие степень внушаемости пациента, после чего осуществ-
ляют собственно гипнотическое воздействие.
Применение гипноза в лечебных целях может проводиться в различных
направлениях. Различают терапию посредством гипноза и терапию под
гипнозом. В терапии посредством гипноза различают два подхода: первый
предложен школой И.П. Павлова и включает в себя «снятие симптомов»
путем словесного внушения, гипнотический сон; второй — школой
3. Фрейда и представляет собой метод «перестройки» личности («замеще-
ние» симптомов).
В терапии под гипнозом используют метод прямого внушения для изме-
нения поведения; метод «катарсиса», с помощью которого проявляются
подавленные, «вытесненные» эмоции, что позволяет выявить происхожде-
ние различных психосоматических расстройств; метод гипноанализа, с по-
мощью которого под гипнозом происходят активация симптомов и их по-
следующий анализ в бодрствовании или под гипнозом.
605
14.5. ОСНОВЫ ПСИХОФИЗИОЛОГИИ
14.5.1. Нейрофизиологические основы психической
деятельности
Основой психического мира являются сознание, мышление, интеллек-
туальная деятельность человека, представляющие собой высшую форму
адаптивного поведения. Психическая деятельность — это качественно
новый, более высокий, чем условнорефлекторное поведение, уровень
высшей нервной деятельности, свойственный человеку.
В развитии психического мира человека как эволюционизирующей
формы отражения можно выделить следующие стадии.
• Стадия элементарной сенсорной психики — отражение отдельных свойств
предметов, явлений окружающего мира в форме ощущений. В отличие от
ощущений восприятие — результат отражения предмета в целом и вместе
с тем нечто все еще более или менее расчлененное (это начало построе-
ния своего «Я» как субъекта сознания). Более совершенной формой кон-
кретно-чувственного отражения действительности, формируемой в про-
цессе индивидуального развития организма, является представление.
Представление — образное отражение предмета или явления, проявляю-
щееся в пространственно-временной связи составляющих его признаков
и свойств. В нейрофизиологической основе представлений лежат цепи
ассоциаций, сложные временные связи.
• Стадия формирования интеллекта и сознания, реализующаяся на осно-
ве возникновения целостных осмысленных образов с пониманием свое-
го «Я» в этом мире, своей как познавательной, так и созидательной твор-
ческой деятельности. Психическая деятельность человека, наиболее
полно реализующая этот высший уровень психики, определяется не то-
лько количеством и качеством впечатлений, осмысленных образов, и по-
нятий, но и существенно более высоким уровнем потребностей, выходя-
щим за пределы чисто биологических потребностей. Человек желает уже
не только «хлеба», но и «зрелищ» и соответствующим образом строит
свое поведение. Его действия становятся как следствием получаемых
впечатлений и порождаемых ими мыслей, так и средством активного их
добывания. Соответствующим образом меняется в эволюции и соотно-
шение объемов корковых зон, обеспечивающих сенсорные, гностиче-
ские и логические функции в пользу последних.
Психическая деятельность человека состоит не только в построении бо-
лее сложных нервных моделей окружающего мира (основа процесса по-
знания), но и в производстве новой информации, разных форм творчест-
ва. Несмотря на то что многие проявления психического мира человека
оказываются оторванными от непосредственных стимулов внешнего мира
и кажутся не имеющими под собой реальных объективных причин, нет со-
мнения, что начальными, запускающими их факторами являются вполне
детерминированные явления и предметы. Эта идея, высказанная И.М. Се-
ченовым в виде тезиса «все акты сознательной и бессознательной деятель-
ности человека по способу происхождения — суть рефлексы», остается об-
щепризнанной.
Субъективность психических процессов заключается в том, что они яв-
ляются свойством индивидуального организма, не существуют и не могут
606
существовать вне конкретного индивидуального мозга с его перифериче-
скими нервными окончаниями и нервными центрами и не являются абсо-
лютно точной зеркальной копией окружающего нас реального мира.
Простейшим психическим элементом в работе мозга является ощуще-
ние. Оно служит тем элементарным актом, который, с одной стороны, свя-
зывает нашу психику с внешним воздействием, а с другой — является эле-
ментом сложных психических процессов. Ощущение — это осознанная ре-
цепция, т.е. в акте ощущения присутствует определенный элемент созна-
ния и самосознания.
Ощущение возникает как результат пространственно-временного рас-
пределения паттерна возбуждения, однако для исследователей еще непре-
одолимым представляется переход от знания пространственно-временной
картины возбужденных и заторможенных нейронов к самому ощущению
как нейрофизиологической основе психики. Переход от поддающегося
физико-химическому анализу нейрофизиологического процесса к ощуще-
нию есть основной феномен элементарного психического акта, феномен
сознания.
В этом плане понятие «психическое» представляется как осознанное
восприятие действительности, уникальный механизм развития процесса
естественной эволюции, механизм трансформации нейрофизиологических
механизмов в категории сознания субъекта. Психическая деятельность че-
ловека во многом обусловлена способностью отвлекаться от реальной дей-
ствительности и осуществлять переход от непосредственных чувственных
восприятий к воображаемой действительности («виртуальная» реальность).
Человеческая способность представить себе возможные последствия своих
действий — высшая форма абстрагирования, которая недоступна живот-
ному. Ярким примером может служить поведение обезьяны в лаборатории
И.П. Павлова: животное каждый раз гасило горевший на плоту огонь во-
дой, которую оно приносило в кружке из находившегося на берегу бака,
хотя плот находился в озере и со всех сторон был окружен водой.
Высокий уровень абстракции в явлениях психического мира человека
определяет трудности в решении кардинальной проблемы психофизиоло-
гии — нахождении нейрофизиологических коррелятов психического, ме-
ханизмов превращения материального нейрофизиологического процесса в
субъективный образ. Основная трудность в объяснении специфических
особенностей психических процессов на основе физиологических меха-
низмов деятельности нервной системы заключается в недоступности пси-
хических процессов прямому изучению. Психические процессы тесней-
шим образом связаны с физиологическими, но не сводятся к ним.
Вторая сигнальная система. Для обеспечения несравненно более высо-
кого уровня абстрагирования у человека появляется и развивается вторая
сигнальная система: устная и письменная речь. Если даже у высших жи-
вотных выработка условных рефлексов третьего и четвертого порядка
представляется достаточно трудной задачей, то у человека слово в виде
условного обозначения, знака, не имеющего реального объективного од-
нозначного физического содержания в виде предметов и явлений материа-
льного мира, становится достаточно сильным и прочным стимулом. Одно
и то же явление или предмет на разных языках обозначаются словами,
имеющими разное звучание и написание.
В основе психической деятельности лежат не элементарные процессы
возбуждения и торможения, а системные, объединяющие многие одновре-
менно протекающие в мозге процессы анализа и синтеза в интегрирован-
ное целое. Психическая деятельность — функция целостного мозга, когда
607
на основе интеграции многих нейрофизиологических механизмов мозга
возникает новое качество — психика. При этом нервная модель стимула
есть не что иное, как нейрофизиологическая основа формирования субъек-
тивного образа. Субъективный образ возникает на базе нервных моделей
при декодировании информации и сравнении ее с реально существующим
материальным объектом.
В настоящее время установлены следующие корреляции между различ-
ными проявлениями психической деятельности и нейрофизиологически-
ми показателями работы мозга:
• «волны ожидания» на ЭЭГ, которые регистрируются в ответ на сигнал,
предупреждающий о предстоящей команде к действию;
• поздние компоненты вызванного потенциала, ассоциируемые с корко-
выми механизмами оценки смыслового содержания сенсорных сигналов;
• мозговые коды психической деятельности в виде определенных паттер-
нов импульсной активности нейронов.
При мультиклеточном отведении импульсных реакций корковых ней-
ронов установлена специфичность паттернов импульсных потенциалов
нервных клеток и нейронных ансамблей не только в отношении физиче-
ских (акустических) сигналов, но и семантического (смыслового) содержа-
ния воспринимаемых слов (Н.П. Бехтерева).
Психической деятельности человека эволюционно предшествуют неко-
торые элементы психического поведения у высших животных. К ним от-
носится психонервная деятельность, направляемая воспроизведением обра-
зов предыдущего опыта, основанная на образном поведении животного,
когда основным действенным стимулом для запускания какого-либо пове-
денческого акта становится не сам реальный объективный стимул окружа-
ющей среды, а «нейронный» образ этого стимула, сформировавшийся в
нервных центрах. Поведенческие акты, определяемые психонервной дея-
тельностью, возникают при воспроизведении образа жизненно важного
объекта, приводящего к удовлетворению какой-либо органической по-
требности животного и человека. Например, в случае индивидуального
пищевого поведения таким конечным объектом является пища. Воспроиз-
веденный «образ» пищи проецируется в определенном месте внешней сре-
ды и служит стимулом для движения животного к данному месту подобно
тому, как это происходит, когда действительно пища располагается в этом
месте. На определенном этапе формирования «психического» образа пищи
он оказывается более сильным стимулом, чем реальная пища: животное
подбегает к месту, ассоциируемому животным с пищей, но в действитель-
ности не содержащей ее.
Форма поведения животных и человека, определяемая образами, харак-
теризуется тем, что при помощи проецируемых в мозге образов внешних
объектов у индивида устанавливаются пространственные отношения как
между этими объектами, так и между собой и ними. Психонервная актив-
ность интегрирует элементы внешней среды в одно целое переживание,
производящее целостный образ. Такое воспроизведение образа может про-
исходить и спустя длительное время после начального восприятия жиз-
ненно важной ситуации. Иногда образ может удерживаться всю жизнь без
повторного его воспроизведения. Образ фиксируется в памяти и извлека-
ется оттуда для удовлетворения господствующей биологической потребно-
сти в данный момент. В отличие от классических условных рефлексов, ко-
торые требуют повторяемости, психонервный образ формируется сразу по-
сле одной реализации поведенческого акта.
608
Нервным субстратом, ответственным за образное отражение, очевид-
но, является система звездчатых нейронов с аксонами, образующими си-
наптические связи как с другими звездчатыми нейронами, так и через
возвратные контакты с этим же звездчатым нейроном. При восприятии
внешнего мира временная связь между воспринимающими сенсорную
информацию звездчатыми нейронами коры большого мозга устанавли-
вается сразу при первом одновременном или последовательном воз-
буждении нервных клеток, образующих проекцию данного предмета, яв-
ления.
Другую форму сложных поведенческих реакций, связанных с психиче-
ской сферой деятельности организма и прямо не сводимой к обычным
условнорефлекторным реакциям, представляют экстраполяционные реф-
лексы, основанные на способности животных и человека к прогнозиро-
ванию событий, оценке, предвидению результатов своей деятельности в
будущем.
Экстраполяционная, или рассудочная, деятельность — это способность
организма, наблюдая за течением важного события, улавливать законо-
мерность его протекания. В результате, когда наблюдение прерывается,
организм экстраполирует, т.е. мысленно продолжает ход события, соответ-
ствующим образом строя свое поведение без специальной процедуры обу-
чения.
Экстраполяционная, или рассудочная, деятельность проявляется как
генетически детерминированная врожденная способность использовать
приобретенный в течение жизни опыт в новой, незнакомой среде. Харак-
терное свойство элементарной рассудочной деятельности заключается в
способности организма улавливать простейшие эмпирические законы,
связывающие предметы и явления окружающей среды, оперировать ими
при построении и реализации программ поведения в новых ситуациях.
У человека эта способность развита в наибольшей степени и является од-
ной из физиологических предпосылок, обеспечивающих возможность
творческой деятельности. Экстраполяционная деятельность является
важным объективным подходом к изучению элементарной рассудочной
деятельности.
Важнейшим элементом экстраполяции является опережение, предвос-
хищение будущих событий как специализированная форма отражения
действительности. Возможная природа феномена опережающего отраже-
ния в структурах мозга, ответственных за высшие формы психической де-
ятельности, по мнению П.К. Анохина, связана с разной скоростью проте-
кания последовательных процессов в окружающей среде и структурах моз-
га, обеспечивающих процесс отражения этой последовательности внеш-
них явлений. Поскольку скорость процессов, протекающих в мозге, на не-
сколько порядков выше, чем скорость процессов эволюции в окружающей
среде, при достаточной длине последовательных событий на выходе систе-
мы возможно (в отражающих структурах мозга) образование модели пред-
мета окружающей среды раньше, чем это явление действительно возника-
ет в окружающем мире. Естественно, для этого надо достаточно четко и
верно экстраполировать действительный ход движения динамического по-
следовательного процесса окружающей среды.
Функция опережающего отражения, лежащего в основе формирования
сложных целенаправленных поведенческих актов, в значительной степени
управляется лобными отделами коры большого мозга. С их участием ассо-
циируется функция опережения, направленная на обеспечение сложных,
но не закрепленных долгим обучением динамичных стереотипов.
609
14.5.2. Психофизиология процесса принятия решения
Вся жизнь человека состоит из принятия решений, непрерывной после-
довательности операций выбора, при этом человек постоянно сталкива-
ется с проблемой выбора между несколькими способами поведения.
Принятие решения становится обязательным моментом в жизни, пове-
дении человека: с момента рождения и до самой смерти он оказывается
постоянно в состоянии необходимости принять те или иные решения,
одни из которых осуществляются автоматически на подсознательном
уровне, другие становятся предметом длительного раздумья, выбора одно-
го из возможных вариантов.
Процесс принятия решения — производное неопределенности ситуации, в
которой оно совершается. При полной определенности, когда отсутствует
возможность для альтернативных действий в сущности и нет никакой
проблемы: решение принимается однозначно, автоматически, часто даже
не затрагивая сферу сознания. Процесс выбора становится проблемой
лишь тогда, когда в системе человек — окружающая среда присутствует
неопределенность применительно к осуществлению действий, направлен-
ных на достижение определенной цели.
Чем больше степень этой неопределенности, тем меньше оснований
для однозначного решения и тем более вероятностным оно становится.
Мозг возмещает дефицит информации использованием более тонкого и
сложного аппарата оценки вероятности того или иного события. Такое
усложнение работы мозга, связанное с увеличением количества логиче-
ских операций, требует большего времени для принятия решения. Поэто-
му усиление элементов неопределенности ситуации неизбежно приводит к
усилению величины латентного периода реакции. С увеличением числа
дифференцируемых сигналов возрастает неопределенность проблемной
ситуации, в которой выполняется процедура принятия решения и как
следствие увеличивается время реакции.
Познание психофизиологической основы интегративной деятельности
высших отделов ЦНС, обеспечивающих процессы мышления, невозможно
без установления физиологических механизмов принятия решения как уз-
лового момента любой формы целенаправленного поведения. Процесс
принятия решения является универсальным принципом анализа, синтеза
и переработки в центральных нервных образованиях входной сенсорной
информации и формирования выходной реакции. Принятие решения —
ключевой акт в деятельности любой достаточно сложной биологической
системы, функционирующей в реальных условиях внешней среды, нашед-
ший свое кульминационное развитие и совершенствование в различных
формах проявления высшей нервной деятельности.
Суть процесса принятия решения сводится к нескольким моментам:
восприятию и обработке афферентной информации, формированию поля
альтернатив (набор возможных вариантов для последующего выбора),
сравнительной оценке альтернативных действий в целях осуществления
рационального выбора и собственно выбору — кульминации решении
проблемы. Такое представление подтверждает гипотезу о принятии реше-
ния как неизбежном итоге интегративного процесса, когда из множества
альтернатив организм стремится выбрать одну, единственную, наилучшим
образом обеспечивающую решение стоящей перед ним задачи. Рассматри-
вая побудительные причины того или иного решения, следует отметить,
что не может быть решения вообще, решения, не направленного на ка-
610
кой-то определенный эффект, не имеющий определенной цели. Выбор
при принятии решения в значительной мерс обусловлен текущей мотива-
цией. Выяснение нейрофизиологических механизмов, лежащих в основе
операции выбора в альтернативной ситуации, направлено на дальнейшее
углубление знаний о природе восприятия и переработки информации в
коммуникационных системах мозга. Восприятие, отбор, фиксация и изв-
лечение из памяти соответствующей информации, сравнительный анализ
биологической значимости сигналов, выбор и реализация конкретного
пути распространения возбуждения в нервных сетях, формирование эффе-
рентных командных сигналов, поступающих к эффекторным органам, —
все это важнейшие компоненты сложного процесса принятия решения.
В информационных процессах, ассоциируемых с интеллектуальной твор-
ческой деятельностью человека, широко используется оперативный меха-
низм принятия решения.
В процессе принятия решения различаются две принципиально различ-
ные фазы: I) генерация разнообразия, в которой из универсального много-
образия действий выбирается класс возможных допустимых путей реше-
ния, удовлетворяющих условиям решаемой задачи и 2) ограничение этого
разнообразия с целью отбора единственного варианта действия. Структуру
и последовательность действий, характеризующих механизм принятия ре-
шения, обычно представляют в виде некоторого древовидного процесса, в
котором по мере решения проблемы — принятия решения в широком
смысле этого слова, отсекаются бесперспективные ветви. Такими бесперс-
пективными ветвями являются действия, приводящие к повторяемости
промежуточного результата, нарушению условий задачи и т.д.
Степень уверенности лица, принимающего решение при выборе опре-
деленной альтернативы, определяется величиной субъективной вероятно-
сти этого альтернативного действия. Эти субъективные вероятности осно-
ваны на трех эмпирически выведенных постулатах: 1) люди обычно пере-
оценивают встречаемость событий, имеющих низкую вероятность, и недо-
оценивают встречаемость событий, характеризующихся высокими значе-
ниями вероятности; 2) люди считают, что событие, не наступившее в тече-
ние некоторого времени, имеет большую вероятность наступления в бли-
жайшем будущем; 3) люди переоценивают вероятность благоприятных для
них событий и недооценивают вероятность неблагоприятных.
