Анализ преподавания физиологии в российских вузах приводит к выводу, что оно не соответствует задаче формирования будущего врача. Одна из причин — размытость дисциплины, отсутствие ясного понимания того, какая именно физиология необходима современному врачу. В результате существенной разницы для медицинских вузов и, например, биологических факультетов нет, и студенты медики вынуждены воспроизводить (в последнее время чаще виртуально) вековой давности эксперименты на лягушках, изучать материал, необходимый для будущего исследователя, но не врача, насыщенный многими важными, но имеющими историческое значение концепциями. Кроме того, в принятых в настоящее время программах имеется существенный перекос в сторону суммы знаний, но не умения ими оперировать, чем и должен заниматься в дальнейшем врач, применяя физиологические принципы в диагностике и лечении.
В противоположность сегодняшним программам предлагается давно принятая в западных вузах парадигма медицинской физиологии, согласно которой студентам-медикам необходимо овладеть основными общепринятыми концепциями медицинской физиологии, т.е. уметь свободно оперировать теми базовыми представлениями о функционировании организма, которые приняты и служат теоретическим инструментом деятельности врача в мировом медицинском сообществе. Обсуждаются принципы формирования программ по медицинской физиологии, приводятся конкретные примеры.
Ежедневный практический опыт, знакомство с современными западными программами и системами преподавания, личное общение с врачами-практиками приводят к убеждению, что преподавание физиологии в медицинских вузах давно и в значительной степени перестало удовлетворять социальному заказу, предъявляемому этой ключевой теоретической основе медицины со стороны медицины практической. Это касается всех аспектов преподавания: содержания программ, методики практических занятий (ПЗ) и способов контроля, — ни то, ни другое, ни третье во многом не соответствует требованиям к подготовке современного врача. Тревожных сигналов, что это действительно так, поступает все больше, и самый явный из них — нарастающее сокращение часов на преподавание физиологии с целью перераспределения их в пользу практической подготовки студента. Нам представляется очевидным, что такое сокращение не является результатом некоего злого умысла или непонимания — любому практическому врачу, открывшему стандартную программу или практикум по физиологии, побывавшему на обычном практическом занятии (ПЗ) по этому предмету и столкнувшемуся там с давно устаревшими методиками, почтенными историческими концепциями и бесконечными лягушачьими экспериментами (реальными или виртуальными), станет ясно, что такая физиология в его практической работе не нужна.
Однако также очевидно, что сокращение самих основ теоретического мышления врача чревато серьезнейшими, чтобы не сказать катастрофическими, последствиями — превращением врача в фельдшера, бездумным следованием практическим рекомендациям, отсутствием индивидуального подхода и потерей национальных школ. В настоящей статье мы хотели бы обсудить 3 ключевых вопроса:
1. В чем состоит в настоящее время социальный заказ на преподавание физиологии в медицинских вузах?
2. В какой мере существующее преподавание физиологии удовлетворяет или не удовлетворяет этому заказу?
3. Каковы пути изменения преподавания физиологии с целью наиболее полного удовлетворения этого заказа?
Эти вопросы в равной мере затрагивают все 3 основные стороны преподавания физиологии:
1) содержание программы и требования к компетенциям специалиста;
2) методику проведения ПЗ
3) формы контроля.
Данная работа посвящена первому пункту, и лишь в конце статьи мы приведем примеры проведения ПЗ и контроля, так как эти аспекты неразрывно связаны с формированием правильных компетенций врача, отнюдь не сводящихся к простому знанию материала программы.
Социальный заказ на преподавание физиологии в медицинских вузах
Этот социальный заказ был четко сформулирован еще С.П. Боткиным: «Научить студентов умению применять естествознание у постели больного». О ведущей роли физиологии в формировании такого умения говорили ведущие зарубежные и отечественные ученые [1]. Иными словами, цель преподавания физиологии в медицинских вузах заключается в формировании у студентов теоретических знаний и навыков, необходимых для будущего врача (не физиолога, биофизика и т.п., а именно врача). По нашему мнению, эти знания и навыки представляют собой: 1) основные; 2) общепринятые; 3) концепции; 4) медицинской физиологии. Каждое из этих 4 определений нам представляется важным, и мы рассмотрим их по отдельности.
Медицинская физиология
Это определение подразумевает, что содержание дисциплины направлено на формирование будущего врача. Достаточно ли для этого привычной «нормальной физиологии» или «физиологии человека»? Во времена С.П. Боткина объем знаний по физиологии по сравнению с настоящим временем был крайне ограничен. Одного учебника и единой программы хватало для будущих ученых, врачей, всех тех, кому физиология была необходима по роду профессиональной деятельности. В настоящее время эта дисциплина несопоставимо разрослась, и сегодня существует физиология для биологических факультетов, ветеринарных вузов, спортивная физиология, физиология труда, авиационная физиология, возрастная физиология и т.д. Неудивительно, что мировая медицинская общественность живо откликнулась на эту новую реалию, и в настоящее время практически все западные учебники для медицинских вузов называются «Medical Physiology» — «Медицинская физиология» [2-9]. При этом их содержание (разумеется, не в фундаментальных принципах, а в их развитии и применении) существенно отличается от учебников физиологии для представителей других специальностей -студенты-медики не изучают разновидности метода локальной фиксации и классификацию нейронов виноградной улитки, а биологи — векторную теорию ЭГК и клинические показатели кислотно-основного равновесия.
К сожалению, в России дело пока обстоит совершенно иным образом. Такой дисциплины, как медицинская физиология, не существует вообще (на момент написания статьи нам было известно только одно учебное пособие, в названии которого фигурирует словосочетание «Медицинская физиология» [10]), и до сих пор на ряде учебников и учебных пособий стоят грифы типа «…может быть использовано студентами биологических и медицинских факультетов университетов», «для студентов вузов, обучающихся по медицинским и биологическим специальностям», что противоречит современному состоянию науки, общепринятой мировой практике и требованиям социального заказа на преподавание физиологии в медицинских вузах.
Из самого названия «Медицинская физиология» следует, что эта дисциплина должна готовить студента к применению физиологических концепций в клинической практике. Следовательно, основные акценты в ней должны делаться именно на этих, по сути клинико-физиологических, концепциях, которые реально работают в современной клинической практике, а не на классических экспериментах прошлых столетий, не на вопросах сравнительной физиологии животных и не на новейших фундаментальных разработках, пока еще далеких от внедрения в клиническую практику (хотя, разумеется, все эти аспекты вполне заслуживают упоминания — для формирования представлений о путях развития медицинской науки, широты кругозора и готовности к принятию новых концепций и методик в этой стремительно развивающейся области человеческой деятельности). Иными словами, на занятиях по электрокардиологии вполне уместно было бы упомянуть о роли Эйнтховена в становлении этой дисциплины, современных методах оценки хронотопографии возбуждения сердца и магнитокардиографии, но все же главной задачей должно быть овладение анализом электрокардиограммы (ЭКГ) для распознавания источника и хода волны возбуждения по сердцу. Здесь возникают 2 особенно частых возражения: 1 — «физиологи не должны затрагивать клинические вопросы»; 2 — «физиология не должна заменять патофизиологию».
Первое возражение в мировой практике давно снято с повестки дня. Во всех учебниках по «Medical physiology» имеется раздел, если не глава, посвященный клиническим аспектам разбираемой темы, и точно так же в программах по физиологии обязательно присутствуют такие клинические экскурсы. Очевидно, что рассматривать физиологические свойства сердца (автоматию, градиент автоматии, латентные и истинные пейсмекеры, проводимость, рефрактерность) неизмеримо подробнее, точнее и актуальнее на примере образцов ЭКГ, чем в эксперименте (будь то реальном или виртуальном) на сердце лягушки. Однако важно не заходить за границы медицинской физиологии и не вторгаться в те клинические вопросы, которые действительно «физиологи затрагивать не должны». На наш взгляд, эта граница определяется совершенно отчетливо: на занятиях по физиологии мы можем апеллировать только к той информации, которая относится к этой дисциплине, но зато этой информацией мы можем располагать в полной мере. Например, вопрос: «Что будет со временем кровотечения и временем свертывания у больного с дефектом некоего фактора свертывания» — вполне правомочен, так как направлен на понимание различий между коагуляционным и сосудисто-тромбоцитарным гемостазом. В то же время тот же вопрос, но в варианте: «Что будет у больного гемофилией…», без специального пояснения о том, что гемофилия есть дефект фактора свертывания, некорректен, так как понятие «гемофилия» к курсу физиологии не относится.