Различают два основных способа принятия решения: алгоритмический
и эвристический. Алгоритмический способ принятия решения предполагает
наличие у лица, принимающего решение, значительной информации о
проблемной ситуации. Алгоритмический способ принятия решения сво-
дится к построению совокупности правил, следуя которым, автоматически
достигается верное решение, т.е. имеется высокая гарантия верного реше-
ния проблемы.
При эвристическом способе получение верного результата при значи-
тельном дефиците информации о проблемной ситуации не гарантируется,
однако лицо, принимающее решение, используя различные эвристические
приемы, может найти рациональное решение. Эвристические приемы со-
кращают область поиска при решении сложной проблемы и хотя и не луч-
шим образом, но все же удовлетворительно обеспечивают решение стоя-
щих перед человеком проблем в течение достаточно короткого промежут-
ка времени.
Динамический характер интегральной оценки на клеточном уровне ор-
ганизации нервной системы проявляется в использовании в разных усло-
виях функционирования и в различных комбинациях одних и тех же ней-
611
ронов. Такой динамизм клеточных механизмов интеграции и выбора опре-
деляется особенностями сенсорного входа центрального нейрона, вариа-
бельностью его рецептивного поля. Мотивационные влияния избиратель-
но повышают возбудимость только тех нейронов и потенцируют только те
рецептивные поля, которые когда-либо использовались в поведенческих
актах. Обстановочная афферентация также модифицирует активацию ре-
цептивных полей центральных нейронов. Сами мотивационные и обста-
новочные влияния, определяющие «предпусковую интеграцию» нейрон-
ного механизма принятия решения, не активируют центральные нейроны.
Возбуждение последних происходит лишь на основе конвергенции на
нервной клетке детонаторных влияний, определяемых функциональной
организацией и топографией активируемых синапсов.
Конвергенция на одном нейроне разных сенсорных потоков свидетель-
ствует о том, что нервная клетка является достаточно сложным интегриру-
ющим образованием, реализующим процесс принятия решения в виде ге-
нерации отдельного потенциала действия или определенной временной
последовательности потенциалов. Обеспечение целенаправленной дея-
тельности системы на основе процесса принятия решения немыслимо без
оценки эффективности произведенного действия, что в кибернетических
системах осуществляется при помощи обратной связи. Структурную осно-
ву такой обратной связи в нейронных структурах образуют коллатерали
аксонов, поставляющих корковым и подкорковым нейронам точные ко-
пии эфферентных возбуждений.
Согласно теории функциональной системы П.К. Анохина, принятие
решения означает перевод одного системного физиологического процесса
(афферентный синтез) в другой (программа действия). Этот механизм об-
разует критический момент интегративной деятельности, когда разнооб-
разные комбинации физиологических возбуждений, формируемых в цент-
ральных проекционных зонах мозга под влиянием соответствующих сен-
сорных потоков, преобразуются в эфферентные потоки импульсов — обя-
зательные исполнительные команды. В понятиях кибернетики нервной
системы процесс принятия решения означает освобождение организма от
чрезвычайно большого количества степеней свободы, выбор и реализацию
лишь одной из них.
Временные характеристики нейронных механизмов, обеспечивающих
процесс принятия решения, находят отражение в компонентах вызванного
потенциала. Процесс принятия решения по времени (100—300 мс в разных
сенсорных системах) соответствует длительности нейрофизиологического
механизма восприятия и переработки сенсорной информации, идентифи-
цируемого по первичному ответу вызванного потенциала. Более поздние
компоненты вызванного потенциала ассоциируются с функционировани-
ем исполнительных механизмов.
С помощью нейрофизиологических и клинических исследований уста-
новлено, что лобные доли мозга являются основным нервным субстратом,
осуществляющим принятие решения при реализации целесообразных про-
извольных форм деятельности человека (А.Р. Лурия). Поражение лобных
долей мозга, не затрагивающее физиологические процессы на входе систе-
мы (восприятие информации), приводит к существенным нарушениям
процесса выбора альтернативного действия.
Усложнение проблемной ситуации приводит к достоверному увеличе-
нию числа функциональных связей различных зон коры большого мозга, к
формированию фокуса повышенной активности во фронтальных областях
мозга. Активация теменных зон коры мозга наблюдается на заключитель-
612
ных этапах процесса принятия решения, построения адекватной модели
ситуации. Высокая неопределенность проблемной ситуации находит отра-
жение в разной интенсивности роста функциональных связей корковых
зон (по сравнению с фоновым состоянием). При снижении неопределен-
ности в случае предъявления испытуемому дополнительной информации
наблюдается концентрация нейронной активности в лобных и затылочных
(для зрительной информации), в лобных и височных (для слуховой ин-
формации) областях коры большого мозга. Это свидетельствует о том, что
в основе нейрофизиологического процесса принятия решения лежат взаи-
модействия первичных проекционных зон анализаторов и лобных долей
мозга, играющих роль ведущего интегративного центра в коре мозга.
14.5.3. Сознание
Процесс сознания как заключительный этап процесса познания пред-
ставляет собой многоэтапный психофизиологический феномен воспри-
ятия, переработки и создания новой информации, на каждом из этапов
которого складываются определенные формы детерминации, причинно-
следственной связи информационных процессов.
Элементы сознания представлены на схеме 14.2.
Сложные формы интегративной деятельности мозга человека сводятся
к непрерывному анализу элементов внешнего мира и последующему син-
тезу их в виде целостного восприятия.
Тем самым осуществляется приспособительное поведение на основе
достаточно точного отражения окружающей действительности в сознании
человека.
Схема 14.2. Структуры сознания
613
Сознание человека — способность отделения себя («я») от других лю-
дей и окружающей среды («не я»), адекватного отражения действительно-
сти. Сознание базируется на коммуникации между людьми, развивается
по мере приобретения индивидуального жизненного опыта и связано с ре-
чью. На базе потребностей, как биологических, так и социальных, форми-
руются подсознание (автоматизированные, неосознаваемые навыки и
формы поведения), сознание (знания, передаваемые другим индивидуу-
мам), сверхсознание (творческая активность, интуитивное поведение).
Социальный аспект сознания заключается в том, что сознание выступа-
ет в качестве способности к такой переработке знания, которая обеспечи-
вает направленную передачу информации от одного лица к другому в виде
абстрактных символов речи как главного средства межличностной комму-
никации.
Речь здесь выступает как материальная форма коммуникационного ас-
пекта сознания. Сознание — знание, которое может быть передано и стать
достоянием других членов общества с помощью слов, художественных произ-
ведений и т. д. Для осознания явлений и предметов как окружающей сре-
ды, так и внутренней жизни человека, необходимо участие речевых зон
коры большого мозга, связь гностических зон новой коры с моторной ре-
чевой областью в левом полушарии (у правшей ).
Сознание отличается от более низко организованных форм психической
деятельности выделением своего собственного «я» из окружающего мира.
К сфере подсознания относится все то, что осознаваемо или может
быть осознаваемым в определенных условиях. Это хорошо автоматизиро-
ванные, глубоко усвоенные (интериоризированные) навыки. К подсозна-
нию относится и интуиция, которая не связана с порождением новой ин-
формации, предполагает лишь использование ранее накопленного опыта.
В процессе эволюции подсознание возникает как средство защиты созна-
ния от лишней работы, избыточной нагрузки.
Судя по характеру биоэлектрической активности, различия между осо-
знанными и неосознаваемыми реакциями (протекают на уровне подсозна-
ния) заключаются в степени глобальности активации мозга и зависят от
количества вовлеченных в реакцию структур мозга.
Общебиологическая роль подсознательной обработки информации за-
ключается в первичной фильтрации огромного количества входной ин-
формации: на уровне подсознания, например, протекает рефлекторная ре-
гуляция деятельности внутренних органов человека. Пока человек здоров,
нет необходимости переводить интероцептивную информацию в сферу со-
знательной деятельности. Поэтому человек «ощущает» свои внутренние
органы лишь в случае формирования в них некоторого патологического
процесса; в состоянии нормы для физиологической регуляции внутренних
органов достаточно уровня автоматизированных подсознательных рефлек-
торных реакций. Подключение сознания обычно достигается активацией
большого количества корковых структур, вызываемой возбуждением рети-
кулярной формации мозгового ствола.
Установлено, что структуры мезэнцефалической ретикулярной форма-
ции характеризуются мощным влиянием, активирующим сознание. Мини-
мальный период активации мозговых структур для осознанного восприя-
тия сигнала составляет 100—300 мс.
Сверхсознание как источник образования новой информации, гипотез,
открытий составляет основу высшего этапа творческого процесса. Его
нейрофизиологический механизм заключается в трансформации следов
памяти, родственных образов и понятий, порождении на основе их ассо-
614
циации новых комбинаций, тем самым создание новых временных связей,
порождаемых аналогией, законами логики (жесткой однозначной до мно-
гозначной, вероятностной или даже размытой). При этом неосознавае-
мость творческой интуиции является средством защиты мыслительной де-
ятельности от преждевременного вмешательства сознания, от давления ра-
нее накопленного консервативного опыта.
Таким образом, сознание является результатом нейрофизиологических
процессов, происходящих в достаточно обширных областях мозга (кора
большого мозга, таламокортикальные структуры, лимбическая система,
ретикулярная формация ствола мозга).
14.5.4. Мышление
Мышление — высшая ступень человеческого познания, процесс отраже-
ния в мозге окружающего реального мира, основанный на двух принци-
пиально различных психофизиологических механизмах: образовании и
непрерывном пополнении запаса понятий, представлений и выводе но-
вых суждений и умозаключений.
Мышление позволяет получить знание о таких объектах, свойствах и
отношениях окружающего мира, которые не могут быть непосредственно
восприняты при помощи первой сигнальной системы. Формы и законы
мышления составляют предмет рассмотрения логики, а психофизиологи-
ческие механизмы — соответственно психологии и физиологии.
Мыслительная деятельность человека неразрывно связана со второй
сигнальной системой. В основе мышления различают два процесса: пре-
вращение мысли в речь (письменную или устную) и извлечение мысли,
содержания из определенной его словесной формы сообщения. Мысль —
форма обобщенного абстрагированного отражения действительности, обу-
словленного некоторыми мотивами, специфический процесс интеграции
определенных представлений, понятий в конкретных условиях социально-
го развития. Поэтому мысль как элемент ВНД представляет собой резуль-
тат общественно-исторического развития индивида с выдвижением на пе-
редний план языковой формы переработки информации.
Творческое мышление человека связано с образованием все новых поня-
тий. Слово как сигнал сигналов обозначает динамичный комплекс конкрет-
ных раздражителей, обобщенных в понятии, выраженном данным словом и
имеющим широкий контекст с другими словами, с другими понятиями.
В течение жизни человек непрерывно пополняет содержание формирую-
щихся у него понятий расширением контекстных связей используемых им
слов и словосочетаний. Любой процесс обучения, как правило, связан с
расширением значения старых и образованием новых понятий.
Словесная основа мыслительной деятельности во многом определяет
характер развития, становления процессов мышления у ребенка, проявля-
ется в формировании и совершенствовании нервного механизма обеспече-
ния понятийного аппарата человека на базе использования логических за-
конов умозаключений, рассуждений. Первые речедвигательные временные
связи появляются к концу первого года жизни ребенка; в возрасте 9—
10 мес слово становится одним из значимых элементов сложного стимула,
но еще не выступает в качестве самостоятельного стимула. Соединение
слов в последовательные комплексы, в отдельные смысловые фразы на-
блюдается на втором году жизни ребенка.
615
Глубина мыслительной деятельности, определяющая умственные осо-
бенности и составляющая основу человеческого интеллекта, во многом
обусловлена развитием обобщающей функции слова. В становлении обоб-
щающей функции слова у человека различают несколько этапов интегра-
тивной функции мозга. На первом этапе слово замещает чувственное вос-
приятие определенного предмета (явление, событие), обозначаемого им.
На этой стадии каждое слово выступает в качестве условного знака одного
конкретного предмета; в слове не выражена его обобщающая функция,
объединяющая все однозначные предметы этого класса. Например, слово
«кукла» для ребенка означает конкретно ту куклу, которая есть у него, но
не куклу в витрине магазина. Эта стадия приходится на конец 1-го — на-
чало 2-го года жизни.
На втором этапе слово замещает несколько чувственных образов, объе-
диняющих однородные предметы. Слово «кукла» для ребенка становится
обобщающим обозначением различных кукол, которых он видит. Такое
понимание и использование слова происходит к концу 2-го года жизни.
На третьем этапе слово заменяет ряд чувственных образов разнородных
предметов. У ребенка появляется понимание обобщающего смысла слов:
например, слово «игрушка» для ребенка обозначает и куклу, и мяч, и ку-
бик, и др. Такой уровень оперирования словами достигается на 3-м году
жизни. Наконец, четвертый этап интегративной функции слова, характе-
ризуемый словесными обобщениями второго-третьего порядка, формиру-
ется на 5-м году жизни ребенка (он понимает, что слово «вещь» обознача-
ет интегрирующие слова предыдущего уровня обобщения, такие как «иг-
рушка», «книга», «одежда» и др.).
Этапы развития интегративной обобщающей функции слова как со-
ставного элемента мыслительных операций тесно связаны с периодами
развития познавательных способностей. Первый, начальный период при-
ходится на этап развития сенсомоторных координаций (ребенок в возра-
сте 1,5—2 лет). Следующий — период предоперационального мышления
(возраст 2—7 лет) определяется развитием языка: ребенок начинает ак-
тивно использовать сенсомоторные схемы мышления. Третий период ха-
рактеризуется развитием когерентных операций: у ребенка развивается
способность к логическим рассуждениям с использованием конкретных
понятий (возраст 7—11 лет). К началу этого периода в поведении ребенка
начинают преобладать словесное мышление, активация внутренней речи
ребенка. Наконец, последний, завершающий этап развития познаватель-
ных способностей — это период формирования и реализации логических
операций на основе развития элементов абстрактного мышления, логики
рассуждений и умозаключений (11 — 16 лет). В возрасте 15—17 лет в
основном завершается формирование нейро- и психофизиологических
механизмов мыслительной деятельности. Дальнейшее развитие ума, ин-
теллекта достигается за счет количественных изменений; все основные
механизмы, определяющие сущность человеческого интеллекта, уже
сформированы.
Поиски однозначных, достаточно обоснованных корреляций между
уровнем умственных способностей человека, глубиной мыслительных про-
цессов и соответствующими структурами мозга все еще остаются малоус-
пешными. Даже такой, казалось бы, интегральный и объективный показа-
тель, как масса головного мозга, не является определяющим. Так, многие
выдающиеся умы отличались значительными различиями в общей массе
мозга (мозг И.С. Тургенева весил 2012 г, И.П. Павлова — 1653 г, Д.И. Мен-
делеева — 1571 г).
616
14.6. ВТОРАЯ СИГНАЛЬНАЯ СИСТЕМА
В процессе эволюции животного мира на этапе развития вида Homo sa-
piens произошло качественное изменение системы сигнализации, обес-
печивающее адаптивное поведение. Оно обусловлено появлением вто-
рой сигнальной системы — возникновением и развитием речи, суть ко-
торой заключается в том, что во второй сигнальной системе человека
сигналы приобретают новое свойство условности — преобразуются в
знаки в прямом смысле этого слова.
В первой сигнальной системе все формы поведения, включая способы
и средства взаимного общения, базируются исключительно на непосредст-
венном восприятии действительности и реакции на натуральные раздра-
жители. Первая сигнальная система обеспечивает формы конкретно-чув-
ственного отражения. При этом вначале в организме формируется ощуще-
ние отдельных свойств, предметов, явлений, воспринимаемых соответст-
вующими рецепторными образованиями. На следующем этапе нервные
механизмы ощущений усложняются, на их основе возникают другие, бо-
лее сложные формы отражения — восприятия. И только с возникновени-
ем и развитием второй сигнальной системы появляется возможность осу-
ществления абстрактной формы отражения — образование понятий, пред-
ставлений.
В отличие от условных рефлексов животных, отражающих окружающую
действительность с помощью конкретных слуховых, зрительных и других
сенсорных сигналов, раздражители второй сигнальной системы отражают
окружающую действительность с помощью обобщающих, абстрагирующих
понятий, выражаемых словами. В то время как животные оперируют лишь
образами, формируемыми на основе непосредственно воспринимаемых
сигнальных раздражителей, человек с его развитой второй сигнальной сис-
темой оперирует не только образами, но и связанными с ними мыслями,
осмысленными образами, содержащими семантическую (смысловую) ин-
формацию. Раздражители второй сигнальной системы в значительной сте-
пени опосредованы мыслительной деятельностью человека.
Физическая структура знака не зависит от объекта, который он обозна-
чает. Одно и то же явление, предмет, мысль могут быть выражены с помо-
щью различных звукосочетаний и на разных языках. Словесные сигналы
совмещают в себе два свойства: смысловое (содержание) и физическое
(звучание в устной речи, очертание букв и слов — в письменной). С помо-
щью слова осуществляется переход от чувственного образа первой сигна-
льной системы к понятию второй сигнальной системы.
Существенное отличие словесных сигналов от естественных сигналов
первой сигнальной системы обусловлено особенностями лежащих в их
основе безусловных раздражителей. У животных биологическое значение
воспринимаемых сигналов обусловлено только характером последующего
подкрепления, при этом связь между новым сигнальным раздражителем и
подкрепляющим его раздражителем каждый раз вырабатывается заново.
Сигнальное значение слова определяется всем коллективным опытом лю-
дей, пользующихся данной системой словесных знаков. Таким образом,
информация, содержащаяся в самих словах, связана не с природой сигна-
лизации явлений и предметов реальной действительности, а с отраженной,
преломленной человеческим сознанием деятельностью.
Умение использовать знаковую систему языка позволяет человеку опе-
рировать осознанными понятиями об окружающей среде и представлять
617
любой предмет, любую ситуацию в форме мысленных моделей. Способ-
ность оперировать абстрактными понятиями, выражаемыми произнесен-
ными или написанными словами, служит основой мыслительной деятель-
ности и составляет сущность высшей формы абстрактно-обобщенного от-
ражения окружающей действительности. Оперирование речью (устной или
письменной) дает человеку огромные преимущества в адаптивно-приспо-
собительном поведении, в познании и рациональном использовании окру-
жающей природы.
Функция речи включает в себя способность не только кодировать, но и
декодировать данное сообщение при помощи соответствующих условных
знаков, сохраняя при этом его содержательное смысловое значение. В от-
сутствие такого информационного моделирующего изоморфизма стано-
вится невозможным использование этой формы общения в межличност-
ной коммуникации Так, люди перестают понимать друг друга, если они
пользуются разными кодовыми элементами (разные языки, недоступные
всем участвующим в общении лицам) Такое же взаимное непонимание
наступает и в том случае, если в одни и те же речевые сигналы закладыва-
ется разное смысловое содержание.
Система символов, используемая человеком, отражает наиболее важ-
ные перцептивные и символические структуры в системе коммуникации.
Следует заметить, что овладение языком существенно дополняет способ-
ность к восприятию окружающего мира на базе первой сигнальной сис-
темы, составляя тем самым ту «чрезвычайную прибавку», о которой гово-
рил И.П Павлов, отмечая принципиально важное различие в содержа-
нии ВНД человека по сравнению с животными.
Слова как форма передачи мысли образуют единственную реально на-
блюдаемую основу речевой деятельности. Смысл слов определяется струк-
турой и объемом памяти, информационным тезаурусом индивида Смыс-
ловая структура языка содержится в информационном тезаурусе субъекта
в форме определенного семантического кода, преобразующего соответст-
вующие физические параметры словесного сигнала в его семантический
кодовый эквивалент. При этом устная речь служит в качестве средства не-
посредственного прямого общения, письменная позволяет накапливать
знания, информацию и выступает в качестве средства опосредованного во
времени и пространстве общения.
В нейрофизиологических исследованиях речевой деятельности показа-
но, что при восприятии слов, слогов и их сочетаний в импульсной актив-
ности нейронных популяций мозга человека формируются специфические
паттерны с определенной пространственной и временной характеристи-
кой. Использование разных слов и частей слов (слоги) в специальных
опытах позволяет дифференцировать в электрических реакциях централь-
ных нейронов как физические (акустические), так и смысловые компо-
ненты мозговых кодов психической деятельности.
Наличие информационного тезауруса индивида и его активное влияние
на процессы восприятия и переработки сенсорной информации являются
существенным фактором, объясняющим неоднозначную интерпретацию
входной информации в разные временные моменты и в разном функцио-
нальном состоянии человека Для выражения любой смысловой структуры
существует множество разнообразных форм представлений, например
предложений. Известная фраза1 «Он встретил ее на поляне с цветами», —
допускает три разных смысловых понятия (цветы у него в руках, у нее в
руках, цветы на поляне) Одни и те же слова, словосочетания также могут
означать разные явления, предметы (бор, ласка, коса и др.).
618
Рис. 14.5. Локализация цен-
тральных частей анализатора
словесных сигналов в коре
большого мозга человека
Центр Брока (1), центр артику-
ляции речи (2), центр контроля
движения руки при письме (3),
центр анализа речи (4), центр
Вернике (5), центр письменных
словесных сигналов (6), центр
зрительного анализатора (7)
Языковая форма коммуникации как ведущая форма обмена информа-
цией между людьми, ежедневное использование языка, где лишь немногие
слова имеют точный однозначный смысл, во многом способствует разви-
тию у человека интуитивной способности мыслить и оперировать неточны-
ми размытыми понятиями (в качестве которых выступают слова и слово-
сочетания — лингвистические переменные) Человеческий мозг в процес-
се развития его второй сигнальной системы, элементы которой допускают
неоднозначные отношения между явлением, предметом и его обозначени-
ем, приобрел замечательное свойство, позволяющее человеку действовать
разумно и достаточно рационально в условиях вероятностного, «размыто-
го» окружения, значительной информационной неопределенности. Это
свойство основано на способности манипулировать неточными количест-
венными данными, «размытой» логикой в противоположность формаль-
ной логике и классической математике, имеющим дело только с точными,
однозначно определенными причинно-следственными отношениями. Та-
ким образом, развитие высших отделов мозга приводит не только к воз-
никновению принципиально новой формы восприятия, передачи и пере-
работки информации в виде второй сигнальной системы, но и принци-
пиально новой формы мыслительной деятельности, построении умоза-
ключений на базе использования многозначной логики. Человеческий
мозг оперирует «размытыми», неточными терминами, понятиями, качест-
венными оценками легче, чем количественными категориями, числами.
По-видимому, постоянная практика использования языка с его вероятно-
стным отношением между знаком и его денотатом (обозначаемое им явле-
ние или предмет) послужила прекрасной тренировкой для человеческого
ума в манипулировании нечеткими понятиями. Именно «размытая» логи-
ка мыслительной деятельности человека, основанная на функции второй
сигнальной системы, обеспечивает ему возможность эвристического реше-
ния многих сложных проблем, которые невозможно решать обычными ал-
горитмическими методами
Функция речи осуществляется определенными структурами коры боль-
шого мозга Двигательный центр речи, обеспечивающий устную речь, изве-
стный как центр Брока, расположен у основания нижней фронтальной из-
вилины (рис 14.5) При повреждении этого участка мозга наблюдаются
расстройства двигательных реакции, обеспечивающих устную речь
Акустический центр речи (центр Вернике) находится в области задней
трети верхней височной извилины и в прилегающей части — надкраевой
619
извилине. Повреждение этих областей приводит к потере способности по-
нимать смысл услышанных слов. Оптический центр речи расположен в уг-
ловой извилине; поражение этого участка мозга лишает возможности уз-
навать написанное.
Левое полушарие ответственно за развитие отвлеченного логического
мышления, связанного с преимущественной обработкой информации на
уровне второй сигнальной системы. Правое полушарие обеспечивает вос-
приятие и переработку информации преимущественно на уровне первой
сигнальной системы.
Несмотря на указанную определенную левополушарность локализации
центров речи в структурах коры большого мозга, следует отметить, что на-
рушения функции второй сигнальной системы обычно наблюдаются и при
поражении многих других структур коры и подкорковых образований.
Функционирование второй сигнальной системы определяется работой це-
лостного мозга.
Среди наиболее распространенных нарушений функции второй сигналь-
ной системы различают агнозию — потерю свойства узнавания слов (зри-
тельная агнозия наступает при поражении затылочной зоны, слуховая агно-
зия — при повреждении височных зон коры большого мозга), афазию — на-
рушение речи, аграфию — нарушение письма, амнезию — забывание слов.
Слово как основной элемент второй сигнальной системы превращается
в сигнал сигналов в результате процесса обучения и общения ребенка со
взрослыми. Слово как сигнал сигналов, с помощью которого осуществляют-
ся обобщение и абстракция, характеризующие человеческое мышление,
стало той исключительной особенностью ВНД, которая обеспечивает не-
обходимые условия прогрессивного развития человеческого индивидуума.
Способность произносить и понимать слова развивается у ребенка в ре-
зультате ассоциации определенных звуков — слов устной речи. Пользуясь
языком, ребенок меняет способ познания: на смену чувственного (сенсор-
ный и моторный) опыта приходит оперирование символами, знаками.
Обучение уже не требует обязательного собственного чувственного опыта,
оно может происходить опосредованно с помощью языка; чувства и дейст-
вия уступают место слову.
В качестве комплексного сигнального раздражителя слово начинает
формироваться во второй половине первого года жизни ребенка. По мере
роста и развития ребенка, пополнения его жизненного опыта расширяется
и углубляется содержание используемых им слов. Основная тенденция
развития слова заключается в том, что оно обобщает большое количество
первичных сигналов и, отвлекаясь от их конкретного разнообразия, делает
заключенное в нем понятие все более абстрактным.
Высшие формы абстракции в сигнальных системах мозга обычно ассо-
циируются с актом художественной, творческой деятельности человека в
мире искусства, где продукт творчества выступает как одна из разновидно-
стей кодирования и декодирования информации. Еще Аристотель подчер-
кивал неоднозначный вероятностный характер информации, содержащей-
ся в художественном произведении. Как и всякая другая знаковая сигна-
льная система, искусство имеет свой специфический код, обусловленный
историческими и национальными факторами. В плане общения информа-
ционная функция искусства позволяет людям обмениваться мыслями и
опытом, дает возможность человеку приобщиться к историческому и на-
циональному опыту других, далеко отстоящих и во временном, и в про-
странственном отношении от него людей. Лежащее в основе творчества
знаковое или образное мышление осуществляется путем ассоциаций, ин-
620
туитивных предвосхищений. С этим, видимо, связано и то обстоятельство,
что многие авторы художественных произведений, художники и писатели
обычно приступают к созданию произведения искусства в отсутствие
предварительных четких планов, когда неясной представляется им конеч-
ная форма продукта творчества, воспринимаемого другими людьми далеко
не однозначно. Источником многогранности, многозначности такого ху-
дожественного произведения служат недосказанность, дефицит информа-
ции, особенно для читателя, зрителя в плане понимания произведения ис-
кусства. Об этом говорил Э.Хемингуэй, сравнивая художественное произ-
ведение с айсбергом: лишь небольшая часть его видна на поверхности
(и может восприниматься всеми более или менее однозначно), большая и
существенная часть скрыта под водой, что предоставляет зрителю и чита-
телю широкое поле для воображения.
14.7. ПРИНЦИП ВЕРОЯТНОСТИ И «РАЗМЫТОСТИ»
В ВЫСШИХ ИНТЕГРАТИВНЫХ ФУНКЦИЯХ МОЗГА
Эффективность адаптивного поведения человека в значительной степе-
ни обусловлена уникальной способностью его мозга предвидеть, прогно-
зировать наступление определенных событий, а значит, соответствую-
щим образом подготовиться к ним. Образование условного рефлекса —
один из ведущих приемов формирования приспособительного поведе-
ния животного и человеческого организма — представляет собой физио-
логический феномен преобразования неопределенной информации в
определенную, т.е. реакцию на уменьшение неопределенности в среде.
Прогнозирование на основе прошлого опыта не может быть абсолют-
ным, прогнозирование всегда носит вероятностный характер. Под вероят-
ностным прогнозированием понимается предвосхищение будущего, осно-
ванное на усвоении вероятностной структуры прошлого опыта и восприя-
тии информации о реально существующей ситуации. На основе вероятно-
стного прогноза осуществляется подготовка к таким действиям, которые в
наибольшей степени способствуют достижению цели.
Способность к вероятностному прогнозу является результатом эволю-
ции живых организмов в условиях вероятностно организованной среды.
Прогнозы живого организма направлены на оптимизацию результатов его
действий. Поскольку в естественных условиях организм сталкивается с
множеством различных случайных воздействий, для построения рацио-
нального прогноза необходима соответствующая статистическая обработка
этих сигналов. Современные теории вероятностного обучения основаны
на представлении о предсказании статистических закономерностей и вы-
боре оптимальных стратегий поведения при обучении субъекта распозна-
ванию вероятностной структуры раздражителей.
Поведенческие реакции организма в соответствии с вероятностным
прогнозом позволяют ему резко уменьшить число ошибочных реакций,
следовательно, являются эффективным средством активного приспособле-
ния к окружающей среде.
В условиях неопределенного прогноза организм выполняет работу по
подготовке к нескольким возможным действиям. Это соответствует ориен-
тировочной реакции организма на неопределенность ситуации. Чем боль-
ше неопределенность прогноза, тем больше физиологических систем вы-
нужден подготовить к действию организм, тем более сильную ориентиро-
621
вочную реакцию мы наблюдаем. Напротив, условнорефлекторную реак-
цию следует рассматривать как ответ, организуемый на базе индивидуаль-
ного опыта человека и позволяющий прогнозировать появление в буду-
щем некоторой определенной ситуации. Условнорефлекторная реакция
организма проявляется всегда в ситуации определенного прогноза, ориен-
тировочная реакция — в условиях неопределенного прогноза.
Характерной особенностью многих приобретаемых навыков является
то, что они формируются в условиях стохастической внешней среды, ког-
да вероятность одновременного наступления во времени и в пространстве
двух разных стимулов почти всегда меньше единицы, и тем не менее через
некоторое время в центральных нервных структурах, отвечающих за опре-
деленные поведенческие реакции, формируется функциональная связь.
Это в полной мере относится к механизму образования условного рефлек-
са, наиболее распространенной ситуацией образования которого в реаль-
ных условиях жизни живого организма является положение, когда вероят-
ность подкрепления условного стимула безусловным почти никогда не до-
стигает единицы, а сама последовательность подкрепляемых условных
стимулов носит случайный характер.
Вероятностный компонент реакции занимает значительное место на
всех этапах условнорефлекторного акта, состоящего из ряда последовате-
льно протекающих процессов в периферических, афферентно-эфферент-
ных и центральных ассоциативных системах.
Вероятностная природа закономерностей формирования условнореф-
лекторной деятельности хорошо проявляется в опытах с нерегулярным
подкреплением условного стимула безусловным. Результаты образования
условных рефлексов, выработанных на раздражения, подкрепленные сте-
реотипно или стохастически, указывают на отсутствие сколько-нибудь су-
щественных различий в скорости формирования этих приспособительных
ответов. В экспериментах по выработке двигательных условных рефлексов
с частичным подкреплением установлено, что рефлекс вырабатывается
тем лучше, чем выше вероятность подкрепления условного раздражителя
безусловным.
Решение многих задач повседневной жизни человека, связанных с хра-
нением и воспроизведением информации, как правило, происходит при
нечетких условиях, в ситуациях, недоступных точному количественному
описанию. Одним из перспективных методических подходов к анализу и
познанию неточно определенных, трудноформализуемых систем является
теория «размытых» множеств и «размытых» алгоритмов, представляющая
собой логическое развитие концепции вероятностного детерминизма яв-
лений и процессов в сложных и сверхсложных системах. Теория «размы-
тых» множеств и «размытых» алгоритмов в сущности является попыткой
создания концептуальной основы для оперирования «размытыми» поняти-
ями, «размытыми» представлениями в количественном или квазиколиче-
ственном плане.
В жизни человека число проблем, решаемых с большой точностью, на-
много меньше, чем тех, которые могут решаться лишь приблизительно.
Неопределенность в системе, известная под названием «размытость», иг-
рает существенную роль в человеческом сознании, так как большинство
явлений реального мира являются размытыми, одни в большей, другие в
меньшей степени. Умение правильно решать неформализуемые пробле-
мные ситуации в основном обусловлено способностью человеческого моз-
га оперировать неколичественными терминами, нечеткими понятиями.
Оперирование нечеткими понятиями является не слабостью, а силой, од-
622
ним из самых больших приобретений человека, возникших в процессе
эволюции живого мира. Решение, принятое приблизительно, грубо, но во-
время, предпочтительнее вывода, который взвешен, выверен, вычислен,
но отстал от событий. Человек наращивает нечеткость понятий, когда же-
лает проявить осторожность и не делать опрометчивых суждений. Усиле-
ние расплывчатости — часто используемый людьми прием, когда другими
способами вообще невозможно решение стоящей перед ним задачи.
Принцип «размытости» лежит в основе многих форм сознательной ин-
теллектуальной деятельности, в особенности в процессах распознавания
образов, в логических операциях мышления, в устной и письменной речи
и др. Видимо, вопросы точной оценки, абсолютного измерения имеют
скорее теоретическое значение, а в практической деятельности человека
необходима лишь приблизительная оценка ситуации, отдельных составля-
ющих ее компонентов. Мозг человека допускает такую неточность, коди-
руя информацию, достаточную для решения задачи элементами теории
«размытых» множеств, при помощи которых он лишь приблизительно
оценивает исходные данные.
В повседневной жизни человек постоянно сталкивается с ситуациями,
когда стратегия его поведения не может, а возможно, и не нуждается в
точной регламентации. Об этом хорошо сказал Н. Винер, подчеркнувший,
что главное из преимуществ человеческого мозга перед вычислительной
машиной заключается в его способности оперировать нечетко очерченны-
ми понятиями. Если бы человек использовал для решения проблемных
ситуаций точные алгоритмы, то во многих случаях его работа сделалась бы
невозможной, так как решение сложных информационных задач при по-
мощи таких алгоритмов требует чрезвычайно большого объема информа-
ции, огромных объемов памяти и длительного времени для переработки
информации.
Замечательное свойство человеческого мозга оперировать нечеткими,
плохо формализованными понятиями во многом обусловлено ролью в его
жизни такой ведущей формы описания информации, каким являются ес-
тественные языки. Известно, что отличительной особенностью человече-
ского языка является неоднозначное отношение между знаком и обозна-
чаемым им предметом. Система языков как различная форма кодирования
информации составляет весьма протяженную шкалу, один конец которой
занят «тяжелыми» языками, другой — «мягкими». В «тяжелых» языках
каждый знак имеет четкое и определенное значение различных математи-
ческих или логических операций. Напротив, в «мягких» языках вероятно-
стная структура содержания, обозначаемого данным языком, проявляется
особенно хорошо. Крайним образцом «мягкого» языка может служить
язык абстрактного искусства. На языковой шкале кодирования и декоди-
рования информации современный разговорный или письменный язык
занимает среднее положение.
14.8. МЕЖПОЛУШАРНАЯ АСИММЕТРИЯ
I Одним из основных принципов функционирования полушарий большо-
го мозга является асимметрия.
Межполушарная асимметрия определяется двумя моментами: 1) асим-
метричной локализацией нервного аппарата второй сигнальной системы
и 2) доминированием правой руки как мощного средства адаптивного
623
поведения человека. Этим и объясняется, что первые представления о
функциональной роли межполушарной асимметрии возникли тогда, ког-
да удалось установить локализацию центров речи (моторный — центр
Брока и сенсорный — центр Вернике в левом полушарии). Перекрестная
проекция видов сенсорной чувствительности и нисходящих пирамидных
путей в сочетании с левосторонней локализацией центра устной и пись-
менной речи определяет доминирующую роль левого полушария в пове-
дении человека. Экспериментальные данные подтверждают представле-
ние о доминирующей роли левого полушария мозга в реализации функ-
ций второй сигнальной системы, в мыслительных операциях, в творче-
ской деятельности с преобладанием форм абстрактного мышления. Мож-
но считать, что люди с левополушарным доминированием относятся к
мыслительному типу, а с правополушарным доминированием — к худо-
жественному.