Второе возражение в мировой практике также в значительной мере снято. Иногда можно встретить высказывания, что во многих западных вузах нет такого предмета, как патофизиология, и поэтому ее содержание переносится в курс физиологии. Это не так: под тем или иным названием (например, mechanisms of diseases — механизмы заболеваний) патофизиологические механизмы, безусловно, преподаются, однако раздел между ними и медицинской физиологией (часто называемой, например, functions) совершенно четкий: к mechanisms of diseases относятся все те специфические для патологии процессы, которые нельзя объяснить с позиций нарушений нормальных физиологических процессов (опухолевый рост, атеросклероз, воспаление и пр.). Иными словами, все те нарушения, в том числе встречаемые в клинической практике, которые однозначно объясняются физиологическими закономерностями, могут и, более того, обязаны быть предметом дискуссий, разборов и задач в курсе медицинской физиологии.
Помимо этих двух соображений, относящихся к тому, какие предметы не должна подменять медицинская физиология, важно рассмотреть и обратную сторону -какие предметы не должны подменять медицинскую физиологию. Нередко встречаются попытки свести ее к функциональной диагностике или клинической физиологии. При всей важности этих предметов они являются отдельными дисциплинами, ни в коей мере не подменяющими медицинскую физиологию. Есть и тенденция чрезмерно смещать акценты в сторону молекулярной или академической физиологии.
Функциональная диагностика может быть частью медицинской физиологии, так как она представляет собой описание методов получения информации, необходимой для суждения о нарушении тех или иных функций, однако само это суждение может быть основано только на знании законов медицинской физиологии. Например, функциональная диагностика системы внешнего дыхания может предоставить данные о повышении сопротивления дыхательных путей, но ни в коей мере не заменить ни биомеханику дыхания, ни аэродинамику дыхания, ни вытекающую из этих разделов концепцию динамической обструкции дыхательных путей.
Клиническая физиология (существующая далеко не во всех вузах и часто в форме электива или факультатива) по содержанию близка к медицинской физиологии, но существенно различается по форме. Если медицинская физиология -это первая встреча студентов-медиков на младших курсах с теоретическими основами медицины, база, позволяющая осознанно разбираться в последующих клинических дисциплинах, то клиническая физиология — это некое «теоретическое подведение итогов», разбор уже знакомых студентам старших курсов клинических состояний с теоретических позиций, разъяснение сути их механизмов, проявлений, стратегий лечения и пр.
Молекулярная физиология
Современный врач, бесспорно, должен быть в курсе достижений молекулярной физиологии (для медицинского обучения это еще более актуально, так как вузы должны готовить специалистов с учетом отдаленной перспективы). В этом отношении очень характерно, например, широко известное руководство по клинической фармакологии по Гудману и Гилману [11], где в конце каждой главы есть раздел «Перспективы», откуда кардиолог может узнать о разработках в области блокады апоптоза для ограничения очага инфаркта, эндокринолог о потенциальных генотерапевтических методах устранения гормональных недостаточностей и пр. [11].
В то же время иногда есть тенденция к сокращению классической органной физиологии в пользу физиологии молекулярной. Эту тенденцию мы считаем крайне опасной: приехавший по вызову к больному со стенокардией врач должен прежде всего быстро поставить диагноз, в частности с использованием векторной теории ЭКГ, и при необходимости в кратчайший срок доставить больного в соответствующее отделение, а знание нескольких десятков калиевых каналов и молекулярного строения их ворот, разумеется, весьма приветствуется, но в данной и многих других ситуациях все же занимает не 1-е место.
Академическая физиология
Бесспорно, лишать преподавание физиологии его классических, фундаментальных корней означает резко обеднять мышление, сводить его к самому грубому прагматизму и в конце концов отказываться от воспитания будущего интеллигента, коим, безусловно, обязан быть (и был во все времена) врач. Однако сводить медицинскую физиологию к классической академической науке еще более опасно, так как врач с высокой общей эрудицией и медицинской безграмотностью все же опаснее, чем не очень интеллигентный профессионал своего дела. Здесь надо не только четко распределять весьма ограниченное время между академическими и медицинско-прикладными концепциями, но и тщательно выбирать первые.
Безусловно, концепции гомеостаза, рефлекторной теории, адаптации, эволюции и биологического смысла не могут не входить в арсенал современного врача, так как формируют его теоретическое мышление. Однако явно устаревшие и имеющие исключительно историческое значение (хотя порой и очень интересные) положения приходится за недостатком времени исключать. Надо четко понимать, что представления о центральном облегчении и центральной окклюзии имели значение только для построения Шеррингтоном своей концепции законов нервной ткани; что понятия «гомеометрическая» и «гетерометрическая» регуляция были нужны только Старлингу для дискуссии с Анрепом и другими физиологами, указывающими на иные (кроме механизма Франка) способы изменения силы сердечных сокращений; что представления о парадоксальных и ультрапарадоксальных состояниях клеток коры головного мозга сослужили колоссальную службу в развитии концепции высшей нервной деятельности (ВНД), но в настоящее время, как и представления о «животных духах», не должны преподноситься как базовые мозговые механизмы (что, как и в случае «животных духов», не умаляет ценности концепции в целом). Концепции
Это положение означает, что основные знания и навыки по физиологии, необходимые будущему врачу, представляют собой не набор разрозненных фактов, а знание основных, лежащих в основе клинического мышления концепций, и умение ими оперировать («не сумма знаний, а способ мышления»). Врач принципиально отличатся от фельдшера тем, что первый оперирует преимущественно знаниями, второй — концепциями.Типичный пример — уже упоминаемая ЭКГ: современный врач должен не только знать наизусть стандартные варианты ЭКГ, но и, столкнувшись со сложными сочетанными нарушениями, уметь разобраться в них с привлечением векторной теории и знаний физиологических свойств сердца. К типичным концепциям медицинской физиологии относятся, например, законы гемодинамики, биомеханика дыхания, концепция вентиляционно-перфузионного отношения и пр. Свести их к отдельным разрозненным знаниям так же невозможно, как, например, свести классическую динамику к знанию законов Ньютона без понимания их сути и связи между ними.
Общепринятые концепции
Это определение означает, что указанные концепции признаны в качестве стандартов в мировой медицинско-физиологической и клинической литературе. Определиться с набором этих концепций несложно: они излагаются во всех современных авторитетных учебниках по медицинской физиологии, во всех солидных руководствах по медицине (где каждому разделу предшествует теоретический экскурс). Иногда даже создается впечатление, что авторы переписывают друг у друга один и тот же текст, но это лишь свидетельствует об общепринятости данных концепций: списывать их невозможно, как таблицу умножения. С появлением новых учебников эти концепции обогащаются новыми данными, но суть их остается неизменной — таковы модель Ходжкина-Хаксли, векторная теория ЭКГ, базовые принципы поддержания кислотно-основного равновесия, организация нейронных контуров мозжечка и т.п.
Основные концепции
Это определение означает, что из всего набора общепринятых концепций медицинской физиологии следует выбирать прежде всего те, которые необходимы для деятельности любого врача, а не узкого специалиста. Еще один важный момент заключается в экспоненциальном нарастании знаний как в области самой физиологии, так и в области других дисциплин, изучаемых в медицинских вузах (а также в появлении новых дисциплин типа медицинских нанотехнологий, молекулярной физиологии и пр.). Отсюда вытекает совершенно очевидная тенденция к нехватке времени, быстрому и бездумному выучиванию нарастающего количества несистематизированных фактов, неумению вычленять главное из второстепенного. Это неминуемо ведет к необходимости отбора первостепенного знания (core knowledge), отсеивания того, что не является необходимым для формирования базовых концепций — словом, к возвращению к знаменитому положению Эсхила: «Мудр не тот, кто знает многое, а тот, кто знает нужное». Формирование программы
По нашему глубокому убеждению, при формировании программы по медицинской физиологии абсолютно необходим учет требований современной клинической практики и принятых в ней концепций и подходов. Его можно обеспечить: 1) привлечением клиницистов к рецензированию программ и формированию рекомендаций; 2) ознакомлением с тем опытом, который уже имеется в учебниках по «Medical Physiology» и ведущих клинических руководствах (например, [11, 12]) — как уже говорилось, в них перед началом каждого раздела имеется теоретический экскурс, и он практически всегда одинаков, так как представляет собой те самые основные общепринятые концепции, «стандарты мировой медицинской физиологии».