По данным современной нейро- и психофизиологии, левое полушарие
большого мозга у человека специализируется на выполнении вербальных
символических, правое — на обеспечении и реализации пространственных,
образных функций. В этом проявляется важнейшая форма функциональ-
ной асимметрии мозга — асимметрия психической деятельности. Повреж-
дения левой височной области коры приводят обычно к существенным на-
рушениям в моторной реализации функции языка: наблюдаются элементы
заикания, нечеткое произношение и т.д.; повреждения в правой височной
области приводят к нарушению в четкости образного восприятия и пред-
ставления внешних стимулов, явлений, предметов; при стимуляции этой
зоны у больных возникают очень яркие образы, воспоминания. Установ-
лено, что правое полушарие быстрее обрабатывает информацию, чем ле-
вое. Результаты пространственного зрительного анализа раздражителей в
правом полушарии передаются в левое полушарие в центр речи, где про-
исходят анализ смыслового содержания стимула и формирование осознан-
ного восприятия.
Человек с преобладанием правого полушария предрасположен к со-
зерцательности и воспоминаниям, он тонко и глубоко чувствует и пере-
живает, но медлителен и малоразговорчив. Доминирование левого полу-
шария ассоциируется у человека с большим словарным запасом, актив-
ным его использованием, с высокой двигательной активностью, целеуст-
ремленностью, высокой способностью экстраполяции, предвидения, про-
гнозирования. Отмечены определенные различия и в типах мыслитель-
ных операций у людей с доминированием правого или левого полуша-
рия. В процессах обучения правое полушарие реализует процессы дедук-
тивного мышления (вначале осуществляются процессы синтеза, а затем
анализа). Левое полушарие преимущественно обеспечивает процессы ин-
дуктивного мышления (вначале осуществляется процесс анализа, а затем
синтеза).
Во многих исследованиях установлены феноменологические особенно-
сти межполушарной асимметрии в динамике образования условного реф-
лекса, формирования определенного навыка. Несмотря на то что межпо-
лушарное взаимодействие препятствует совершенствованию, укреплению
условного рефлекса, на начальных стадиях это взаимодействие принимает
определенное участие в образовании условного рефлекса. При этом благо-
даря активации тормозных влияний симметричных зон коры через мозо-
листое тело стимулируется образование условнорефлекторной связи; в
случае закрепления рефлекса доминирующее полушарие мозга тормозит
проявления условнорефлекторной памяти.
624
Рис. 14.6. Межполушарные взаимоотношения (по В.Л. Бианки).
Кора: вверху — ассоциативная, внизу — проекционная; полушария: слева — левое, справа —
правое; стрелки: жирные стрелки — доминирующие влияния, тонкие — недоминирующие,
белые стрелки — облегчающие влияния, прерывистые — тормозящие; 1,5 — транскалло-
зальные влияния; 2,7,10— восходящие афферентные влияния; 3, 8 — дивергенция возбуж-
дения; 4 — конвергенция; 6 — экстракаллозальные влияния; 9 — межзональные транскалло-
зальные влияния; 11 — межзональные внутриполушарные влияния; 12, 13 — транскалло-
зальные облегчающие влияния; 14, 15 — транскаллозальные тормозящие влияния; 16 — экс-
тракаллозальные облегчающие влияния; 17 — экстракаллозальные тормозящие влияния.
Синтетическая доминантная модель межполушарных взаимоотношений
базируется на принципах симметрии и доминанты (рис. 14.6). В проекци-
онных зонах коры преимущественно реализуется принцип гомотопично-
сти, а в ассоциативных — гетеротопичности. Главная роль транскаллозаль-
ных коммуникаций в проекционных зонах заключается в обмене сенсор-
ной информацией, а в ассоциативных — в регуляции уровня возбудимости
симметричных областей. Гомотопические связи в корковых структурах об-
разуют как бы канву, на которой внутриполушарные влияния выписывают
свой асимметричный узор.
Функциональная межполушарная асимметрия, реализующая в своей
динамике принцип доминанты, рассматривается как саморегулирующаяся
система с обратной тормозной связью. Эта система состоит из связанных
между собой первичных и вторичных доминантных очагов, образующихся
и поддерживающихся за счет восходящих внутриполушарных и межполу-
шарных потоков возбуждения. При этом в доминирующем полушарии под
влиянием восходящих внутриполушарных и межполушарных, а также гу-
моральных воздействий формируется стойкий очаг повышенной возбуди-
мости, способный к суммированию возбуждения, обладающий известной
инерционностью и оказывающий тормозящее действие на недоминирую-
шее полушарие. Передача межполушарных влияний осуществляется глав-
ным образом по мозолистому телу, но определенное значение имеют и эк-
стракаллозальные пути. В соответствии с индуктивно-дедуктивной гипоте-
зой правое полушарие осуществляет дедуктивную обработку информации,
а левое — индуктивную (в правом полушарии доминируют процессы син-
теза, а в левом — процессы анализа). В общем виде схема межполушарно-
го взаимодействия сводится к следующей последовательности аналити-
ко-синтетической деятельности полушарий большого мозга. Сначала пра-
вое полушарие посредством дедуктивного метода (от общего к частному,
от синтеза к анализу) оперативно оценивает ситуацию, затем левое полу-
шарие на основе индуктивного метода (от частного к общему, от анализа к
синтезу) вторично формирует представление об общей закономерности и
разрабатывает соответствующую стратегию поведения. Результаты этого
процесса передаются в противоположное полушарие в основном по систе-
ме волокон мозолистого тела.
Как образно подчеркивал В. Л. Бианки, левое полушарие обладает «за-
конодательной властью, а правое — исполнительной», левое полушарие
определяет цели, а правое реализует их выполнение.
14.9. ОСНОВЫ ХРОНОФИЗИОЛОГИИ
Роль фактора времени в деятельности живых систем изучает область ес-
тествознания — хронобиология. Фундаментальным понятием хронобио-
логии является хроном — закон, или правило, времени.
Это полный объем алгоритмически предсказуемой временной структу-
ры, генетически закодированной физиологической функции или системы,
которая может быть синхронизирована с окружающей средой и может из-
меняться в эволюции. Следовательно, хроном — это генетически обуслов-
ленная, развившаяся в процессе эволюции закодированная временная
структура многочастотных ритмов, периодов роста развития и зрелости,
развития как функции возраста с выраженными изменениями в начальном
и позднем периодах жизни человека. Частью хронобиологии является хро-
нофизиология — наука о временной зависимости физиологических процес-
сов. В состав хронобиологии входит и хрономедицина с разделами хронопа-
тология, хронофармакология, хронотерапия.
Объектом изучения хронофизиологии являются биологические часы —
механизмы отсчета времени живым организмом. Различают два рода био-
логических часов: оценку астрономического времени — биологические
ритмы и измерение промежутков времени — аутохронометрию. Изучение
организации функций во времени, их ритмичности имеет большое тео-
ретическое и практическое значение для всех сторон жизни здорового и
больного человека.
14.9.1. Биологические ритмы
Древняя форма отсчета времени в живых организмах в известной мере
закреплена генетически. Биологическим ритмом (биоритм) называют
автоколебательный процесс в биологической системе, характеризую-
щийся последовательным чередованием фаз напряжения и расслабле-
ния. Биоритмология (наука, изучающая биоритмы) использует матема-
тическую теорию колебаний.
Характеристику каждого биоритма можно изобразить графически в
виде хронограммы. Принцип построения хронограммы суточного измене-
ния частоты сердечных сокращений представлен на рис. 14.7. Как видно,
хронограмма имеет синусоидальный характер. В ней различают: 1) период;
2) фазу напряжения; 3) фазу расслабления; 4) амплитуду напряжения;
5) амплитуду расслабления; 6) акрофазу; 7) размах данного биоритма.
Любая точка хронограммы (фаза) обозначает результирующий эффект
противоположных физиологических механизмов, лежащих в основе обеих
фаз — напряжения и расслабления. В данном примере речь идет о комп-
лексах механизмов, учащающих работу сердца (возбуждение симпатиче-
ских нервов, секреция катехоламинов мозговым веществом надпочечни-
ков) и замедляющих работу сердца (возбуждение парасимпатического от-
дела нервной системы, понижение тонуса центров симпатико-адреналовой
системы и др.).
Период — это время, необходимое для завершения одного полного цик-
ла ритмического процесса. Фазы напряжения и расслабления характеризуют
усиление и спад функции в течение суток. Амплитуда — разница межд}
максимальной и минимальной выраженностью функции в дневное (амп-
литуда напряжения) и ночное (амплитуда расслабления) время. Размах —
разница между максимальной и минимальной выраженностью функций i
рамках всего суточного цикла. Акрофаза — время, на которое приходите
наивысшая точка данного биоритма. Если в повторных измерениях био-
ритма положение акрофазы меняется, то диапазон отклонений рассматри-
вается в качестве зоны блуждания фазы. При согласованности ритмов гово
рят о синхронизации, а в случае рассогласования во времени — о десинхро
низации, которую нередко сопровождает патологический синдром — де
синхроноз. Поддержание ритмических процессов зависит от задатчико!
времени (синхронизаторов) — физических или социальных. Например, че
редование света и темноты служит задатчиком суточных ритмов.
Ритмичность биологических процессов —• неотъемлемое и универсаль
ное свойство живой материи на всех уровнях ее существования — от моле
кулярного до организменного, популяционного, биогеоценотического
Живые организмы в течение многих миллионов лет живут в условиях рит
мических изменений геофизических параметров среды. Основной смыс:
временной организации состоит в согласованности течения ритмически:
процессов внутри организма с ритмами вне его. Биоритмы — это эволю
ционно закрепленная форма адаптации, определяющая выживаемость ор
ганизмов путем приспособления их к ритмически меняющимся условия»
среды обитания. Закрепленность этих биоритмов обеспечила опережаю
щий характер изменения функций. Это означает, что физиологически
процессы начинают меняться еще до того, как произойдут соответствую
щие изменения в окружающей среде. Грубое нарушение ритмических про
цессов чревато опасностью развития патологии, а их прекращение несо
вместимо с жизнью.
801
Рис. 14.7. Структура хронограммы на примере циркадианного ритма частоты сер-
дечных сокращений (ЧСС).
На абсциссе — время суток (фаза); на ординате — ЧСС (уд/мин). 1 — временной период
(сутки), 2 — фаза напряжения (день), 3 — фаза расслабления (ночь), 4 — амплитуда напря-
жения, 5 — амплитуда расслабления, 6 — акрофаза, 7 — размах, 8 — зона блуждания фазы.
Точки — результаты отдельных измерений. Пунктирная хронограмма и светлые точки — по-
вторное измерение (остальные объяснения в тексте).
Классификация биологических ритмов. К настоящему времени у челове-
ка и животных описано около 1000 биоритмов, что продиктовало необхо-
димость их классифицировать.
По выполняемой функции биоритмы делят на физиологические — рабо-
чие циклы функционирования клеток, органов и систем организма и цир-
каритмы — группу из четырех биоритмов, близких к геофизическим цик-
лам: суткам, сезону, месяцу и году. Их назначение — приурочивать биоло-
гическую активность к благоприятному времени.
По величине периода выделяют следующие виды ритмов.
Микроритмы (от долей секунды до 30 мин): осцилляции на молекуляр-
ном уровне (синтез и распад АТФ, образование молекулярных комплексов
и др.), периодичность перистальтики кишечника, частота дыхания.
Ритмы средней частоты (от 30 мин до 28 ч) — ультрадианные (до 20 ч)
и циркадианные (околосуточные — 20—28 ч) ритмы: чередование сна и
бодрствования, суточные изменения температуры тела, работоспособно-
сти, мочеобразования, артериального давления. Циркадианный ритм —
основной ритм физиологических функций человека.
Мезоритмы (длительностью от 28 ч до 6—7 дней): циркасептальные рит-
мы (около 7 дней); с этими ритмами связана работоспособность человека, и
в практику издавна вошла традиция выходного дня в конце каждой недели.
Макроритмы (от 20 дней до года): циркануальные, или окологодовые,
ритмы; в эту группу входят сезонные и околомесячные (циркасинодиче-
ские) ритмы.
Мегаритмы (длительностью в десяток или многие десятки лет): этому
виду колебаний подчинены некоторые инфекционные процессы (эпиде-
мии); примером мегаритма может служить и волнообразное изменение
физического развития людей на протяжении многих веков (чередование
процессов акселерации и ретардации).
Известны многолетние биологические ритмы. Так, через 5—6 лет у че-
ловека наблюдаются подъемы творческой активности, индивидуальной ре-
628
зультативности спортсменов через 2 года, у спортсменок — через год
Описан трехлетний волновой процесс становления эндокринных функциг
у детей с 7 до 13 лет. Тот же ритм установлен для иммунных процессов i
организме. Перечень подобных процессов, имеющих большой не толью
теоретический, но и клинический интерес, достаточно велик (Ф.И. Кома
ров, С.И. Рапопорт). Описана зависимость критерия здоровья от времен!
и года рождения.
14.9.1.1. Циркадианные ритмы у человека
Термины «циркадианный» и «циркануальный» предложены в 1959 г
Ф. Халбертом. «Цирк» (от лат. circus — круг) в данном случае означае-
«около» или «вокруг», так как точного совпадения с сутками или длитель
ностью года нет.
Между перечисленными типами биоритмов существуют переходы. Есл!
выявляется ритм более короткий, для его обозначения прибавляют при
ставку «ультра», если более длительный — «инфра». К примеру, циркади
анный ритм — околосуточный, а более короткий (однако не микро
ритм) — ультрадианный, более длительный — инфрадианный.
Подавляющее большинство физиологических процессов в организм»
человека связано со световым режимом, изменяется закономерно в тече
ние суток. Циркадианный ритм представляет собой суммарный результа’
действия эндогенного осциллятора (колебательная система, самостоятель
но поддерживающая эндогенный ритм благодаря замкнутой внутри отри
цательной обратной связи) и экзогенных влияний.
Температура тела на протяжении суток изменяется на 0,6—1,0 °C (см
главу И) и не зависит от того, спит или бодрствует человек. Температур!
тела зависит от активности человека и влияет на продолжительность сна
В наблюдениях в условиях длительной изоляции человека (проживание 1
пещере) со свободнотекущими ритмами отмечено, что если засыпани»
совпадает с минимальной температурой тела, то сон длится 8 ч; если че
ловек засыпал при относительно высокой температуре тела, то длитель
ность сна могла достигать 14 ч. В нормальных условиях люди с нормаль
ным 24-часовым циклом бодрствование — сон обычно засыпают с пони
жением и просыпаются с подъемом температуры тела, не замечая этого
Человек со времени существования вида Homo sapiens имел высокую ак
тивность в дневное время суток. Этим можно объяснить то, что со време
нем суток связана интенсивность основного обмена — он выше днем
чем ночью.
От времени суток зависят интенсивность мочеобразования и концент
рация в крови регулирующих этот процесс гормонов. У здорового челове
ка на дневное время приходится акрофаза экскреции воды, электролитов
продуктов азотистого обмена; на ночное время — экскреция аммиака i
Н+ Клубочковая фильтрация днем выше, чем ночью, канальцевая реаб
сорбция воды выше ночью, чем днем. Акрофазы экскреции различны:
компонентов мочи несинхронны.
Не менее выражена циркадианная ритмичность деятельности сердеч
но-сосудистой системы. В ночное время снижаются частота сердечной
ритма, артериальное и венозное давление. Причем максимальное и мини
мальное значения систолического и диастолического артериального давле
ния у людей в определенные часы суток выходят за пределы принятых з.
норму величин, т.е. существуют «нормы» артериального давления в зави
62
симости от времени суток. Это относится ко многим принятым за кон-
станты параметрам физиологических функций.
В деятельности органов дыхания также выражены циркадианные изме-
нения частоты и глубины дыхания, легочной вентиляции, объемов и емко-
стей легких с акрофазой в дневное время. При этом акрофазы сопротивле-
ния воздушному потоку в бронхах максимальны угром и вечером, а растя-
жимости легких наблюдают в 9 и 13 ч.
Характерные изменения претерпевает система крови: кроветворение в
красном костном мозге наиболее интенсивно утром, селезенка и лимфати-
ческие узлы наиболее активны в 17—20 ч. Максимальная концентрация
гемоглобина в крови наблюдается с 11 до 13 ч, минимальная — в ночное
время. Циркадианность характерна для числа эритроцитов и лейкоцитов в
крови. Установлено, что максимальный подъем количества лимфоцитов
приходится на период от 24 до 9 ч, а минимальное содержание — в 18 ч, и
эта картина зеркально противоположна (инверсна) суточному распределе-
нию числа сегментоядерных нейтрофилов.
Показатели иммунитета человека колебательно изменяются. Это спра-
ведливо по отношению к активности естественных киллеров (лимфоци-
ты), к противоопухолевому иммунитету. На протяжении суток в организме
имеются периоды наибольшей чувствительности к канцерогенам (факто-
ры, вызывающие раковые заболевания), опухолевым клеткам и периоды
максимальной резистентности, когда защитные силы организма оптималь-
но сбалансированы. Известно, что ритмы деления клеток во многих злока-
чественных опухолях находятся в противофазе по отношению к ритмам
нормальных тканей.
Моторная и секреторная деятельность пищеварительного тракта нато-
щак и после стимулирования приемом пищи существенно ниже в ночное,
чем в дневное, время. Имеется циркадианная ритмичность резорбтивной
активности пищеварительного тракта, пищеварительных и непищевари-
тельных функций печени.
Существенны циркадианные колебания концентрации гормонов в крови.
Акрофаза для кортизола приходится на 6 ч утра. В это время отмечается
минимальная концентрация тиреотропного гормона. Акрофаза для инсу-
лина отмечается около полудня, для ренина, соматотропина, пролактина и
тиреотропина — в ночные часы, тестостерона — в ночные и утренние
часы. Кортикотропин (АКТГ) выделяется из гипофиза максимально во
второй половине ночи. С ритмами гипоталамо-гипофизарной системы
связаны колебания функции периферических эндокринных желез, но мак-
симум уровня их секреторной активности отстает на 2—3 ч от выделения
гипофизарных гормонов. Важно, что циркадианность характерна не толь-
ко для секреции гормонов, но и реактивности к ним различных клеток и
тканей.
Наличие циркадианной активности различных физиологических систем
и органов рассматривается как один из диагностических критериев состо-
яния здоровья, а нарушение ритмичности в форме ее отсутствия или иска-
жения — как показатель предпатологии и патологии. Например, у боль-
ных гипертонической болезнью акрофазы минутного и систолического
объемов сердца и АД передвинуты с дневного времени на ночное; выраже-
на инверсия ритма уровня кетостероидов, возбудимости зрительных цент-
ров и ряда других функциональных показателей. У больных язвенной бо-
лезнью ночью не снижаются артериальное кровяное давление, уровень
моторики и секреции желудка. Описано нарушение ритмичности экскре-
ции с мочой ряда гормонов и электролитов при сахарном диабете.
630
Умственное и физическое утомление существенно изменяет ритми»
ность физиологических процессов. Это явление десинхроноза рассматр!
вается как обязательный компонент стресса.
Выраженность ритмологических проявлений зависит от индивидуал]
ных, в том числе типологических, особенностей человека, выработанно!
стереотипа времени сна и бодрствования и др. Специалисты, занимающг
еся физиологией труда, считают, что максимальная работоспособность (
соответственно активность) существует в два временных периода: с 10 л
12ис16до18ч,в14ч отмечен спад работоспособности, есть он и в в<
чернее время. Однако у большой группы людей (50 %) повышена работе
способность в утреннее время («жаворонки») или в вечернее и ночное вр<
мя («совы»). Считается, что «жаворонков» больше в среде рабочих и ел'
жащих, а «сов» — среди представителей творческих профессий. Впроче*
есть мнение, что «жаворонки» и «совы» формируются в результате мной
летнего, предпочтительно утреннего или вечернего, бдения. Во всяко
случае эти особенности следует учитывать при индивидуализации режи&
труда, отдыха, приема пищи, что может повысить функциональную рез]
льтативность.
Представляет интерес вопрос о том, как изменяются циркадианнь
ритмы человека в условиях добровольной изоляции от внешнего мир
Были проведены наблюдения за людьми, длительно (до полугода и боле<
находящимися в пещере и организующими свою активность и сон незавг
симо от дня и ночи на поверхности Земли. У таких добровольцев в первь
дни и недели оценка длительности суток могла укорачиваться (редко)
удлиняться (часто) При последующей изоляции «сутки» испытуемого ст;
бильно удлинялись, приближаясь к 24,8-часовым «лунным суткам». В pt
зультате этого французский спелеолог Мишель Сиффр последний 179-
день своего пребывания в пещере оценил как 151-е сутки, считая кажды
«сутки» за цикл бодрствование — сон.
В естественных условиях ритм физиологической активности человек
синхронизирован с его социальной активностью, обычно высокой днем
низкой ночью. Сочетание акрофаз многих функций в одно и то же врем
суток позволило организму увеличить потенциал своей работоспособност
при одновременной экономичности физиологической регуляции.
При перемещении человека через временные пояса (особенно быстр
на самолете через несколько временных поясов) наблюдается десинхронг
зация функций. Она проявляется в усталости, раздражительности, pat
стройстве сна, умственной и физической угнетенности; иногда наблюд;
ются расстройство пищеварения, изменение АД. Эти явления возникают
результате десинхронизации циркадианных, астрономических и социал!
ных ритмов. Человек, покидая место своего постоянного жительства, ка
бы несет с собой на новое место свой привычный ритм.
Через некоторое время эти ритмы согласуются, но для разных напрат
лений перемещения человека и разных функций это время будет неодинм
ковым. При перелетах в западном направлении биологические часы отстм
ют по отношению к 24-часовому солнечному циклу, и для приспособлю
ния к распорядку дня на новом месте должна произойти фазовая задержи
биологических часов. При перелете в восточном направлении происходи
их ускорение. Организму легче осуществить фазовую задержку, чем ускс
рение, поэтому после перелетов в западном направлении ритмы синхрс
низируются быстрее, чем при перелете в обратном направлении. Люд
имеют существенные индивидуальные различия в скорости синхронизм
ции ритмов при перемещениях. Скорость синхронизации прямо завись
от того, как скоро прилетевший на новое место человек включится в ак-
тивную деятельность и сон по местному времени, насколько он в этом за-
интересован.
Если поездка недлительная и предстоит скорое возвращение, то не сто-
ит перестраивать на местное время свои биологические часы, так как
предстоит их быстрая возвратная «перенастройка». Это небезвредно для
организма человека, если такие «перенастройки» частые, например у пи-
лотов дальних авиалиний.
Одним из видов десинхронизации биологического и социального рит-
мов активности является работа в вечернюю и ночную смену на предпри-
ятиях с круглосуточным режимом работы. Обычно рабочие и служащие
этих предприятий работают одну неделю в утреннюю, вторую — в вечер-
нюю и третью — в ночную смену. При переходе с одной смены на дру-
гую происходит десинхронизация биоритмов, и они не полностью вос-
станавливаются к следующей рабочей неделе, так как на перестройку
биоритмов человека в среднем необходимо примерно 2 нед. У работни-
ков с напряженным трудом (например, авиадиспетчеры, авиапилоты, во-
дители ночного транспорта) и переменной сменностью работы нередко
наблюдается десинхроноз. У этих людей отмечаются различные виды па-
тологии, связанные со стрессом, — язвенная болезнь, артериальная ги-
пертензия, неврозы, требующие индивидуальной профилактики и кор-
рекции.
Исследования связи эндогенных биоритмов с экзогенными датчиками
ритмов в изолирующих человека от внешней среды камерах показали воз-
можность «укоротить» сутки до 18 ч, постепенно изменяя продолжитель-
ность фаз сна и бодрствования. Попытка «сжать» сутки до 16 ч оказалась
безуспешной, и у испытуемых проявлялись различные, в основном психи-
ческие, расстройства. «Удлинение» суток в условиях камеры испытуемыми
переносилось несколько легче и функциональные расстройства у них от-
мечались при навязывании «суток» длительностью 40 ч и более.
Существенная зависимость функционального состояния человека от
времени суток дает объяснение многим явлениям, в том числе преимуще-
ственной приуроченности приступов астмы, стенокардии, внезапной
смерти к ночному времени.
Показаны циркадианные изменения реактивности организма человека,
его органов и систем по отношению к токсинам и ряду фармакологиче-
ских веществ. Описаны хронофармакологические эффекты противотре-
вожных, антидепрессивных препаратов, сердечно-сосудистых средств, гис-
тамина, этанола и ряда других экзогенных и эндогенных веществ. Это яв-
ление нашло применение в практической медицине при использовании
разных дозировок препаратов в дневное и ночное время. Например, бе-
та-адреноблокаторы и блокаторы кальциевых каналов в целом успешнее
снижают АД и меняют сердечный ритм при назначении в утренние и
дневные часы по сравнению с вечерними и ночными.
Короткопериодные ритмы у человека. Микроритмы и ультрадианные
ритмы достаточно распространены у человека и имеют разную периодич-
ность для различных функций.
Минутный периодизм обнаружен в биоэлектрической активности бодр-
ствующего и спящего мозга. Современными методами удается выделить
колебания сверхмедленных потенциалов с периодом до десятков минут.
Такие флюктуации лучше выражены при монотонной операторской деяте-
льности и легко дезорганизуются под действием внешних раздражителей.
Сходный колебательный режим показан в импульсной активности нейро-
нов различных областей головного мозга и в неэлектрических процессах е
частности в характере выброса медиаторов, интенсивности потребление
кислорода тканями, латентности двигательного ответа, позного мышечно-
го тонуса, сердечного ритма, АД, почечной экскреции, перистальтики же-
лудка и кишечника, физической работоспособности, психических функ-
ций: памяти, восприятия, процессов обучения. Наиболее регулярные ко
лебания психических процессов обнаруживают у лиц, занятых сменно!
работой, либо при психопатологии.
Микроритмы обладают индивидуальной вариабельностью и непостоян
ством амплитудно-частотных характеристик. Поэтому они имеют большук
прогностическую ценность и могут быть использованы в клиническо!
практике (например, для определения индивидуальной фармакологиче
ской чувствительности), спортивной медицине, космонавтике, а также
эксперименте. Современным методом подобных исследований являете:
моделирование на мелких лабораторных животных короткопериодны
флюктуаций поведения: естественных (выявляющихся, например, в про
цессе принудительного плавания) и искусственных — в результате воздей
ствия на мозг некоторых психотропных средств.
У людей в течение суток несколько раз (с ультрадианной ритмично
стью) повышается и снижается содержание гормонов в крови. С периодо!
90—100 мин претерпевает изменения электрическая активность коры бо
льшого мозга. Этим колебаниям ЭЭГ тоже соответствуют изменения ряд
психических процессов, в том числе внимания, мотивации, сна. Показан
ультрадианная синхронность изменений ЭЭГ и периодической моторно
активности пищеварительного тракта.
Человек принимает пищу несколько раз в сутки, что связано с пищевг
рительными возможностями его желудочно-кишечного тракта. Такой пр?
ем пищи периодически активирует все висцеральные системы организм;
повышает интенсивность обмена веществ и является причиной ультрад?
энной ритмичности ряда физиологических процессов. Прием пищи явл?
ется не единственным фактором, влияющим на ультрадианный ритм фг
зиологических функций.
Инфрадианные ритмы прослежены у животных в виде сезонных изм<
нений функций (зимняя спячка, сезонные изменения эндокринных, в то
числе половых, функций и т.д.).
У человека описано свыше 50 физиологических процессов, обладающг
сезонной периодичностью. В их числе — приуроченные к временам го!
флюктуации умственной и физической работоспособности, состояне
внутренних органов, обмена веществ. Подобно животным человек демо1
стрирует наибольшую физиологическую активность в весенне-летний п
риод, а минимальную — в зимний сезон. Правда, созданная людьми Д!
своего комфортного существования искусственная внешняя среда, сбала:
сированное питание, наличие социальных задатчиков времени делают i
менее зависимыми от климатических воздействий. Все это несколько н
велирует сезонные колебания функций. Однако в случае критических с
стояний, особенно при заболеваниях, эти флюктуации дают о себе знэте
особой отчетливостью.
Установлено, например, что тяжелые формы полиомиелита развиваю
ся чаще в летне-осенний период. Заболеваемость ревматизмом повышае
ся осенью и зимой. Наиболее вероятно обострение язвенной болезни ж
лудка и двенадцатиперстной кишки весной и осенью. Обострения типе
тонической болезни чаще наблюдаются в зимние месяцы. Прогрессиру:
щая стенокардия напряжения редко возникает летом, тогда как в янва{
апреле и октябре отмечают три пика развития заболевания. Инфаркт мио-
карда более вероятен в осенне-зимний период года. Показана возмож-
ность сезонной профилактики болезней (Ф.И. Комаров, С.И. Рапопорт).
С ритмами солнечной активности А.Л. Чижевский справедливо связывал
«эхо солнечных бурь» — ряд заболеваний человека. Примером инфрадиан-
ного ритма с месячным периодом у человека является менструальный
цикл женщин, составляющий около 28 сут.
14.9.2. Аугохронометрия
Внутренний отсчет интервалов времени, или аутохронометрия, является
более поздним и физиологически более сложным (по сравнению с био-
ритмами) эволюционным приобретением. Благодаря механизмам син-
хронизации различных физиологических процессов в строго определен-
ные временные интервалы организм имеет возможность формировать
адекватный ответ практически в любой момент своего существования.
Эта сторона деятельности биологических часов у людей благодаря вы-
сокой кортиколизации функций позволяет не только измерять промежут-
ки времени, но и осуществлять сопоставление настоящих, прошлых и бу-
дущих временных интервалов, а также оценивать последовательность со-
бытий. Человек может фиксировать и воспроизводить без измерительных
приборов, руководствуясь лишь субъективным «чувством времени», самые
разные интервалы. Временная пунктуальность лежит в основе успеха и ре-
зультативности практически любого вида деятельности.
Оцениваемые временное отрезки не суммируются с текущими биоло-
гическими ритмами, а измеряются однократно, каждый раз заново, неза-
висимо от величины промежутка времени. Таким образом отсчитываются
как интервалы длиной в несколько секунд, минут, часов, так и продолжи-
тельность собственной жизни.
Аутохронометрия предопределяется прежде всего генотипическими
особенностями, что роднит ее с биоритмами. При всей субъективности
оценки длительности временного отрезка его абсолютная величина (на-
пример, индивидуальная минута у человека) достаточно характерна для
каждого индивидуума и, обнаруживая колебания под действием ряда пере-
менных факторов, тем не менее в среднем сохраняется на одном и том же
уровне.
Полагают, что механизм работы биологических часов первого рода
(аутохронометрия) отчасти основан на различных периферических микро-
ритмах — непроизвольных движениях тела, мигании, сердцебиении, дыха-
тельных и пищеварительных флюктуациях, интенсивности метаболизма.
На уровне клетки отсчет времени связывают с процессами транспорта
ионов через мембраны. Популярна гипотеза, согласно которой исходным
измерителем времени является скорость взаимодействия молекул РНК и
ДНК в клетке, а также «хрононгипотеза» о наличии в структуре ДНК уча-
стка, контролирующего ритмические процессы.
Однако перечисленные процессы — лишь «секундные стрелки» биоло-
гических часов, внешнее выражение внутреннего отсчета времени, за ко-
торым скрываются глубинные механизмы аутохронометрии. Основной ис-
точник эндогенного управления биологическими часами представлен со-
дружественной деятельностью ряда структур головного мозга и нейроэн-
докринными аппаратами.
634
Внутренний отсчет интервалов времени, при всей его общности с рит
мическими процессами (в основном короткопериодного диапазона), явля
ется приобретенной функцией, обладающей условнорефлекторной приро
дой.
Выработка условного рефлекса на время, введенная в эксперименталь
ную практику еще И.П. Павловым, является общепринятым приемом, по
зволяющим определять способность организма к отсчету интервалов вре
мени.
По образному выражению хронобиолога А.М. Алпатова, данный реф
леке представляет собой своеобразные «песочные часы» — затухающи'
следы прошлых возбуждений. Он основан на каком-либо безусловное
рефлексе, проявляющемся через одинаковые отрезки времени. В результа
те каждый раз по истечении данного интервала как бы сама по себе возни
кает реакция «на чистое время», вызывающаяся ранее действием безуслов
ного раздражителя.
Главной особенностью условного рефлекса на время у человека являет
ся активное участие в механизмах его выработки второй сигнальной систе
мы, создающей условия для обобщения и абстрагирования времени. По.
влиянием непосредственных (наличных) ритмических раздражителей вы
рабатывается способность самопроизвольно (без участия первосигнальны
стимулов) воспроизводить заданный интервал времени. Это происходи
путем самоприказов, при активирующем влиянии нервной системы и ак
туализации «эталонов времени», хранящихся в долгосрочной и кратко
срочной памяти. Поэтому современные исследования чувства времени лю
дей проводят с использованием компьютерных программ, позволяющих
высокой точностью измерять искажение самостоятельного воспроизведе
ния временного интервала.
Степень искажения астрономического времени служит мерилом адапта
ционных возможностей человека. Показано, что люди с высокой адапта
цией к нагрузкам (физическим, интеллектуальным, эмоциональным и др.
способны «растягивать» время. Их минута, например, чаще превышав
физическое время, достигая порой 80—85 с. Лица с низкими адаптивным)
способностями нередко отсчитывают минуту в более быстром темпе (37-
55 с). Кроме того, если у хорошо адаптирующихся лиц суточный ритр
длительности субъективной минуты выражен, то у плохо адаптирующих
ся — его практически нет. Различия в среднесуточной величине индивиду
альной минуты у них лежат в пределах всего 4 % [Моисеева Н.И. и др.
1985].
Из этих фактов видно, что нормальная аутохронометрия тесно связан
с циркадианным ритмом и базируется на нем.
Немаловажным сопутствующим показателем уровня невротическо)
тревожности и состояния психического здоровья в целом является соот
ношение в оценке разных временных промежутков. В норме большие от
резки времени, как правило, недооцениваются, а меньшие переоценива
ются, либо наблюдается субъективное «растягивание» большинства ин
тервалов.
Оценка времени изменяется в зависимости от эмоционального состоя
ния человека, возраста, типологических особенностей, уровня восприятия
интенсивности обменных процессов, фазы менструального цикла (у жен
щин), геофизических факторов. Субъективное ощущение того, что «врем
то — мчится, то — длится» обусловлено наличием интересной задачи, час
той сменой впечатлений и событий либо монотонной стереотипной дея
тельностью.
63
14.9.3. Регуляция биологических часов млекопитающих
Понимание механизмов управления биоритмами и аутохронометрией,
безусловно, кардинальная проблема хронофизиологии и хрономедицины.
За последние годы в данной области достигнут существенный прогресс,
хотя многие моменты остаются неясными. Наиболее подробно разработан
вопрос о регуляции околосуточных и других циркаритмов.
Пейсмекеры биологических ритмов. С появлением клеточной организа-
ции живой материи возникла необходимость координации физико-хими-
ческих процессов, протекающих в отдельных компонентах клетки, подчи-
нению их ритмам окружающей среды. На ранних этапах эволюции ритми-
ческие процессы многоклеточных организмов регулировались специфиче-
скими химическими веществами — «цитогормонами».