Примеры
В качестве примеров традиционного и предлагаемого подходов к преподаванию физиологии рассмотрим тему «Физиологические свойства сердечной мышцы».
Традиционный подход
Практикум по физиологии в большинстве случаев сводится к воспроизведению или наблюдению классических экспериментов и конспектированию хода работы, результатов и выводов. На данном занятии студентам предлагается воспроизвести такие эксперименты, как «Исследование рефрактерного периода сердца с помощью вызова экстрасистолы» (Работа № 1), «Анализ проводящей системы сердца (опыт Станниуса)» (Работа № 2) и пр. (см., например, [13]) (рис. 1. А-Б). Эти работы (в реальном или виртуальном виде) сводятся к обездвиживанию лягушки, обнажению ее сердца, налаживанию записи его сокращений на кимографе, воспроизведению соответствующего эксперимента, записи заранее ожидаемых результатов («Отметьте экстрасистолу и компенсаторную паузу»), «формулировке» выводов, уже сделанных около века назад и заранее содержащихся в практикумах («Объясните происхождение и значение компенсаторной паузы»). Цель такого рода практикума мы обсудим ниже, но здесь считаем важным прокомментировать приведенные в качестве примеров практические работы, так как некоторые присущие им недостатки носят общий характер и касаются многих работ из классических практикумов.
Работа № 1. При таком (повсеместно принятом) подходе студентам навязывается мысль о том, что желудочковая экстрасистола всегда сопровождается компенсаторной паузой, что не соответствует истине и, что гораздо опаснее, подменяет творческое свободное оперирование физиологическими понятиями, зазубриванием ложной в данном случае закономерности: желудочковые экстрасистолы действительно часто сопровождаются компенсаторной паузой, но бывают и интерполированными (см. ниже), и умение студента творчески разобраться в причинах возникновения тех и других уже на II курсе гораздо ценнее механического запоминания. (Отметим, что уже само наличие понятий «экстрасистола» и «компенсаторная пауза» в программах по физиологии снимает возражения типа «физиология не должна затрагивать клинические вопросы» или «физиология не должна затрагивать вопросы патофизиологии».)
Работа № 2. Часто приводимое в практикумах объяснение опыта Станниуса содержит целый комплекс недоразумений. Пример: «В проводящей системе сердца лягушки различают несколько отделов, обладающих разной степенью автоматизма:
1) узел Ремака, расположенный между венозным синусом и предсердиями, который обладает наибольшей степенью автоматии и является водителем ритма сердца;
2) узел Биддера, расположенный в межпредсердной перегородке на границе с желудочком, от которого в стенку желудочка идут волокна Пуркинье;
3) узлы Догеля, расположенные ниже предыдущего узла» [14].
При этом: 1) указанные узлы относятся к внутрисердечной проводящей системе, а не к проводящей системе сердца; 2) сам Станниус был адептом нейрогенной теории автоматии, поэтому делал выводы о происхождении автоматии в указанных нервных узлах и о градиенте автоматии между ними. Таким образом, при объяснении студентам сути этого эксперимента надо либо сознательно исказить историю, либо умолчать об основных идеях Станниуса, оставив только градиент автоматии, без разъяснений.
Как видим, традиционный подход направлен на усвоение самых общих (для студентов любых биологических, медицинских, ветеринарных, спортивных и других вузов) концепций классической физиологии, а практические работы в значительной степени основаны на воспроизведении (реальном или виртуальном) экспериментов вековой давности, преимущественно на лягушках, часто с неверной или неполной (на настоящее время) интерпретацией.
Подход с позиций медицинской физиологии
Этот подход требует не только иного содержания, но и иных форм проведения ПЗ: физиология требует от будущего врача не умения обездвиживать лягушек или зазубривания вариантов ЭКГ (без запоминания стандартных вариантов, разумеется, не обойтись, но это предмет и специфика других дисциплин), а умения оперировать теоретическими знаниями для решения практических задач, в том числе нестандартных (а для студента II курса практически любая задача из области медицинской физиологии нестандартна, что сильно облегчает разработку планов занятий). Такому требованию полностью соответствует методика PBL (problem-based learning — проблемное обучение), разработанная более 40 лет назад и сразу показавшая свою высокую эффективность, а заодно и крайне низкую эффективность традиционных методик [15, 16]. Подробности применения методики PBL в курсе физиологии с учетом специфики российских учебных заведений выходят за рамки данной статьи, но, как нам представляется, одна из самых ценных особенностей этой методики для преподавания физиологии в медицинских вузах заключается в том, что ПЗ посвящаются не «разбору материала» (для такого предмета, как физиология, такой «разбор» по меньшей мере мало полезен, а по нашему мнению, часто бывает скорее вреден, так как отучает от самостоятельного достижения целей), а решению проблем на основе освоенного материала. Именно этим, по сути, и занимается врач при применении теоретических знаний к клиническим ситуациям.
Мы приведем один из возможных примеров вариантов проведения ПЗ по электрическим свойствам сердца, основанных по содержанию на материале медицинской физиологии, а по форме — в значительной мере на принципах PBL (разумеется, помимо приведенной методики, ПЗ включает контроль, краткий разбор действительно сложного материала, совместное формулирование основных положений и прочие традиционные дидактические методы).
1. К занятию подготавливается комплект электрокардиограмм (ЭКГ) с характерными нарушениями ритма и проводимости, специально подобранных для анализа всех разбираемых электрических свойств сердечной мышцы. Примеры таких ЭКГ приведены на рис. 2.
2. Студентам в самом кратком виде разъясняется происхождение основных зубцов ЭКГ (если подробный анализ ЭКГ, в том числе векторный, еще не разбирался). Для достижения поставленных в данной методике целей им достаточно знать, что: а) зубец P отражает распространение деполяризации по предсердиям,комплекс QRS — по желудочкам, а изолиния во время сегмента PQ связана с тем, что возбуждение распространяется только по атриовентрикулярному (АВ) узлу и потому не отражается на поверхности тела; б) примерное правило «3 по 0,1»: верхние значения длительностей зубца P, сегмента PQ и комплекса QRS соответствуют примерно 0,1 с. Этих простейших знаний необходимо и достаточно для решения большого класса задач, при которых студенты оперируют всеми изучаемыми закономерностями электрических свойств сердца.
3. Суть задания состоит в следующем — по каждой из кривой студент должен ответить:
а) какие несоответствия нормальной ЭКГ есть на кривой;
б) как нарушена нормальная последовательность возбуждения камер сердца;
в) как это можно объяснить с позиций знаний о физиологических свойствах сердца.
Преподаватель выполняет функцию консультанта/модератора, отвечая на возникающие вопросы (желательно — наводящими вопросами), оценивая и обобщая ответы и (не обязательно, но крайне полезно) приводя клинические названия для опознанных студентами нарушений.
Здесь мы достаточно подробно опишем ожидаемый от студентов (далее Ст.) анализ, комментарии преподавателя (далее Пр.) и возможное развитие темы на примере одного случая (первых двух кривых). Затем более кратко опишем остальные приведенные кривые и те физиологические выводы, которые можно сделать из их анализа.
Вариант подробного анализа и дискуссии (рис. 2, кривые 1, 2)
Ст.: На кривой 1 в цикле № 3 имеется зубец P, но нет комплекса QRS. Следовательно, возбуждение не прошло через АВ-узел. Это объясняется особенностями затрудненного проведения в АВ-узле, в результате которого какие-то импульсы из предсердий могут через него не проходить. На кривой 2 видно удлинение интервала PQ за счет сегмента PQ. Это свидетельствует о сниженной скорости проведения возбуждения через АВ-узел, что тоже объясняется упомянутыми особенностями.