Эта форма регуляции ритмов сохраняется в организме млекопитаю-
щих животных и человека. Наиболее отчетливо она видна на самых ран-
них стадиях пренатального онтогенеза. Дробление яйцеклетки происхо-
дит ритмично во времени и в количественном отношении. Такая ритмич-
ность обеспечивается химической регуляцией: сразу же после слияния
генетического материала материнского и отцовского организма в зиготе
начинается синтез ацетилхолина и стероидных гормонов, аналогичных
гормонам взрослого организма. Если искусственно нарушить синтез этих
веществ, то дробление прекращается вследствие нарушения его ритмич-
ности.
По мере усложнения организации живых организмов возникало все
больше и больше эндогенных водителей ритмов, или пейсмекеров (от англ,
pacemaker — делающий шаг), в разных органах и тканях. Примерами мо-
гут служить иерархически организованная проводящая система сердца,
пейсмекеры дыхательного центра продолговатого мозга, перистальтики и
сегментации тонкой кишки, пейсмекер, вызывающий мышечную дрожь.
Естественно, что целостность организма могла быть обеспечена только
в случае синхронизации этих многочисленных пейсмекеров между собой,
а также в случае согласованности их с ритмическими изменениями внеш-
ней среды. Эта важнейшая биологическая задача, по существу являющаяся
частью основного направления эволюции — развития механизмов адапта-
ции, была решена путем формирования двух взаимосвязанных регулятор-
ных систем — нервной и эндокринной. При этом нервная система взяла
на себя функцию взаимосвязи ритмической активности организма с пери-
одическими изменениями окружающей среды, а эндокринная система
оказалась «вставленной» между нервными механизмами и периферически-
ми органами.
Центральный нервный механизм, обеспечивающий циркаритмику мле-
копитающих, представлен деятельностью ряда структур головного мозга,
объединенных в многокомпонентную иерархическую систему. В соответ-
ствии с мультиосцилляторной теорией циркадианной организации, сфор-
мулированной Питтендраем (1984), данная система складывается из мно-
жества пейсмекеров, находящихся друг с другом в определенных суборди-
национных отношениях.
Первичным пейсмекером признано парное образование переднего гипо-
таламуса — супрахиазматическое ядро (СХЯ), способное генерировать им-
пульсы не только в целостном организме, но и в условиях in vitro. Разру-
шение СХЯ приводит к поломке большинства циркадианных и других
ритмов. Впервые это заметил К. Рихтер в конце 60-х годов XX века в опы-
тах на крысах. Клинические наблюдения свидетельствуют о том, что у че-
636
ловека при поражении этого ядра опухолью происходят глубокие наруше-
ния ритма сна и бодрствования.
По нервным путям от сетчатки глаза, ядер шва среднего мозга и ряда
других мозговых образований в СХЯ поступает информация о режиме
освещенности, питания, социальном окружении. В ответ на пришедшие
сигналы СХЯ подстраивает под них свою активность, чтобы в дальнейшем
регулировать околосуточную ритмику. Однако роль ядра заключается не
столько в навязывании ритма всему организму, сколько в согласовании по
частоте и фазе подчиненных ему ритмов, которые зарождаются во вторич-
ных пейсмекерах. Из таких структур-посредников с хронофизиологических
позиций наиболее изучены базальные ганглии, гиппокамп, некоторые
ядра гипоталамуса (Э.Б. Арушанян, 2000). Каждый вторичный осциллятор
при организации циркаритмики подчинен СХЯ и в свою очередь способен
самостоятельно задавать эндогенную ритмику короткопериодного диапа-
зона. Базальные ганглии в основном обеспечивают двигательный компо-
нент околосуточной ритмики условнорефлекторного поведения, гиппо-
камп и ядра лимбической системы — его эмоционально-мотивационную
составляющую, ядра гипоталамуса — работу эндокринных желез и вегета-
тивных функций. Вторичные пейсмекеры связаны не только с соответст-
вующим исполнительным аппаратом, но тесно взаимодействуют с первич-
ным осциллятором и между собой.
В указанных пейсмекерных механизмах особое место занимают сопря-
женные антагонистические отношения СХЯ с эпифизом. Эпифиз («третий
теменной глаз») оценивают как нейроэндокринный трансдуктор, т.е. ор-
ган, передающий информацию об освещенности среды от нервной систе-
мы к эндокринной. Иначе говоря, эпифиз образует «мостик» между пер-
вичным ритмоводителем нервного происхождения (СХЯ) и эндокринны-
ми механизмами согласования ритмов.
Основной гормон эпифиза — мелатонин — поступает в гипоталамус.
Таким образом, через мелатонин СХЯ связано с гипоталамическими ней-
росекреторными клетками, вырабатывающими нейрогормоны и регулиру-
ющими гормональную секрецию аденогипофиза. Мелатонин при этом
ограничивает активность СХЯ, препятствуя «ускорению хода биологиче-
ских часов» и делая рисунок суточных колебаний поведения более четким.
В случае же удаления эпифиза биологические часы начинают «спешить»,
т.е. СХЯ, лишенные эпифизарного сдерживающего контроля, задают рит-
мику, несколько более частую по сравнению с фотопериодизмом.
Мозговая регуляция аутохронометрии. В опытах на крысах, кошках и
собаках установлено, что внутренний отсчет интервалов времени (во вся-
ком случае у этих животных) регулируется теми же мозговыми структура-
ми, которые являются пейсмекерами биологических ритмов. Клинические
исследования подтверждают, что у человека при опухолевых и других по-
ражениях гиппокампа, базальных ганглиев, эпифиза наблюдаются резкие
искажения ориентации в текущем времени. Кора большого мозга, где
формируется представление о временнбй структуре событий, имеет прин-
ципиальное для аутохронометрии значение лишь при ее взаимодействии с
нижерасположенными отделами.
Однако результаты экспериментов свидетельствуют о том, что суборди-
национные отношения между аппаратами мозга при организации отсчета
отрезков времени складываются несколько иначе, чем при управлении
биоритмами. Способность к выработке условного рефлекса на время по-
сле стереотаксического разрушения большого количества отделов голов-
ного мозга экспериментальных животных сохраняется, за исключением
637
лишь нескольких мозговых субстанций. Если удален эпифиз либо повреж-
дены базальные ганглии, аутохронометрический навык значительно осла-
бевает. В случае разрушения гиппокампа — исчезает бесследно. А при по-
вреждении СХЯ, наоборот, улучшается. К такому же оптимизирующему
эффекту приводят инъекции мелатонина. Следовательно, специфической
мозговой структурой, ответственной за аутохронометрию, является гиппо-
камп. Эпифиз и базальные ганглии, вероятно, служат вторичными аппара-
тами, регулирующими внутренний отсчет времени. СХЯ, столь необходи-
мое для ритмических процессов жизнедеятельности, напротив, обладает
отрицательными (антихронотропными) свойствами по отношении к чувст-
ву временной пунктуальности.
Эта, на первый взгляд, парадоксальная ситуация объяснима природой
обеих сторон деятельности биологических часов — биоритмов и аутохро-
нометрии. Очевидное единство двух хронофизиологических феноменов,
обеспечивающих временное поведение в целом, оборачивается их опре-
деленной противоположностью. Колебательные процессы (биологические
ритмы) отличаются большей стабильностью и упорядоченностью, тогда
как аутохронометрия, напротив, требует дестабилизации поведения, даю-
щей возможность выбора из хаотического разнообразия реакций того оп-
тимального ответа, который был бы адекватен постоянно меняющимся
условиям среды. Вот почему ритморганизующая структура — СХЯ — ока-
зывается ведущим пейсмекером биоритмов и «мешает» оперативному
срабатыванию чувства времени. И наоборот, без гиппокампа — типично-
го ритмдезорганизатора — не обходится внутренний отсчет отрезков вре-
мени.
Таким образом, в естественных условиях обеспечивается плавная гар-
моничная адаптация живого организма к меняющимся временным факто-
рам среды. Когда происходит приспособление к периодическим явлениям
(фотопериодизм, сезонная динамика и пр.) мозговые осцилляторы обеспе-
чивают синхронность течения большинства физиологических реакций, т.е.
проявляют определенную стабильность. В случае же, когда на первый
план встает необходимость оперативной (непериодическая) фиксации и
воспроизведения временных промежутков, вероятно, теми же функцио-
нальными системами создаются условия для дезорганизации ритмики, а
значит, для обеспечения нормальных аутохронометрических процессов с
целью опережающего достижения оптимально полезного для организма
результата.
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
К главе 1
Анохин П.К. От Декарта до Павлова, — М.: Медгиз, 1945. — 109 с.
Анохин П.К. Узловые вопросы теории функциональных систем. М.: Наука
1980. - 197 с.
Асратян Э.А. Иван Петрович Павлов: Жизнь, творчество, современное состояние
учения. — М.: Наука, 1981. — 438 с.
Кванты жизнедеятельности/Под ред. К.В.Судакова. — М.: Изд-во ММА им. Сече-
нова, 1993.
Коштоянц X. С. Очерки по истории физиологии в России. — М.— Л.: Изд-во АН
СССР, 1946. - 494 с.
Коштоянц X. С. Сеченов. — М,—Л.: Изд-во АН СССР, 1945. — 199 с.
Майзелис М.Я. Гематоэнцефалический барьер и его регуляция. — М. 1973.
Общая теория функциональных систем/Под ред. К.В.Судакова. — М.: Медицина,
1987
Новосельцев В.И. Теория управления и биосистемы. — М. 1978.
Оке С. (Ochs S.) Основы нейрофизиологии: Пер. с англ. — М.: Мир, 1969. — 448 с.
Общая физиология нервной системы/Под ред. П.Г Костюка. — Л.: Наука, 1979. —
716 с.
Сеченов И.М. Физиология нервных центров. — СПб. 1891. — 216 с.
Самойлов В.О. История российской медицины. — М.: Эпидавр, 1997. — 200 с.
Сеченов И.М. Рефлексы головного мозга. — М., 1961.
Уфлянд Ю. М. Ланге К. А. Очерк развития физиологической науки в СССР. — Л.:
Наука, 1978. — 195 с.
Ухтомский А.А. Доминанта. — М.—Л.: Наука, 1966. — 273 с.
Физиология. Основы и функциональные системы: курс лекций/Под ред. К.В.Суда-
кова. — М.: Медицина, 2002. — 784 с.
Филимонов В.И. Руководство по общей и клинической физиологии. — М.: Мед.
информ, агентство, 2002. — 958 с.
Чеснокова С.А. Карл Людвиг (1816—1895). — М.: Наука, 1973. — 255 с.
Чораян О.Г Нейронный ансамбль. — Ростов-на-Дону, 1990.
Чораян О.Г Элементы теоретической нейрофизиологии. — Ростов-на-Дону, 1992.
Шеррингтон Ч. Интегративная деятельность нервной системы. — Л. 1969.
Экклс Дж. Тормозные пути центральной нервной системы. — М. 1971.
Ярошевский М. Г., Чеснокова С. А. Уолтер Кеннон (1871 — 1945). М.: Наука,
1976. - 376 с.
639
К главе 2
Беруштейн И.А. Физиология движений и активности. — М.: Наука, 1990. — 494 с.
Катц Б. Нерв, мышца и синапс: Пер. с англ. — М.: Мир, 1971. — 220 с.
Костюк П.Г., Крышталь О.А. Механизмы электрической возбудимости нервной
клетки. — М.: Наука, 1981. — 204 с.
Котляр Б.Я., Шулъговский В.В. Физиология центральной нервной системы. — М.:
Изд. МГУ, 1979. - 341 с.
Общая физиология нервной системы/Под ред. П. Г Костюка.— Л.: Наука, 1976.—
716 с.
Основы физиологии человека. Т.2/Под ред. Б.И.Ткаченко. — СПб.: Междунар.
фонд истории науки, 1994. — 413 с.
Скок В.И., Шуба М.Ф. Нервно-мышечная физиология. Киев: Вища школа,
1986. - 224 с.
Функции нейроглии/Под ред. А.И.Ройтбака. — Тбилиси, 1982.
Ходжкин А. Нервный импульс: Пер. с англ. — М.: Мир, 1965. — 125 с.
Шубникова Е.А., Юрина Н.А., Гусев Н.Б. и др. Мышечные ткани/Под ред.
Ю.С.Ченцова. — М.: Медицина, 2001. — 240 с.
Экклс Дж. Физиология синапсов: Пер. с англ. — М.: Мир, 1966. — 395 с.
К главе 3
Адрианов О.С. О принципах организации интегративной деятельности мозга. —
М. 1976. - 280 с.
Баклаваджян О.Г. Нейронная организация гипоталамо-висцеральной дуги. — Л.,
1988.
Костюк П.Г, Преображенский Н.П. Механизмы интеграции висцеральных и сома-
тических афферентных сигналов. — Л, 1975.
Котляр Б.И., Шульговский В.В. Физиология центральной нервной системы. — М.:
Изд-во МГУ, 1979. - 341 с.
Кураев Г.А., Алейникова Т.В., Думбай В.И., Фельдман ГЛ. Физиология центральной
нервной системы. — Ростов-на-Дону: Изд-во Феникс, 2000. — 376 с.
Майзелис М.Я. Гематоэнцефалический барьер и его регуляция. — М., 1973.
Ноздрачев А.Д., Янцев А.В. Автономная передача. — СПб., 1994.
Оке С. Основы нейрофизиологии. — М., 1969. — 448 с.
Сеченов И.М. Рефлексы головного мозга. — М., 1961. — 216 с.
Скок В.И. Физиология вегетативных ганглиев. — Л. 1970.
Хьюбел Д. Глаз. Мозг. Зрение. — М.: Мир, 1990. — 235 с.
Частная физиология нервной системы: Руководство. — Л.: Наука, 1983. — 734 с.
Чораян О.Г Информационные процессы в биологических системах. Рос-
тов-на-Дону, 1981. — 152 с.
Чораян О.Г. Кибернетика центральной нервной системы. — Ростов-на-Дону,
1995. - 142 с.
Шеперд Г Нейробиология. Т. 1, 2. — М. 1987.
Шеррингтон Ч. Интегративная деятельность нервной системы. — Л. 1969.
Шульговский В.В. Физиология центральной нервной системы. — М.: Изд-во МГУ
1997. - 397 с.
К главе 4
Косицкий Г. И. Ревин Г Г Креаторная связь и ее роль в организации многоклеточ-
ных систем. — М.: Наука, 1975. — 124 с.
Селье Г. Очерки об адаптационном синдроме: Пер. с англ. — М.: Медгиз, 1960.
254 с.
Угрюмое М.В. Механизмы нейроэндокринной регуляции. — М.: Наука, 1999. —
295 с.
Физиология эндокринной системы: Руководство/Под ред. В. Г Баранова. — М.:
Наука, 1979. - 680 с.
К главе 5
Балуда В.П. Балуда М.В. и др. Физиология системы гемостаза. — М., 1995.
Баркаган З.С., Момот А.П. Основы диагностики нарушений гемостаза. — М.:
Ньюдиамед АО, 1999.
Бышевский А.Ш. Зубаиров Д.М. Терсенов О.А. Тромбопластин. — Новосибирск,
1993.
Воробьев А.И., Дризе И.И. Чертков И.Л. Схема кроветворения//Пробл. гематол. —
1995. - 1. - С. 7-16.
Гемостаз/ТХъь ред. Н.Н. Петрищева, Л.П. Папаяна. — СПб. 1999.
Зубаиров Д.М. Почему свертывается кровь?//Соросовский образовательный журн.—
1997.- 3.
Исследование системы крови в клинической практике/Под ред. Г.И. Козинца.
В.А. Макарова. — М.: Триада X, 1998.
Кузник Б.И. Физиология и патология системы крови. — Чита: Поиск, 2000.
Кузник Б.И., Васильев Н.В., Цыбиков Н.Н. Иммуногенез, гемостаз и неспецифиче-
ская резистентность организма. — М: Медицина, 1989.
Кузник Б.И., Морозов В.Г., Хавинсон В.Х. Цитомедины (25-летний опыт экспери-
ментального и клинического изучения). — СПб.: Наука, 1998.
Основы физиологии человека. T.l./Под ред. Б.И. Ткаченко. — СПб., 1994.
Прокоп О., Гёлер В. Группы крови человека. — М.: Медицина, 1991.
Ткаченко Б.И. Венозное кровообращение. — Л.: Медицина, 1979. — 222 с.
Шитикова А.С. Тромбоцитарный гемостаз. — СПб., 2000.
Ярилин А.А. Основы кровообращения и клинические методы изучения гемодина
мики. — Л.: Медгиз, 1963. — 404 с.
К главе 6
Беремжанова И.Л., Булекбаева Л.Э. Коханина М.И. Нервная регуляция лимфооб-
ращения. — Алма-Ата: Наука, 1980. — 204 с.
Гайтон Л. Физиология кровообращения. Минутный объем сердца и его регуляция:
Пер. с англ. — М.. Медицина, 1969. — 472 с.
Гарвей В. Анатомическое исследование о движении сердца и крови у животных:
Пер. с англ. — Л.: Изд-во АН СССР, 1948. — 234 с.
Гуревич М.И., Бернштейн С.Л. Основы гемодинамики. Киев: Наукова думка,
1979. - 230 с.
Дворецкий Дж.П. Ткаченко Б.И. Гемодинамика в легких.— М.: Медицина, 1987.—
288 с.
Джонсон П. Периферическое кровообращение: Пер. с англ. М.: Медицина,
1982. - 440 с.
Каро К., Педли Г., Шротер Р., Сид В. Механика кровообращения: Пер. с англ. —
М.: Мир, 1981. - 624 с.
Косицкий Г.И. Звуковой метод исследования артериального давления, — М.: Мед-
гиз, 1959. - 276 с.
Косицкий Г.И. Афферентные системы сердца. — М.: Медицина, 1975. — 207 с.
Косицкий Г.Я., Чернова И.А. Сердце как саморегулирующаяся система. — М.: Нау-
ка, 1968. 131 с.
Куприянов В.В., Караганов Я.Л. Козлов В.И. Микроциркуляторное русло, — М.:
Медицина, 1975. — 216 с.
Куприянов В.В., Бородин Ю.И., Караганов Я.Л. Выренков Ю.Е. Микролимфоло-
гия. — М.. Медицина, 1983. — 287 с.
Мойбенко А.А. Кардиогенные рефлексы в регуляции кровообращения. — Киев: На-
укова думка, 1979. — 263 с.
Морман Д., Хеллер Л. Физиология сердечно-сосудистой системы. — СПб.: Питер,
2000. - 256 с.
Орлов Р.С. Борисова Р.М. Лимфатические сосуды. — Л.: Наука, 1983,
Савицкий Н.Н. Биофизические основы кровообращения и клинические методы
изучения гемодинамики. —Л.: Медгиз, 1963. — 404 с.
Удельное М.Г. Физиология сердца. — М.: Изд-во МГУ, 1975. — 303 с.
Физиология и патофизиология сердца/Под ред. Сперелакиса. — М.: Медицина,
1998. - 624 с.
Фолков Б., Нил Э. Кровообращение: Пер. с англ. — М.: Медицина, 1976. — 463 с.
Хаютин В.М., Сонина Р.С., Лукошкова Е.В. Центральная организация вазомотор-
ного контроля. — М.: Медицина, 1977. — 352 с.
Чернух Л.М., Александров П.Я., Алексеев О.В. Микроциркуляция. — М.: Медицина,
1975. - 456 с.
К главе 7
Бреслав И.О., Глебовский В.Д. Регуляция дыхания. — Л.: Наука, 1981. — 280 с.
Сафонов В.А., Ефимов В.Л., Чумаченко Л.Л. Нейрофизиология дыхания. — М., 1980.
642
Сергиевский М.В., Меркулова Я.Л., Сабдрахманов Р.Ш. и др. Дыхательный центр.
М.: Медицина, 1975. — 184 с.
Словарь-справочник по физиологии и патофизиологии дыхания/Под ред. В.Д, Бе-
резовского. — Киев: Наукова думка, 1984.
Уэст Дж. Физиология дыхания. Основы. — М. 1988.
К главе 8
Бабкин Б.К. Секреторный механизм пищеварительных желез.— Л.: Медгиз, 1960 —
777 с.
Гальперин Ю.М., Лазарев Я.Я. Пищеварение и гомеостаз.— М.: Наука, 1986.— 304 с.
Климов П.К. Пептиды и пищеварительная система. — Л.: Наука, 1983. — 272 с.
Климов П.К., Фокина А.Л. Физиология поджелудочной железы. Регуляция внешне-
секреторной функции. — Л.: Наука, 1987. — 152 с.
Климов П.К. Барашкова ГМ. Физиология желудка. Механизмы регуляции. — Л.:
Наука. 1991. - 256 с.
Коротько Г.Ф. Желудочное пищеварение, его функциональная организация и роль
в пищеварительном конвейере. — Ташкент: Медицина, 1980. — 220 с.
Коротько Г.Ф. Введение в физиологию желудочно-кишечного тракта. — Ташкент:
Медицина, 1987. — 221 с.
Коротько ГФ. Секреция поджелудочной железы. — М.: Триада, 2002. — 220 с.
Кузнецов А.П., Григорович О.А. Желудочно-кишечный тракт и мышечная деятель-
ность. — Курган: Изд-во Курганск. гос. ун-та, 1998. — 128 с.
Лебедев Н.П. Биоритмы пищеварительной системы.— М.: Медицина, 1987.— 256 с.
Логинов А.С., Радбиль О.С., Алексеев В.Ф. Современные методы диагностики в кли-
нической гастроэнтерологии. — М.: Медицина, 1982. — 68 с.
Матросова Е.М.. Самохвалов В.И., Курыгин А.А. Системные регуляции деятельно-
сти желудка. — Л.: Наука, 1974. — 198 с.
Морозов И.А., Лысков Ю.Л., Питран Б.В. и др. Всасывание и секреция в тонком
кишечнике (субмикроскопические аспекты). — М.: Медицина, 1988. — 224 с.
Павлов И.П. Статьи по вопросам физиологии пищеварения (1877—1896 гг.).
В кн.: Поли. собр. соч. Т.П, кн. 1. — М.—Л., 1951. — 336 с.
Павлов И.П. Лекции о работе главных пищеварительных желез. Статьи по вопросам
физиологии пищеварения (1897—1911 гг.). — В кн.: Поли. собр. соч. Т.П. кн. 1. —
М.-Л. 1951.- 592 с.
Павлов И.П. Лекции по физиологии.— В кн.: Поли. собр. соч. Т. V.— 1952.— 566 с.
Сапроненко П.М. Иммунология желудочно-кишечного тракта.— Л.: Наука, 1987.—
159 с.
Смирнов К.В. Пищеварение и гипокинезия. — М.: Медицина, 1990. — 224 с.
Смирнов К.В., Уголев А.М. Космическая гастроэнтерология. Трофологические
очерки. — М.: Наука, 1981. — 277 с.
Суходола В.Д., Суходола И.В. Периодическая деятельность главных пищеваритель-
ных желез. — Томск: Изд-во ТГУ, 1987. — 151 с.
Уголев А.М. Энтериновая (кишечная гормональная) система. — Л.: Наука, 1978.
316 с.
643
Уголев А.М. Эволюция пищеварения и принципы эволюции функций. Элементы
современного функционализма. — Л.: Наука, 1985. — 544 с.
Уголев А.М. Естественные технологии биологических систем. — Л.: Наука, 1987.
317 с.
Уголев А.М., Радбиль О.С. Гормоны пищеварительной системы: физиология, пато-
логия, теория функциональных блоков. — М: Наука, 1995. — 283 с.
Физиология пищеварения: Руководство по физиологии. — Л.: Наука, 1974. — 762 с.
Физиология всасывания: Руководство по физиологии. — Л.: Наука, 1977. — 668 с.
Физиология челюстно-лицевой области/Под ред. С.М.Будылиной, В.П.Дегтяре-
ва. — М.: Медицина, 2000. — 352 с.
К главе 9
Бузник И.М. Энергетический обмен и питание. — М.: Медицина, 1976.
Вахрушев Я.М. Специфическое динамическое действие пищи. — Ижевск: Экспер-
тиза, 1996. — 116 с.
Држевецкая И.А. Основы физиологии обмена веществ и эндокринной системы. —
М.: Высшая школа, 1994. — 200 с.
Мак-Мюррей В. Обмен веществ у человека: Пер. с англ. — М.: Мир, 1980. — 368 с.
Спиричев В.В. Сколько витаминов человеку надо. — М, 2000. — 185 с.
Уголев А.М. Теория адекватного питания и трофология. — СПб.: Наука, 1991. —
271 с.
К главе 10
Блудов А. С. Особенности теплорегуляции у детей раннего возраста. — М.: Медгиз,
1954. - 80 с.
Гурин В.Н. Терморегуляция и симпатическая нервная система. — Минск, 1989. —
263 с.
Иванов К.П. Основы энергетики организма: теоретические и практические аспек-
ты. — Т. 1. — Общая энергетика, теплообмен и терморегуляция. — Л.: Наука,
1990. - 307 с.
Куно Я. Перспирация у человека (Неощутимая перспирация, потоотделение, вод-
но-солевой обмен): Пер. с англ. — М,: Изд-во иностр, лит., 1961. — 383 с.
Минут-Сорохтина О.П. Физиология терморецепции. ~ М.: Медицина, 1972. —
228 с.
Физиология терморегуляции: Руководство по физиологии. — Л. 1984.
К главе 11
Вандер А. Физиология почек/Под ред. Ю.В.Наточина.— СПб.: Питер, 2000.— 256 с.
Гинецинский А. Г Физиологические механизмы водно-соле во го равновесия.
М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1963. - 427 с.
Длоуга Г., Кршечек И., Наточин Ю. Онтогенез почки. — Л.: Наука, 1981. — 184 с.
644
Москалев Ю.И, Минеральный обмен. — М.: Медицина, 1985. — 288 с.
Наточин Ю.В. Основы физиологии почки. — Л.: Медицина, 1982. — 208 с.
Физиология водно-солевого обмена и почки/Под ред. Ю.В.Наточина. — СПб • На-
ука, 1993. - 576 с.
Фролов Б.А. Физиология и патофизиология кислотно-оснбвного состояния. — М.
Медицина, 1998. — 260 с.
Шюк О. Функциональное исследование почек. — Прага*. Авиценум, 1975. — 334 с.
К главе 12
Герасимова Л.И., Лупандин Ю.В. Физиология репродукции. — Петрозаводск, 1997.
Грачев И.Я., Галанцев В.П. Физиология лактации: Руководство по физиологии.
Л.: Наука. 1973. - С. 1—590.
Дуда В.И., Дуда Вл.И. Дуда И.В. Физиологическое акушерство. — Минск: Выш.
школа, 2000. — 447 с.
Кле М. Психология подростка: Психосексуальное развитие. — М.: Педагогика,
1991. - 171 с.
Савченков Ю.Я., Лобынцев КС. Очерки физиологии и морфологии функциональ-
ной системы мать—плод. — М.: Медицина, 1980. — 253 с.
К главе 13
Батуев А.С., Куликов Г.Л. Введение в физиологию сенсорных систем. — М.: Вы-
сшая школа, 1983. — 247 с.
Вартанян И.А. Физиология сенсорных систем. — СПб.: Лань, 1999. — 224 с.
Глезер В.Д. Зрение и мышление. — Л.: Наука, 1985. — 245 с.
Дудел Дж. и др. Физиология человека. Т.2. Физиология сенсорных систем: Пер. с
англ. — М.: Мир, 1985. — 238 с.
Физиология зрения/Под ред. А.Л.Бызова. — М.: Наука, 1992. — 704 с.
Физиология сенсорных систем. 4.1. Физиология зрения/Под ред. В.Г. Самсоно-
вой. — Л.: Наука, 1971. — 416 с.
Физиология сенсорных систем. Ч.2/Под ред. Г.В.Гершуни.— Л.: Наука, 1972,— 702 с.
Физиология сенсорных систем. Ч.З. Физиология механорецепторов/Под ред.
О.Б.Ильинского. — Л.: Наука, 1975. — 559 с.
Черниговский В.Н. Интерорецепция. — М.: Медгиз, 1960. — 659 с.
К главе 14
Агаджанян Н.Л. Торшин В.И. Экология человека/Избранные лекции. ~ М., 1994.
Анохин П.К. Биология и нейрофизиология условного рефлекса. — М.: Медицина
1968. - 547 с.
Асратян Э.А. Очерки по физиологии условных рефлексов. — М.: Наука, 1971.
359 с.
Батуев А.С. Высшие интегральные системы мозга. — Л.: Наука, 1981. — 255 с.
Батуев А.С. Высшая нервная деятельность. — М.: Высшая школа, 1991. — 256 с.
Беленков Н.Ю. Принцип целостности в деятельности мозга. М.: Медицина,
1981 - 311 с.
Бехтерева Н.П, Бундзен П.В. Гоголицин Ю.Л. Мозговые коды психической деяте-
льности. — Л.: Наука, 1977 — 165 с.
Вейн А.М., Хехт К. Сон человека. Физиология и патология. — М.: Медицина,
1989. - 272 с.
Виноградов М.И. Физиология трудовых процессов. — М.: Медицина, 1966. — 367 с.
Голубева З.А. Способности и индивидуальность. — М.: Прометей, 1993. — 305 с.
Данилова Н.Н., Крылова Л.Л. Физиология высшей нервной деятельности. М..
Уч. лит-ра, 1997 — 432 с.
Дилъман В.М, Большие биологические часы. Введение в интегральную медици-
ну. — М.: Знание, 1986.
Иваницкий А.М., Стрелец В.В., Корсаков И.А. Информационные процессы мозга и
психическая деятельность. — М.: Наука, 1984. — 200 с.
Коган А.Б., Чораян О.Г Вероятностные механизмы нервной деятельности. — Рос-
тов-на-Дону, 1980. — 175 с.
Комаров Ф.И., Раппопорт С.И. Хронобиология и хрономедицина. — М.: Триада-Х,
2000. - 488 с.
Косилов С.Л. Очерки физиологии труда. — М.: Медицина, 1965. — 241 с.
Костандов Э.А. Восприятие и эмоции. — М.: Медицина, 1977. — 248 с.
Лурия А.Р Основы нейропсихологии. — М.: Изд-во МГУ, 1973. — 374 с.
Меерсон Ф.З. Пшенникова Я.Г. Адаптация к стрессовым ситуациям и физическим
нагрузкам. — М.: Медицина, 1988. — 254 с.
Павлов И.П. Двадцатилетний опыт объективного изучения высшей нервной деяте-
льности (поведения) животных//Полн. собр. соч. Т.З. — М.—Л.: Изд-во АН
СССР, 1949. - 605 с.
Павлов И.П. Лекции о работе больших полушарий головного мозга//Полн. собр.
соч. Т.4. - М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1959. - 451 с.
Ротенберг В.С. Адаптивная функция сна. — М.: Наука, 1982. — 176 с.
Роуз С. Устройство памяти. От молекул к сознанию: Пер. с англ.— М.: Мир, 1995.—
384 с.
Сеченов И.М. Избранные философские и психологические произведения. — М.:
Господитиздат, 1947 — 647 с.
Сеченов И.М. Рефлексы головного мозга. — М.: Изд-во АН СССР, 1961. — 99 с.
Симонов П.В. Теория отражения и психофизиология эмоций.— М.: Наука, 1970.—
141 с.
Симонов П.В. Эмоциональный мозг. — М.: Наука, 1981. — 215 с.
Симонов П.В. Созидающий мозг. Нейробиологические основы творчества. — М.:
Наука, 1993. - 109 с.
Слоним Л.Д. Инстинкт. — Л.: Наука, 1967. — 160 с.
646
Соколов Е.Н. Нейронные механизмы памяти и обучения. — М.: Изд-во МГУ
1981. - 139 с.
Урываев Ю.В. Высшие функции мозга и поведение человека. — М.: Изд-во МГУ
1996. - 201 с.
Хьюбел Д. Глаз. Мозг. Зрение. — М.: Мир, 1990. — 239 с.
Циркин В.И., Трухина С.И, Физиологические основы психической деятельности i
поведения человека. — М.: Мед. книга, 2001. — 524 с.
Чижевский А.Л. Земное эхо солнечных бурь. — М.: Мысль, 1973.
Чораян О.Г. Кибернетика центральной нервной системы. — Ростов-на-Дону
Изд-во Ростовск. ун-та, 1995. — 140 с.
Чораян О.Г Естественный интеллект (физиологические, психологические и кибер
нетические аспекты). — Ростов-на-Дону, 2002.— 152 с.
Ягодинский В.Я. Ритм, ритм, ритм! Этюды хронобиологии. — М.: Знание, 1985.