Пр.: Верно. АВ-узел характеризуется низкой лабильностью и низкой скоростью проведения. На кривой 1 мы видим результат еще более сниженной лабильности, а на кривой 2 — скорости. На клинических циклах вы будете проходить это под названием «АВ-блокады»: кривая 2 -блокада I степени (все импульсы проходят, но замедленно), кривая 1 — II степени (некоторые импульсы не проходят). А, кстати, всегда ли это патологическое состояние? Не может ли быть такого в норме, и если да, то почему?
Ст.: Наверное, может при резко повышенном тонусе блуждающих нервов. Они ведь оказывают отрицательный дромотропный эффект, т.е. как раз снижают скорость и лабильность проведения в АВ-узле. Только может ли быть настолько выражен тонус блуждающих нервов у человека, чтобы вызвать АВ-блокаду, тем более II степени?
Пр.: Может, и вы имеете шанс столкнуться с этим в вашей будущей деятельности у высокотренированных спортсменов. А почему, как вы думаете?
(И т.д. Это лишь одна ветка беседы, возможная, разумеется, если студенты уже знакомы с регуляцией деятельности сердца.)
Краткий анализ других вариантов
Кривая 3 представляет собой полную АВ-блокаду. При ее анализе отрабатываются такие понятия, как: а) истинные и латентные пейсмекеры; б) градиент ав-томатии; в) одно из условий соподчинения пейсмекеров (электрическая связь между ними). Кривые 4 и 5 представляют собой ритмы из АВ-соединения: замещающий 4 и ускоренный 5. При их анализе снова отрабатываются понятия истинных и латентных пейсмекеров и градиента автоматии, однако его роль подчеркивается особенно ярко: видно, что ведущую функцию пейсмекера определяет не его локализация, а только наибольшая собственная частота. Кроме того, обобщение кривых 3, 4 и 5 показывает все причины, по которым может вступить в действие латентный пейсмекер: а) электрическое разобщение; б) снижение частоты разрядов истинного пейсмекера; в) повышение частоты разрядов латентного пейсмекера. На кривой 6 видно внезапное появление идиовентрикулярного (желудочкового) ритма. Эта кривая позволяет отработать понятие пейсмекеров I, II и III порядков и еще раз подчеркнуть различия в их собственной частоте. Кривые 7 и 8 представляют собой классическую (с компенсаторной паузой) и интерполированную (вставленную) желудочковые экстрасистолы.
На их примере отрабатывается представление о рефрактерном периоде миокарда. Этот пример дополнительно ценен тем, что в большинстве пособий по физиологии утверждается, что желудочковая экстрасистола всегда сопровождается компенсаторной паузой; это положение часто бездумно зазубривают, даже не связывая с рефрактерным периодом. Анализ интерполированных экстрасистол, при которых экстрасистолический потенциал действия успевает закончиться до поступления очередного нормального импульса из синусного узла, разрушает это неверное представление, дает возможность творчески оперировать понятием «рефрактерный период» и делает мышление менее ригидным. Кривые 9 и 10 демонстрируют 2 разновидности предсердных экстрасистол: общепринятую в пособиях по физиологии (при которой возбуждение входит в синусный узел, деполяризует его и вызывает сдвиг по фазе сердечного ритма) и с типичной компенсаторной паузой (при которой очередной нормальный импульс из синусного узла наталкивается на рефрактерный период экстрасистолического предсердного сокращения). Этот пример также разрушает часто встречаемое в пособиях по физиологии положение о том, что предсердные экстрасистолы не сопровождаются компенсаторными паузами, заставляет творчески подходить к каждому случаю с привлечением физиологических концепций.
Заметим, что описанный метод является лишь средством (причем одним из нескольких) проведения ПЗ. В зависимости от группы способ использования этого средства может быть разным — от общей дискуссии с преподавателем в роли ведущего до классического уже TBL (Team-Based Learning — бригадное обучение), когда группу разбивают на малые бригады и каждой дают разные (для последующего взаимного обмена опытом) или одинаковые (для последующей дискуссии, в том числе в виде ролевой игры) задания. Есть масса других применений, и все они обладают, по нашему мнению, целым рядом преимуществ, поскольку соответствуют будущей деятельности врача и требуют постоянного творческого мышления.
Преимущества
На наш взгляд, данный способ проведения занятия обладает по меньшей мере следующими преимуществами перед традиционным.
1. Студент погружается в среду реальных медицинских проблем, что: а) имеет резко мотивирующее значение (по сравнению с обезглавливанием лягушки); б) сразу дает представление о важности физиологии для будущей врачебной деятельности; в) с первых же курсов готовит к этой деятельности.
2. Студент оперирует знаниями, а не зазубривает их, при этом механическое запоминание заменяется формированием мышления (да и само запоминание облегчается, так как память человека, как известно, носит смысловой характер).
3. Работа студента носит прежде всего самостоятельный характер (но при этом, что чрезвычайно важно, под руководством преподавателя, направляющего эту работу, обобщающего материал, задающего новые направления и пр., что существенно эффективнее самостоятельной работы с учебником). Это та самая «студентоцентрированность», которая с самого начала считалась одним из главных достоинств PBL (а затем TBL и других инновационных высокоэффективных методик).
4. Студент приучается к анализу графиков и кривых, самостоятельному выявлению их ключевых элементов и имеющихся нарушений — навыкам, которыми, как показывает практический опыт, владеют далеко не все студенты, по крайней мере на II курсе.
5. ПЗ приобретают истинно практический смысл, в отличие от разбора материала, т.е. обычно микролекций (в лучшем случае интерактивных), вред которых, на наш взгляд, перевешивает пользу, так как студент привыкает к тому, что ему «все дают», тогда как он должен искать и «брать» сам,особенно на ранних курсах, когда вчерашние школьники только учатся учиться.
Заключение
Мы отдаем себе отчет в том, что данная статья носит прежде всего полемический характер и не претендует на создание законченной альтернативной системы преподавания физиологии в медицинских вузах. Мы понимаем также, что прямое перенесение даже наиболее эффективных западных систем (PBL, TBL, CBL) без учета национальных особенностей: социальных, психологических, организационных и пр. — может только ухудшить дело, сломав пусть устаревшую, но отработанную систему и ничего цельного не предоставив взамен. Об этом мы подробно писали в статье, посвященной принципам контроля в преподавании физиологии [17]. Однако мы убеждены, что физиология, построенная по принципу «лекция-разбор материала-без-думное повторение (обычно виртуальное] классического эксперимента-контроль», не соответствует требованиям современного стиля жизни общества и деятельности врача и рано или поздно уступит место медицинской физиологии и эффективным современным педагогическим подходам. И в данном случае «рано, а не поздно» играет ключевую роль.
Литература
1. Вагин Ю.Е. Физиология — теоретическая основа медицины // Сеченовский вестн. 2013. № 4 (14). С. 18-24.
2. Гайтон А.К. Медицинская физиология : пер. с англ. М. : Логосфера, 2008. 1296 с.
3. Boron W.F., Boulpaep E.L. Medical Physiology. Philadelphia : Elsevier Science, 2003. 1319 p.
4. Ganong W.F. Review of Medical Physiology. New York : McGraw-Hill Companies, 2001. 870 p.
5. Halsey C.R., Kibble J. Medical Physiology: the Big Picture. McGraw-Hill Professional, 2008. 512 p.
6. Johnson L.R., Byrne J.H. Essential Medical Physiology. 3rd ed. Academic Press, 2003. 1008 p.
7. Khurana I. Textbook of Medical Physiology. 2nd ed. Elsevier India, 2005. 1000 p.
8. Raff H., Levitzky M.G. Medical Physiology: a Systems Approach. New York : McGraw-Hill, 2011.
9. Rhoades R.A., Tanner G.A. Medical Physiology. Philadelphia : Lippincott Williams and Wilkins, 2003. 781 p.
10. Алипов Н.Н. Основы медицинской физиологии. 3-е изд. М. : Практика, 2016. 496 с.
11. Гилман Г., Хардман, Лимберд Л. Клиническая фармакология по Гудману и Гилману : пер. с англ. М. : Практика, 2006.
12. Фаучи Э., Браунвальд Ю., Иссельбахер К. и др. (ред.). Внутренние болезни по Тинсли Р. Харрисону : пер. с англ. М. : Практика, 2002.
13. Будылина С.М., Смирнов В.М. (ред.). Руководство к практическим занятиям по нормальной физиологии. М. : Academia, 2005. 332 с.
14. Шибкова Д.З. Практикум по физиологии человека и животных : учебное пособие. 4-е изд., испр. Челябинск : Изд-во Челяб. гос. пед. ун-та, 2015. 244 с.
15. Barrows H., Tamblyn R. Problem-Based Learning: an Approach to Medical Education. New York : Springer, 1980.
16. Maudsley G. Do we all mean the same thing by «problem-based learning»? A review of the concepts and a formulation of the ground rules // Acad. Med. 1999. Vol. 74. P. 178-185.
17. Алипов Н.Н., Соколов А.В., Сергеева О.В. Контроль знаний в медицинских вузах: проблемы и пути решения // Мед. образование и проф. развитие. 2013. № 4. С. 55-63.
References
1. Vagin Yu.E. Physiology-the theoretical basis of medicine. Sechenovskiy vestnik [Sechenov bulletin]. 2013; 4 (14): 18-24. (in Russian)
3. Boron W.F., Boulpaep E.L. Medical physiology. Philadelphia: Elsevier Science, 2003: 1319 p.
4. Ganong W.F. Review of medical physiology. New York: McGraw-Hill Companies, 2001: 870 p.
5. Halsey C.R., Kibble J. Medical physiology: the big picture. McGraw-Hill Professional, 2008: 512 p.
6. Johnson L.R., Byrne J.H. Essential medical physiology. 3rd ed. Academic Press, 2003: 1008 p.
7. Khurana I. Textbook of medical physiology. 2nd ed. Elsevier India, 2005: 1000 p.
8. Raff H., Levitzky M.G. Medical physiology: a systems approach. New York: McGraw-Hill, 2011.
9. Rhoades R.A., Tanner G.A. Medical physiology. Philadelphia: Lippincott Williams and Wilkins, 2003: 781 p.
10. Alipov N.N. Basics of medical physiology. 3rd ed. Moscow: Practika, 2016: 496 p. (in Russian)
11. Gilman G., Khardman D., Limberd L. Clinical pharmacology by Goodman and Gilman. Moscow: Practika, 2006. (in Russian)
12. Fauchi E., Braunval’d Yu., Issel’bakher K., et al. (eds). Internal medicine by Tinsley R. Harrison. Moscow: Practika, 2002. (in Russian)
13. Budyldina S.M., Smirnov V.M. (eds). A guide to practical exercises on normal physiology. Moscow: Academia, 2005: 332 p. (in Russian)
14. Shibkova D.Z. Workshop on human and animal physiology: Textbook. 4th ed., corrected. Chel’yabinsk: Izd-vo Chel. gos. ped. un-ta, 2015: 244 p. (in Russian)
15. Barrows H., Tamblyn R. Problem-based learning: an approach to medical education. New York: Springer, 1980.
16. Maudsley G. Do we all mean the same thing by «problem-based learning’»? A review of the concepts and a formulation of the ground rules. Acad Med. 1999; 74: 178-85.
17. Alipov N.N., Sokolov A.V., Sergeeva O.V. Control of knowledge in medical schools: problems and solutions. Meditsinskoe obrazovanie i professional’noe razvitie [Medical Education and Professional Development]. 2013; (4): 55-63. (in Russian)
УДК 612.1./.8(075) ББК 28.903 Ф11 Рецензент акад. РАМН, Н. А. Агаджанян В написании подразд. 10.10.6 принимал участие канд. биол. наук И.Ф. Беленичев; подразд. 14.13 — проф. М.М. Середенко. Филимонов В. И. Ф11 Руководство по общей и клинической физиологии.— М.: Медицинское информационное агентство, 2002. — 958 с.: ил. ISBN 5-89481-058-2 Книга представляет собой подробное руководство по физиологии человека. Она подготовлена в соответствии с программой по нормальной физиологии для студентов медицинских вузов и может использоваться в качестве учебника. В связи с необходимостью подготовки врачей ши- рокого профиля разделы книги существенно расширены за счет глав, материал которых можно отнести к «клинической физиологии ». В конце глав приведены тестовые вопросы для самоконтроля усвоения материала. Руководство предназначено для студентов медицинских вузов и био- логических факультетов университетов, а также для врачей всех спе- циальностей. УДК 812.1./.8(075) ББК 28.903 © Филимонов В.А., 2002 © ООО «Медицинское информационное агентство», 2002 ISBN 5-89481-058-2 Все права защищены. Никакая часть дан- ной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без пись- менного разрешения владельцев автор- ских прав.
ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА Физиология (греч. physis — природа, logos — учение) — наука, изучающая закономерности функционирования живых организмов и их отдель- ных структур (клеток, тканей, органов и функциональных систем). С точки зрения физиологии, функция — это специфическая деятельность органа или системы. К примеру, функцией мышечной ткани является сокращение, а ней- рона — возбуждение и торможение. Физиология является экспериментальной наукой. Эксперимен- ты проводятся на животных и могут быть острыми или хроническими: - острые опыты заключаются в том, что исследуется функция какого-либо изолированного органа (его части). Для этого под наркозом выполняется соответствующая операция, а затем проводится необходимое исследование {in vivo). Орган может выделяться из организма, и исследование проводится in vitro', - хронический эксперимент заключается в том, что во время операции живо- тное только подготавливается к последующему исследованию (вживляется какой-либо датчик, выводится фистула и т. п.). Это позволяет в последую- щем проводить исследования многократно и на ненаркотизированном жи- вотном. Наиболее ярким основоположником этого метода был великий рус- ский физиолог Павлов И. П. (1849-1936). Однако полностью переносить на человека данные, полученные при ис- следовании животных, не всегда выполнимо, так как функции ряда органов и систем у них могут отличаться не только количественно, но и качественно. В последние десятилетия появилась возможность проводить широкий круг исследований на людях (основным условием здесь является абсолютная без- вредность их для здоровья). Это стало реальным, благодаря появлению раз- нообразных приборов, позволяющих фиксировать различные функциональ- ные параметры организма, его отдельных органов. Физиология является одной из наиболее важных базовых дисциплин при подготовке врача. В медицинских вузах физиология как учебный предмет изучается на кафедрах нормальной и патологической физиологии. Значение физиологии в подготовке врача огромно. Большинство болезней в первую очередь проявляется нарушением функций. Поэтому без знания функции здорового организма нельзя установить ее нарушение, а значит, правильно определить пути лечения. Исходя из перечисленных выше требований к нормальной физиологии, при изложении материала данного учебника научные разработки приводят- ся без излишних ссылок на авторов, освещения спорных гипотез. Кроме то- го, для сокращения объема издания максимально убрано описание методов исследования изучаемых функций. Основанием для этого послужило то, что в настоящее время в достаточном количестве имеются «Практикумы» по нормальной физиологии, где и приводится подробное описание методов и методик. Часть их изучается в курсе «Биофизика». Кроме того, с методика- ми, применяемыми в клинике, студенты будут подробно знакомиться при изучении соответствующих дисциплин.
ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА 4 Физиология изучает не только сами функции, но и механизмы их регуля- ции, в зависимости от потребностей организма в конкретных условиях суще- ствования. Организм человека представляет собой единое целое, состоящее из кле- ток, тканей, органов. Можно проследить динамику изменения функциональ- ных проявлений на уровне различной структурной организации организма. Так, клетки (по крайней мере их подавляющее большинство) выполняют практически все функции живого: размножаются, осуществляют обмен ве- ществ и обладают механизмами для саморегуляции этих процессов. Ткани теряют некоторые функции, свойственные клетке, но зато при дифференци- ровке возрастает их функциональная специализация, в результате чего функ- ции становятся более совершенными. Органы, состоящие из нескольких тка- ней, еще больше специализируются на выполнении определенных функций, но при этом многое, свойственное клетке, в еще большей степени теряется (например, полностью утрачивается способность размножаться). Объедине- ние органов в функциональные системы приводит к дальнейшей функцио- нальной специализации (дыхание, выделение, пищеварение и т. д.). Большин- ство органов способно объединяться в функциональные системы с другими органами и в то же время сохранять способность образовывать новые фун- кциональные системы, но уже с другими органами. Высокая специализация функциональных систем нуждается в большей «посторонней» регуляции сво- их функций. Появились соответствующие системы регуляции: нервная, гумо- ральная, иммунная. Они обеспечивают не только функциональное объедине- ние различных органов, но и формирование целого организма. По сути дела, функции целого организма — это возврат на новом уровне к многообразию функций живого, свойственных отдельной клетке. Кроме того, на уровне це- лого организма происходит объединение указанных трех систем регуляции, их широкая взаимосвязь. При изложении механизмов регуляции функций рассматриваются два со- стояния: физиологического покоя и активного, деятельного существования. Последнее состояние целесообразно рассматривать как состояние адап- тации. Этот подход представляется удобным именно при изложении курса нормальной физиологии для студентов-медиков, так как в принципе любая патология — это в той или иной степени процесс адаптации к новому уров- ню функционирования. И если мы будем знать регуляцию переходного пе- риода у здорового человека, то легче будет понять и патологию. Кроме нормальной физиологии студенты медицинских вузов изучают патологическую физиологию (в основном это процессы, характеризующие зарождение, развитие и выход из патологии). В настоящее время назрела необходимость расширить учебник по нор- мальной физиологии, включив в него материал, который может быть отне- сен к ведению клинической физиологии. Клиническая физиология как учебная дисциплина предназначена для «закрытия бреши», которая образовалась между фундаментальными предметами (нормальной и патоло- гической физиологиями) и клиническими дисциплинами. Этот разрыв увели- чился в связи с тем, что в последние десятилетия разработаны методические подходы и созданы соответствующие приборы, которые позволили ранее
5 ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА почти сугубо экспериментальную науку — физиологию — превратить в кли- нико-экспериментальную, то есть позволили проводить исследования почти всех органов и систем не только на животном, но и непосредственно на че- ловеке без риска нанести вред его здоровью. Причем стало возможно прово- дить эти исследования не только на больном, что оправдано с точки зрения постановки точного диагноза, но и на здоровом человеке. Поэтому поя- вилась возможность проследить на людях переход механизмов функциони- рования органов и систем от нормы к предпатологии и патологии, то есть проследить динамику развития патологических процессов не только модели- руя его на животном, но и непосредственно у больного. Кроме того, сейчас медицинская наука накопила достаточный клиниче- ский материал исследования состояния организма, в котором имеется пато- логически пораженный орган (системы), и по этим данным с большой опре- деленностью можно говорить о функциональном состоянии других органов и систем организма больного, их компенсаторных и адаптационных измене- ниях. Это даст возможность обратить внимание на «интактные» системы ор- ганизма больного, ведь порой первые жалобы у него появляются на измене- ние функции не основного патологического очага, а какого-либо другого органа. Клиническая физиология призвана изучать: - роль и характер изменения физиологических процессов как основу для возникновения предпатологических и патологических состояний организма; - компенсаторные механизмы нарушенных физиологических функций; - взаимодействия между органами и функциональными системами при разви- тии предпатологических и патологических состояний в каком-либо одном (одной) из них; - особенности функционирования механизмов регуляции функций в организ- ме больного. Исходя из этого, объединенное руководство по нормальной и клиниче- ской физиологии нами названо «Медицинская физиология». В предлагаемом издании при изложении материала применен функ- циональный принцип, в то время как ранее практиковался морфо-функцио- нальный подход. К примеру, при изложении системы пищеварения после- довательно перечислялись все функции каждого из отделов ЖКТ и их регу- ляция. В данной книге материал излагается по-иному: секреторные процессы по ходу всего ЖКТ, затем моторика, всасывание, их регуляция. Это дает более точное представление о взаимосвязи функций отдельных органов, составляющих функциональные системы, которые и нарушаются при боль- шинстве заболеваний. Надеюсь, что данное руководство может быть полезно не только студен- там медицинских, но и других высших учебных заведениях, где изучается физиология человека, а также врачам. Автор с глубокой благодарностью примет замечания и предложения по его улучшению. Профессор Филимонов Владимир Иванович
Список основных сокращений А - адреналин АА - аутоантитело АВР-О 2 - артериовенозная разница по Ог АД - артериальное давление АДГ - антидиуретический гормон АПК - аппарат искусственного кровообращения АКТГ - адренокортикотропный гормон АМФ - аденозинмонофосфат АР - адренорецептор АТФ - аденозинтрифосфат АХ - ацетилхолин БДГ - быстрые движения глаз БМ - базальная мембрана БР - безусловный рефлекс ВИП - вазоактивный полипептид вид - высшая нервная деятель- ность вне - вегетативная нервная сис- тема вп - вазопрессин впеп - возбуждающий постсинап- тический потенциал ВРП - возбуждающий рецептор- ный потенциал ГАМК - гамма-аминомасляная кис- лота ГИГ - гастроинтестинальные гор- моны ГМФ - гуанозинмонофосфат гп - генераторный потенциал ГЭБ - гематоэнцефалический барьер две - диссеминированное внутри- сосудистое свертывание крови ДЕ - двигательная единица ДК - дыхательный коэффициент дд - диффузионная способность легких ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота до - дыхательный объем ДФГ - дифосфоглицерат Ж ЕЛ - жизненная емкость легких жкт - желудочно-кишечный тракт ИБО - ишемическая болезнь сердца ИК - иммунный комплекс ИКК - иммунокомпетентные клетки ИЛ - интерлейкин кдо - конечно-диастолический объем желудочков сердца КЕК - кислородная емкость крови КЛВ - коэффициент легочной вен- тиляции КОС - кислотно-основное состоя- ние КП - критический уровень депо- ляризации ксо - конечно-систолический объем КФ - креатинфосфат ЛГ - лютеостимулирующий гор- мон ЛП - липопротеин ЛПВП - липопротеин высокой плотности ЛПНП - липопротеин низкой плот- ности ЛПОНП - липопротеин очень низ- кой плотности МаксВЛ - максимальная вентиля- ция легких МОК - минутный объем кровотока МП - мембранный потенциал мпк - максимальное потребление кислорода МОД - минутный объем дыхания МСГ - меланоцитстимулирующий гормон МФС - мононуклеарная фагоцити- рующая система НА - норадреналин НУП - натрийуретический пептид ОО - остаточный объем ОПС - общее периферическое со- противление ОФВ| - объем форсированного вы- доха за 1 с оцк - объем циркулирующей крови ПАВ - поверхностно-активные вещества ПАГ - парааминогиппуровая кис- лота ПГ - простагландин
СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ ПД - потенциал действия пдк - предельно допустимая кон- центрация ПК - потребление кислорода пкп - потенциал концевой пла- стинки ПОЛ - перекисное окисление липи- дов ппп - потенциал покоя ПТГ - паратгормон ПФ - пластинчатый фактор РААС - ренин-ангиотензин-альдо- стероновая система РАСК - регуляция агрегатного со- стояния крови и коллоидов РГ - рилизинг-гормон рдо - резервный диастолический объем РНК - рибонуклеиновая кислота РОВД выд - резервный объем вдоха, выдоха РП - рецепторный потенциал РПл - рецептивное поле РСО - резервный систолический объем РФ - ретикулярная формация СМЖ - спинномозговая жидкость СОЭ - скорость оседания эритро- цитов СР - саркоплазматический рети- кулум СТГ (ГР) - соматотропный гормон (гормон роста) Т3(4) - три(тетра)йодтиронин ТПСП - тормозной постсинаптиче- ский потенциал ТТГ - тиреотропный гормон У О - ударный (систолический) объем крови УР - условный рефлекс ФЖЕЛ, - форсированная жизненная емкость легких, индекс Тиффно ФСГ - фолликулостимулирующий гормон ХГ - хорионический гормон ХР - холинорецептор ХЦК-ПЗ - холецистокинин- панкреозимин цАМФ - циклический аденозинмо- нофосфат 7 цГМФ - циклический гуанозинмо- нофосфат цнс - центральная нервная сис- тема чдд - частота дыхательных дви- жений ЧСС - частота сердечных сокра- щений ЭКГ - электрокардиограмма ЭКоГ - электрокортикограмма ЭМГ - электромиограмма ЭП - эритропоэтин ЭФД - эффективное фильтрацион- ное давление ЭЭГ - электроэнцефалограмма ЮГА - юкстагломерулярный аппа- рат APUD-система - система захвата и декарбоксилирования предшественников аминов (англ. Amine Precursor Uptake Decarboxylase) BB - буферные основания BTPS - Body Temperature. Pressure. Saturated BE - избыток оснований FHb - фетальный гемоглобин ^(Na, к) _ проницаемость мембраны для натрия, калия НЬ - гемоглобин HLA - антигены гистосовместимо- сти (Human Leukocytic Anti- gens) Ig - иммуноглобулин PA - парциальное давление в альвеолах Ра - парциальное давление в артериальной крови Pf - парциальное давление в венозной крови Р(д, ср) - артериальное давление (диастолическое, систолическое, среднее) PGI - простациклин рн - реакция крови Rh - резус-принадлежность
ПОНЯТИЕ О ЗДОРОВЬЕ И БОЛЕЗНИ По предложению Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) под здоровьем следует понимать состояние полного физического, психического и социального благополучия, которое не обуславливается лишь отсутствием заболевания и слабости. Однако можно дать и более глобальное определение этого понятия, учитывая, что человек входит в единую систему не только с живущими на планете Земля, но и является частью всего космоса (по В. И. Вернад- скому — биосферы). На человека воздействуют геопланетарные и кос- мические поля, излучения, создающие как различного рода цикличе- ские колебания физиологических процессов, так и могущие однократно воздействовать на структуру и функцию различных систем организма (особенно на ЦНС). В свою очередь, сам человек, его трудовая дея- тельность отражаются на состоянии нашей планеты, а с выходом в кос- мос все более будут воздействовать и на него (по крайней мере на бли- жайший космос). Вследствие таких воздействий, изменяющих природу (чаще всего в худшую сторону), люди создают условия для ухудшения своего здоровья и, главное, для ухудшения условий жизни последую- щих поколений. Исходя из этих представлений, болезнь является процессом пре- вращения нормального состояния в патологическое, связанное с реак- тивно детерминированными изменениями оптимальной саморегуляции живых систем1. Большая медицинская энциклопедия (М., 1976) дает такое определе- ние: «Болезнь — это жизнь, нарушенная в своем течении поврежде- нием структуры и функции организма под влиянием внешних и внут- ренних факторов при реактивной мобилизации в качественно своеоб- разных формах его компенсаторно-приспособительных механизмов и характеризующаяся общим или частичным снижением приспособляе- мости к среде и ограничением свободы жизнедеятельности больного». В процессе развития болезни и ее течения многие реакции, как в па- тологически измененном органе и системе, так и в других системах организма, являются приспособительно-компенсаторными. Причем под влиянием чрезвычайных раздражителей внешней или внутренней среды или генетической неполноценности они могут сами по себе приобре- тать опасное для организма значение. При болезни в организме одновременно происходят три взаимосвя- занных процесса, направленных как на повреждение (обусловленное действием патологического агента) и компенсацию возникших струк- турно-функциональных изменений, так и на адаптацию организма к новым условиям, связанным с соответствующим процессом. Особенно наглядно все они успеют развиться при переходе в хроническую ста- дию болезни. Причем необходимо учитывать, что указанные выше 1 Словарь физиологических терминов. — М., 1987.
9 ПОНЯТИЕ О ЗДОРОВЬЕ И БОЛЕЗНИ процессы происходят не только в органе(ах) или системе(ах), непосред- ственно причастном(ых) к развитию патологического очага, но и в дру- гих. И процессы, происходящие в этих системах, могут иметь не менее, а порой и более тяжелые последствия для организма, чем в органе, по- раженном болезнью. Весьма наглядно это можно продемонстрировать на примере послед- ствий остановки сердца и реперфузии. В начале острой тканевой анок- сии клетки за счет резервов кислорода, креатинфосфатного и гликоли- тического путей ресинтеза АТФ функционируют еще нормально. После короткого латентного периода наступает период нарушения функций, при котором клетки теряют способность к выполнению своих функций, в то же время структура клеток может сохраняться еще относительно долго: от нескольких минут в нейронах ЦНС до 3-4 часов в большин- стве других органов. В конце концов, наступают и структурные изме- нения клеток, то есть они гибнут. Предел оживления органов при ре- перфузии зависит от того, происходит ли данная процедура в условиях изолированного органа или в целом организме. Так, клетки серого ве- щества головного мозга сохраняют способность к восстановлению своей функции при обычной комнатной температуре в течение 10 мин. А в целом организме при восстановлении деятельности сердца предел оживления нейронов ограничивается лишь 4-5 мин. Такое двукратное снижение жизнеспособности обусловлено тем, что восстановившее свою функцию сердце (спустя более минуты после остановки) как минимум в течение 4-5 мин еще не способно поддержи- вать прежнюю производительность и создает величину артериального давления, недостаточную для создания нормального мозгового крово- тока. Дело в том, что для полного восстановления функции органов после их утраты в результате аноксии требуется значительно больше времени, чем латентное время начального восстановления. К примеру, если продолжительность ишемии мозга бьцта около 1 мин, то время восстановления составляет 15 мин, в то время как появление биото- ков происходит значительно раньше. Деятельность ишемизированного в течение 4 мин мозга восстанавливается спустя несколько часов или даже дней, хотя латентный период начального восстановления состав- ляет около 10 мин. Таким образом, предел реанимации организма в це- лом лимитируется самым чувствительным его звеном — серым вещест- вом головного мозга и составляет около 4 мин.
Раздел I ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Глава 1 ФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТОЧНЫХ МЕМБРАН Физиология — наука, изучающая закономерности жизнедеятельности организма, его органов и систем. В основе жизнедеятельности лежат физи- ологические механизмы, которые слагаются из взаимодействия физических и химических процессов, проявляющихся в живом на новом качественном уровне. Эти процессы обеспечивают функции органов и сйстем. Элементарной биологической единицей является клетка. На этом структурном уровне обеспечивается способность к самостоятельному су- ществованию, самоподцержанию и выполнению всех основных биологи- ческих функций. С некоторой долей условности можно сказать, что на уровне клетки большинство физиологических процессов происходит при участии мемб- ран. Поэтому прежде всего необходимо познакомиться со строением и свойствами клеточных мембран. Плазматическая мембрана окружает саму клетку (рис. 1.1), а эндомем- браны разделяют ее на отдельные структуры — органоиды, выполняю- щие различные функции: - ядро содержит наследственный материал — нуклеиновые кис- лоты; - в митохондриях происходит окисление субстратов с выра- боткой энергии (АТФ); - лизосомы хранят протеолитиче- ские ферменты; - эндоплазматический ретикулум участвует в синтезе биомолекул и создании опорного скелета клетки и т. д. Мембраны в клетках выполня- ют следующие функции: - организующую (создают соот- ветствующую структуру самой клетки и ее органоидов); - изолирующую (обеспечивают преграду на пути веществ, стре- мящихся поступить или поки- нуть структуру); Схема строения клетки