192 с.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Агнозия 620
Аграфия 620
Адаптация 31
— вкусовая 582
— физиологическая 31
Аденогипофиз 143, 201
Адренорецепторы 183
Аккомодация 57, 548
Акт родовой 535
Актин 77
Альдостерон 220, 326
Аминокислоты заменимые 452
— незаменимые 452
Анаболизм 451
Антигены 252
Антикоагулянты естественные 268
Аппарат юкстагломерулярный 494
Аппетит 388
Асимметрия межполушарная 623
Ассимиляция см. Анаболизм
Астазия 136
Астения 136
Астигматизм 550
Астроциты 66
Атаксия 136
Аутохронометрия 634
— регуляция мозговая 637
Афазия 620
Афферентация обратная 29
— обстановочная 29
— пусковая 29
Базофилы 246
Баланс азотистый 453
Барьер гематоэнцефалический 109
Белки нейронов 61
Беременность, физиология 530
Билирубин 428
Биологические часы млекопитающих 636
Бледный шар 144, 147
Близорукость 549
Бугор зрительный 132
Бугры четверохолмия 127
Вазодилатация 321
Вазоконстрикция 321
Вентиляция альвеолярная 357
Вещество(а) базофильное 60
— пищевые 471
648
— сосудорасширяющие 323
— сосудосуживающие 322
Взаимодействие скелетно-мышечное 86
Волны перистальтические 420
Волокна мышечные 75
--структурная организация 77
— преганглионарная 175
— скелетные свойства 76
- — функции 76
Волюморецепторы 513
Газообмен 358
— транспорт СС>2 358
--О2 358
Гемоглобин, его соединения 238
Гемолиз 239
Гемопоэз нормальный 241
Гемостаз сосудисто-тромбоцитарный
261
Гиперволемия 513
Гипергликемия 458
Гипернатриемия 513
Гиперосмия 513
Гипертермия 489
Гипноз 604
— восприимчивость 605
Гиповолемия 513
Гипонатриемия 514
Гипоосмия 513
Гипосиалия 411
Гипоталамус 142, 201, 205, 488
Гипотермия 489
Гипофиз 214
Гиппокамп 140, 142
Глаз, строение 548
— функции оптического аппарата 548
Гландулоциты 93
Глотание 411
Глюкозурия 458
Голод 386
— проявления объективные 386
--субъективные 386
Гомеостаз 25
Гормон(ы) аденогипофиза 214
— гастроинтестинальные 399
— нейрогипофиза 216
— стероидные 206, 210
— тиреоидные 208, 210
— тиреотропные 201, 214
Давление альвеолярное 349
— артериальное, определение 311
---регуляция 323
-------длительного действия 326
-------нейрогуморальная 324
-------физиологическая 323
---способы измерения 311
— венозное 318
— легочное, изменения 349
— плевральное 349
Дальнозоркость старческая 549
Действие противоаллергическое 222
— противовоспалительное 222
Дефекация 439
Деятельность желудка, моторная 420
-------регуляция 420
— нервная высшая, тип меланхоличе-
ский 593
-------мыслительный 593
-------сангвинический 592
-------флегматический 592
------- холерический 592
-------художественный 593
— психическая 607
---основы нейрофизиологические 606
— психонервная 608
Дивергенция 106
Дизартрия 136
Дисметрия 136
Диссимиляция см. Катаболизм
Дистония 136
Диурез 519
Дифференциация половая 523
Дуга рефлекторная 98
---моносинаптическая 99, 120
---полисинаптическая 99
--- сегментарная 120
Дыхание внешнее 347
---регуляция 366
— контроль проприоцептивный 372
— координация с другими функциями
организма 373
— особенности при измененном парци-
альном давлении газов 375
-------физической нагрузке 375
— паттернов 366
— регуляция рефлекторная 371
Железа(ы) бруннеровы 431
— внутренней секреции 201
— желудочные 490
— кишечные 490
— либеркюновы 431
— молочные 490
---развитие 538
— околощитовидные 219
— пилорические 414
— пищеварительные 392
--инкреция ферментов 448
--секреция 392
~ поджелудочная 224, 448, 490
— половые 226
--женские 227
--мужские 226
— потовые 490
— сальные 490
— слюнные 447, 490
— фундальные 413
— щитовидная 218
— эндокринные 214
Желудок 448
Желчевыделение 428, 429
— стимуляция рефлекторная 430
Желчеобразование 428
— регуляция 429
Желчь 428
Жидкость цереброспинальная ПО
Звук, громкость 567
— интенсивность 566
— тональность 567
Зрение бинокулярное 562
— острота 560
— поле 560
Изотермия, регуляция 487
Иммунитет 252
— подавление 222
— регуляция 255
Иммуноглобулины 253
Инактивация 53
Индукция 591
Инкреция см. Секреция внутренняя
Иннервация парасимпатическая 411
— симпатическая 411
— пептидергическая 425
Интеграция 105
Интернейроны 116
Интерорецепторы 543
Ионорецепторы 173
Испарение 485
Калориметрия 461
Кальцитонин 219
Каналы ионные 42
Катаболизм 451
Катехоламины 209, 223
Кибернетика 21
Кимограммы 20
Кислород, потребление тканями 363
Кислоты желчные 444
Кишечник 448
Кишка толстая 438, 440
— тонкая 433
Клара-клетки см. Клетки секреторные
Клетка(и) аргентаффинные 431
— бокаловидные 431
— восстанавливающие костный мозг
241
— Гольджи 134, 144
— звездчатые 149
— кроветворная стволовая 241
— Панета 431
— Пуркинье 134
— секреторные 380
Комплекс пластинчатый 60
Конвекция 485
Конвергенция 105, 106
Константа(ы) длины 56
— жесткие 25
— пластичные 25
Кора большого мозга 148, 198
----- активность 155
----- области 152
— зрительная 142
— мозжечка 134
— моторная 142
— надпочечников 223
--гиперфункция 223
--гипофункция 223
Кортикостероиды 206
Кровообращение коронарное 332
— легочное 340
— мозговое 339
— регионарное 331
Кровоток, скорость объемная 314
Кровь, группы 257
--совместимость 257
--состав 257
— движение по венам 318
----- капиллярам 320
— количество в организме 230
— функции белков плазмы 232
— кругооборот, время 320
— основные функции 230
— свертывание 263
--механизм внешний 265
-----внутренний 267
--факторы клеточные 264
-----плазменные 264
— физико-химические свойства 233
— форменные элементы 237
— циркулирующая, объем, регуляция
329
— элементы, подсчет 272
Круг большого мозга артериальный 142
— виллизиев см. Круг большого мозга ар-
териальный 142
— кортико-лимбико-таламо-кортикаль-
ный 139
— Пейпеца 139
650
Лактация, регуляция нейрогуморальная
538
Легкие 490
— вентиляция 354, 356
— емкость 354
— метаболизм биологически активных
веществ 384
— растяжимость 350
— свойства эластические 350
— функции недыхательные 378
Лейкопении 244
Лейкопоэз, регуляция 248
Лейкоцитоз(ы) 244
Лейкоциты 244
Лизосомы 60
Лимфа, движение 344
— образование 343
— состав 343
Лимфоциты 247
Мембрана(ы) базальная 495
— клеточные 41
— фильтрующая 495
— щелевые 496
Микроглия 60
Микроциркуляция 316
Микроэлементы 460
Миозин 77
Миофибриллы 77
Митохондрии 60, 77
Мозг висцеральный 197
— головной, кровоснабжение 336
— продолговатый 124, 131
— спинной, кровоснабжение 336, 340
--организация морфофункциональ-
ная 113
-- нейронная 115
Мозг спинной, проводящие пути 117
-- рога 115
— средний, организация морфофункци-
ональная 127
--функции 128
Мозжечок 197
— взаимодействие с корой большого
мозга 137
— влияние на вегетативные функции
138
— контроль двигательной активности
135
— организация морфофункциональная
и связи 134
Моноциты 247
Мост мозга, функция проводящая 126
Мотонейроны 116, 369
Моча 519
Мочеиспускание 520
Мышление 615
Мышцы гладкие 88
— дыхательные 347
— межреберные 372
— скелетные 75
Надпочечники 220
Нейрогипофиз 143, 201
Нейрон(ы)58
— афферентные 63, 64
— биполярные 61
— бисенсорные 63
— веретенообразные 149
— гипоталамуса 143
— голубого пятна 126
— инспираторные 370
— истинно униполярные 61
— мономодальные 62
— моносенсорные 62
— мультиполярные 61
— обмен веществ 61
энергии 62
— пирамидные 149
— полимодальные 62
— полисенсорные 63
— преганглионарный автономный 175
— проприобульбарные 368
— псевдоуниполярные 61
— специфические 130
— стартовые 130
— строение 59
— типы 61
— фоновые 63
— эффекторные 175
— эфферентные 63, 65
Нейтрофилы 245
Нервы блуждающие 420
— симпатические 420
Нефрон(ы) интракортикальные 493
— кровоснабжение 492
— строение 492
— суперфициальные 493
— юкстамедуллярные 493
Норадреналин 92
Нутрициология 470
Обмен белков 451
— валовый 465
— веществ 451
--белковый 221
-- воды 459
--жировой 221
--липидов 455
--общий 461
--регуляция 221
--углеводный 221, 457
— фосфатидов 457
— энергии при труде умственном 469
------ физическом 468
Овершут 53
Оксигемоглобин 361
Олигодендроциты 66
Оплодотворение 530
Органы выделения 490
Органы половые женские 527
---мужские 528
Осморецепторы периферические 512
— центральные 512
Отдел парасимпатический 437
Память долгосрочная 596
— краткосрочная 595
— логическая 594
— мгновенная 594
— образная 594
— эмоциональная 594
Паратгормон 219
Пейсмекеры биологических ритмов
млекопитающих 636
Пептиды регуляторные желудочно-ки-
шечного тракта 399
Период послеродовой 535
Печень 490
— участие в обмене белков 443
------витаминов 443
------липидов 443
------эритрокинетике 443
— функции(я) 443
--- экскреторная 443
Пигменты желчные 428
— нейронов 60
Питание 470
— адекватное 476
— нормы 477
— основы теоретические 474
— сбалансированное полноценное 475
Пищеварение 386
— аутолитическое 389
— в желудке 413
---полости рта 408
---тонкой кишке 422
— значение 398
— полостное 432
---регуляция 397
— пристеночное 432
— симбионтное 388
— собственное 388
Пищеварительный тракт, деятельность
экскреторная 446
---система иммунная 449
---участие в водно-солевом обмене 446
---функции(я) непищеварительные
446
------ эндокринная 447
Плацента 532
651
Поведение человека половое 524
Поле рецептивное 98
Половые стероиды 207
Потенциал генераторный 63
— действия 5I
— калиевый равновесный 49
— максимальный диастолический 55
— псйсмекерный 55
— рецепторный 63
Почка(и), деятельность, регуляция 518
— искусственная 521
— роль в волюморегуляции 512
------осморегуляции 512
------регуляции ионного состава крови
514
------кислотно-основного состояния
514
— структура, особенности возрастные
522
— удаление, последствия 521
— физиология 490
— функция(и) гомеостатические 512
---инкреторная 516
---метаболическая 516
---методы изучения 491
---особенности возрастные 522
---экскреторная 515
Принятие решения, процесс психофи-
зиологический 610
Проведение возбуждения по нервам 67
------сальтаторное 68
------изолированное 68
Прогнозирование вероятностное 621
Пространство мертвое физиологическое
356
Психофизиология, основы 606
Пульс артериальный 313
---методы регистрации 314
— венный 319
Пучок Говерса 120
— Флексига 120
Рвота 422
Реабсорбция канальцевая 495, 498
Реакции(я) адаптационные 31
---долговременная 33
---неспецифические 31
— рефлекторная(ые) 98, 99
---бульбарные 99
---диэнцефальные 99
---кортикальные 99
---мезэнцефальные 99
---специфические 32
---спинномозговые 99
--- срочная 33
Регуляция гормональная, принципы
199
Резистентность организма неспецифи-
ческая 249
Рекрет 93
Релаксация желудка пищевая рецептив-
ная 420
Реография интегральная 289
Реполяризация 53
Рефлекс(ы) автономные 24, 121, 188
— ахиллов 123
— Бабинского 123
— барорецепторный 324
— безусловные 99
— брюшной 123
— вегетативные 188
— висцеро-висцеральный 189
— висцеродермальный 190
— висцеромоторные 121
— висцеросенсорный 190
— висцеросоматический 189
— Геринга—Брейера 312
— дермовисцеральный
— защитные 125
— зрачковый 550
— интегративные 100
— интероцептивные 99
— коленный 123
— координационные 100
— местные 24
— миотатические 121
— пищевого поведения 125
— поддержания позы 125
— подошвенный 123
— предплечья разгибательный 133
--сгибательный 123
— проприоцептивные 99
— сложнейшие 101
— статические 125
— статокинетические 125
— с глотки 371
--рецепторов бронхиол 372
--слизистой оболочки полости носа
371
-- трахеи 372
— условный 99, 585
--виды 589
--изучение, методы 587
--образование, стадии 588
--торможение 590
— центральные 24
— экстероцептивные 99
— элементарные 100
Рефракция глаза, аномалии 549
Рецепторы 27, 63
— вкуса 581
— Гольджи 576
— кожные 571
--адаптация 572
652
---возбуждение 572
— системы обонятельной 579
Рецепция болевая 573
— мышечная 575
— суставная 575
— температурная 572
Речь, центр акустический 619
---двигательный 619
--- оптический 620
Рибосомы 59
Ригидность децеребрационная 128
Рилизинг-фактор 200
Ритмы биологические 627
— инфрадианные 633
---классификация 628
--- короткопериодные 632
---циркадианные 629
Роды, физиология 535
Саморегуляция 427
Саркомер 77
Связь(и) 26
— обратные(ая) 26
---отрицательная 26
---положительная 26
— прямая 26
Секрет 93
Секреция внутренняя 93
— канальцевая 495, 504
— желудочная 415
— кишечная 431
— паралитическая 411
— торможение 416
Сенсорные системы, частная физиоло-
гия 548
Сердечный выброс 288
Сетчатка, нейроны 554
— структура 551
— функции 551
Сердце, деятельность, влияние центра-
льной нервной системы 299
---механизмы внутриклеточные 294
---регуляция 293
---гуморальная 302
---рефлекторная 300
---условнорефлекторная 301
--- ритм 283
— мерцание 279
— механизмы регуляторные внесердеч-
ные 295
— наполнение кровью 285
— проведение возбуждения 274
— рефлексы внутрисердечные 295
— трепетание 279
— функции(я) 291
--- нагнетательная 284
---эндокринная 306
— явления электрические 274
Синапсы 69
Синдром Броун-Секара 121
Система(ы) AB0
— вестибулярная, функции 571
---явления электрические 570
— висцеральные 582
— вкусовая 581
— гемостаза 261
— диффузная эндокринная 399
— дыхательная 351
---факторы защиты гуморальные 382
------клеточные 381
------механические 379
---функции защитные 378
— зрительная 548
---активность электрическая 555
---нервные пути 554
— калликреин-кининовая 327
— комплемента 252
— крови 272
— лимбическая 197
---организация морфофункциональ-
ная 139
— лимфатическая 342
---строение 342
---функции 346
— мать—плод функциональная 532
— мышечная, оценка функционального
состояния 87
— нервная автономная 187
------ синаптическая передача возбуж-
дения 182
------физиология 171
------часть метасимпатическая 178
------парасимпатическая 177
------симпатическая 176
---вегетативная см. Система нерег.ая
автономная
---центральная, методы исследования
97
— обонятельная 579
— поворотно-противоточная множите-
льная 507
— простагландинов 327
— резус 258
— сенсорные, методы исследования 541
---общая физиология 541
---строение 541
---функции основные 542
— сердца проводящая 277
— сигнальная вторая 607
— слуховая 562
---активность электрическая 565
— соматосенсорная 571
— сосудистая 307
— функциональная 26
653
--- аппараты управления 29
---принцип взаимодействия 28
------ иерархии 30
------изоморфизма 28
Скорость кровотока объемная 314
Слух бинауральный 568
Слуховая(ые) чувствительность 567
— ощущения 566
— функции 566
Слюна, свойства 410
— состав 410
Слюноотделение, регуляция 409, 410
Сновидения 603
Сознание 613
Созревание половое 524
Сок кишечный 431
Сокращение(я) мышечное(ые) 77
---режимы 81, 82, 83
---теплообразование 85, 86
---энергетика 85
— систолические 420
— тонические 420
Сома 59
Сон 601
— механизмы 601
— сновидения 603
— стадии 603
— стресс эмоциональный 604
— электроэнцефалограмма 602
Сосуды, влияния гуморальные 322
— иннервация 321
Сперматогенез 528
Статины 200
Ствол мозга 123
Стимуляция гуморальная 425
Таламус, организация морфофункцио-
нальная 131
Тело миндалевидное 141
— нейрона 59
Тельца пластинчатые 114, 115
— Фатера—Пачини см. Тельца пластин-
чатые
Теория голода и насыщения 386
------гормональная 387
------метаболическая 387
------термостатическая 387
— «скользящих нитей» 80
Теплоизлучение 485
Теплообразование 482
Теплоотдача 483
Теплопроведение 484
Терморегуляция 480
— физическая 483
— химическая 482
Терморецепторы 173, 543
Тироксин 218
Ткани возбудимые 39
---лабильность 55
---физиология 39
Ткань железистая физиология 93
— мышечная 74
— нервная, физиология 58
Ток переменный 58
— постоянный 56
Тракт пищеварительный 393
---кровоснабжение 402
---микрофлора 440
---функция моторная 393
Транспорт кислорода 360
— макромолекул 394
— углекислого газа 364
Тремор 136
Трийодтиронин 218
Тромбоциты 260
Тропины 200
Тропомиозин 77
Тропонин 77
Углеводы нейронов 62
Узел(узлы) крылонебный 178
— паравертебральные 176
— превертебральные 177
— ресничный 177
— ушной 178
Улитка, строение 563
Управление 21
Ухо внутреннее 563
— наружное 562
— среднее 562
Фибринолиз 270
— механизм активации внешний 270
-----внутренний 270
— неферментативный 271
— ферментативный 271
Фильтрация клубочковая 495
— гломерулярная см. Фильтрация клу-
бочковая
Фонокардиография 290
Формация ретикулярная 197, 488
---моста 127
-----ствола мозга 129
Формула лейкоцитарная 245
Фоторецепторы 543
Функции(я) пищеварительные, влияние
гиперкинезии 445
-----гипокинезии 444
— репродуктивная 523
— физиологическая 17
---саморегуляция 25
Хеморецепторы 173, 543
— артериальные 373
654
— центральные 373
Холинорецепторы 183
— мускариновые 183
— никотиновые 183
Хрономедицина 626
Хронофизиология 626
Цветовое зрение 559
Цветовой показатель 239
Центр(ы) гипоталамический 195
— голода 386
— дыхательный 126, 366
--функция гомеостатическая 366
-----двигательная 366
— менструальный 527
— мочеиспускания 521
— насыщения 386
— нервный 103
— пищевой 386
— регуляции висцеральных функций 193
— сердечный 286
— слюноотделения 126
— сосудодвигательный 126, 195, 322
— спинальные 194
— спиноцилиарный 194
— стволовые 194
— яичниковый 528
Цитокины 254
Часы биологические 626
Шок спинальный 123
Эйкозаноиды 210
Экскрет 93
Экстерорецепторы 543
Электрокардиограмма 280
Электроэнцефалограмма во время сна
601
Эмоция 598
Эндосекреция см. Секреция внутренняя
Эндотелий 228
Энергообмен, методы исследования
461
Эозинофилы 246
Эритрон 240
Эритропоэз, регуляция 242
Эритроциты 237
— функции 240
Эубиоз 442
Ядра(о) ассоциативные 133
— базальные 144
— Бехтерева 126, 127
— блуждающих нервов 125
— вентромедиальное 196
— Вестфаля—Эдингера 177
— гипоталамуса 142
— Дейтерса 126, 127
— Келликера—Фюзе
— красные 128
— нейрона 60
— неспецифические 133
— парабрахиальное медиальное 369
— паравентрикулярное 196
— подкорковые см. Ядра подкорковые
— специфические 132
— хвостатое 144
— Якубовича
Ядрышко 60
Учебник
ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА
Зав. редакцией Т.П, Осокина
Научный редактор Т.Н. Лосева
Художественный редактор С.Л. Андреев
Технический редактор В.И. Табенская
Корректор Л.А. Кокорева
ЛР № 010215 от 29.04.97 Сдано в набор
15.09.2002. Подписано к печати 04.11.2002.
Формат бумаги 70xl00J^6. Бумага офс. № 1.
Гарнитура Таймс. Печать офсетная. Усл.
печ.л. 53,63. Усл.кр.-отт. 54,62. Уч.-изд.л.
53,58. Тираж 10 000 экз. Заказ № 7735.
Ордена Трудового Красного Знамени издатель-
ство «Медицина». 101990, Москва, Петрове-
ригский пер., 6/8.
Отпечатано с оригинал-макета в ОАО «Мо-
жайский полиграфический комбинат».
143200, г. Можайск, ул. Мира, 93.