Глава 1. ФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТОЧНЫХ МЕМБРАН И - создающую градиенты (различия) концентрации многих соединений между соответствующей структурой и окружающей средой; - регулирующую активность процессов, протекающих в каждом структур- ном образовании, передавая внешние сигналы. Плазматическая (клеточная) мембрана кроме всего прочего еще опреде- ляет иммунную специфичность клетки. 1.1. Строение клеточных мембран Клеточные мембраны по- строены по общей схеме (рис. 1.2). Наиболее полно все их элементы представлены в плазматической мембране. Схема клеточной мембраны: / — липидный бислой; 2 — интеграль- ный белок; 3 — периферический белок; 4—гликопротеиды с поли- сахаридами (гликокаликс) (по Faw- cett) Липидные компоненты мембран Основой всех клеточных мембран являются липиды. Они составляют около 45 % массы мембран. В основном (более половины) — это различ- ной длины и структуры молекулы фосфолипидов. Для всех липидов ха-т рактерным является то, что ионогенные группы молекул образуют гидро- фильную головку, а углеводородные жирнокислотные хвосты придают им гидрофобность. Гидрофильные головки направлены к водным фа- зам— наружу и внутрь соответствующей структуры клетки. Гидрофоб- ными хвостами оба слоя направлены друг к другу, в результате чего в большинстве мембран липиды располагаются в два слоя. Липиды не случайно стали основой всех клеточных мембран. Находясь в водной среде, они обладают свойством самоорганизовываться: каждая молекула связывается с другими, что обеспечивает образование тонкой пленки, а при встряхивании — взвеси пузырьков — «везикул». Белки мембран Снаружи и изнутри к липидам примыкают два белковых слоя. На до- лю белков приходится около 55 % массы мембран. Но в отличие от липи- дов белки не везде образуют сплошные слои. Белки подразделяют на ин- тегральные и периферические. Интегральные белки пронизывают мембрану насквозь, порой выходя относительно далеко из липидов. Периферические белки встроены на различную глубину между липида- ми. Они адсорбированы на поверхности мембраны и связаны с нею пре-
12 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ имущественно электростатическими силами, то есть связаны с мембрана- ми менее тесно, чем липиды. В результате их содержание (плотность) на мембране может изменяться, а значит, меняется активность функций, ко- торые они выполняют. Время жизни белков составляет от двух до пяти дней. Поэтому в клетке идет постоянный синтез белков мембран на полисомах, находящихся вблизи соответствующих структур. И при изменении интенсивности про- цесса самообновления функциональная активность их также меняется. Подвижность и целостность мембран Липидные слои мембран создают два свойства мембраны: подвиж- ность и в то же время — целостность (прочность). Строение и состояние липидов зависят от многих факторов, в частности от: - химической природы фосфолипидов, - их концентрации, - наличия других ингредиентов, - степени гидрофильности среды, - температуры. Полагают (концепция жидкокристаллического состояния мембран Сингера), что бислой является жидкой структурой, в которой образую- щие его липиды способны осуществлять три типа движений (рис. 1.3): - сегментарная подвижность («флип-флоп»), в результате чего внут- ренние головки липидов оказываются на месте внешних; - вращательные движения; - латеральная диффузия. Типы подвижности структур мембраны: а — латеральная подвижность липидов; б — латеральная подвижность белков; в — вращательные движения; г — «флип-флоп» липидов; д — «флип-флоп» белков < Таким образом, для бислоя липидов характерно динамическое состоя- ние с высокой подвижностью его компонентов и в то же время относи- тельно высокой прочностью, обеспечивающей сохранение целостности структуры, которую они образуют. Интегральные белки тесно связаны с прилегающими к ним частями липидов, что резко ограничивает по- движность данного участка мембраны. Напротив, периферические белки оказывают меньшее влияние на состояние и подвижность цепей фосфоли- пидов. В свою очередь, липиды также оказывают влияние на состояние и
Глава 1. ФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТОЧНЫХ МЕМБРАН 13 функцию мембранных белков. В основе этого лежит способность белко- вой молекулы осуществлять конформационный переход из напряженного состояния в расслабленное и обратно. В результате меняются третичная, а частично и четвертичная структура белковой молекулы и ее свойства. Энергия конформационного перехода белков зависит от плотности упа- ковки соседних липидов. Фосфолипидные фракции, поддерживающие жидкофазное состояние клеточных мембран, в различных условиях жиз- недеятельности могут меняться. Так, например, при появлении большого количества гормонов, характерных для стресса и других подобных состо- яний, может возрастать скорость образования гидроперекисей липидов, а они усиливают «флип-флоп» фосфолипидов. В результате в наружный слой мембраны выходят упрятанные внутрь фосфолипиды, что сущест- венно изменяет свойства мембран, их проницаемость. А при старении происходит накопление свободных радикалов (см. гл. 7.5), снижается син- тез фосфолипидов, поддерживающих жидкофазное состояние мембран. 1.2. Физиологическая характеристика основных неорганических ионов Клеточные мембраны обладают свойствами полупроницаемости, то есть одни вещества через них проходят, а другие — нет. В результате те или иные соединения могут накапливаться с какой-либо стороны от мем- браны, что создает концентрационные градиенты. Так, в клетке и вне ее существенно различается содержание большинства ионов, участвующих в выполнении многих физиологических процессов (табл. 1.1). Таблица 1.1 Концентрация некоторых ионов внутри и вне мышечного волокна Концентрация, ммоль/л Na+ К+ Са* СТ НСОз Другие катионы Другие анионы внутриклеточная 10-12 155 < 1 4 8-10 - 155 внеклеточная 145 (130-155) 4 (3,2-5,5) 2,4 (2,1-2,9) 102 (96-120) 25 (23-28) 5 7 Как в плазме крови, так и клетках, катионы и анионы находятся в рав- новесной концентрации, что обеспечивает электронейтральность (прави- ло Гэмбла). Когда с одной стороны мембраны находятся недиффундиру- ющие ионы, то диффундирующие ионы распределяются с обеих сторон неравномерно. В состоянии равновесия: - произведения концентраций диффундирующих ионов и катионов с обеих сторон мембраны равны; - раствор по обе стороны мембраны должен быть электронейтральным. Так, если с одной стороны мембраны (внутриклеточно) имеются анио- ны недйффундирующего белка, то концентрация диффундирующих анио- нов здесь будет уменьшена на количество ионов белка:
14 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Cj = (Белок) +Ai, (11) где С+— концентрация катионов (Ct— внутриклеточных, (% — внекле- точных); А" — концентрация анионов (АГ — внутриклеточных, А7> — внеклеточных); (Белок)- — концентрация анионов белка. Для электронейтральности соотношение ионов (одновалентных) долж- но быть таким (уравнение Нернста): или • At = • Ао . (1-3) Следовательно, диффундирующих анионов внутри клетки будет меньше, чем снаружи. А диффундирующих катионов, напротив, внутри клетки будет больше, чем снаружи. Коротко перечислим функциональное назначение некоторых ионов ме- таллов, обладающих наибольшей биологической активностью, которая проявляется внутри клетки (или какого-либо органоида) или вне ее. Так, натрий обеспечивает осмотическое давление, регулирующее водный обмен между клетками и внеклеточной средой. Ионы натрия уча- ствуют в поддержании кислотно-основного равновесия в организме. Во многих тканях они участвуют в электрохимических процессах. С ними связан трансмембранный транспорт ряда веществ. Эти ионы участвуют в регуляции функций нуклеиновых кислот, белков. Многие функции калия сопряжены с функциями натрия, но противо- положны ему. Это проявляется как в электрохимических процессах, так и во влиянии на ферменты (калий активирует ряд ферментов гликолиза, а на- трий — угнетает). В то же время К+ выполняет и «свои» функции. К приме- ру; он является одним из регуляторов процессов транскрипции, Функциональное назначение кальция столь разнообразно и значи- мо для большинства органов и систем, что регуляция его обмена обеспе- чивается несколькими гормонами (подробнее см. гл. 9). Са2+ необходим для секреторной активности практически всех железистых клеток. В боль- шинстве клеток он является одним из регуляторов внутриклеточных про- цессов. В то же время поступление в цитоплазму клеток большого коли- чества свободного кальция является неблагоприятной ситуацией, так как при этом образуется малорастворимая соль фосфата кальция, под влия- нием чего прекращается продукция и утилизация АТФ. Поэтому в клет- ках, где кальций используется для обеспечения функций (например, в мышечной для сокращения), имеется система депо его — саркоплазмати- ческий ретикулум (СПР). Из него кальций выходит в цитоплазму на от- носительно короткое время. В русле крови кальций участвует в обеспече- нии процессов гемостаза (остановки кровотечения). В крови более поло-
Глава 1. ФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТОЧНЫХ МЕМБРАН 15 вины его находится в ионизированном состоянии, большая часть осталь- ного связана с белками, а меньшая — с растворенными в крови вещества- ми (цитратом). Многообразие функций кальция определяет необходи- мость поддержания его концентрации в крови на уровне 10 мг% (5 мЭкв/л). Неорганические анионы Неорганические анионы (СГ, HCOj, Н2РО4 и др.) также выполняют свойственные им функции, о которых речь пойдет в соответствующих разделах. В связи со значимостью для выполнения физиологических про- цессов указанных неорганических ионов, механизмы, обеспечивающие поступление и выход их через мембранные структуры, рассматриваются ниже достаточно подробно. 1.3. Функции белков мембраны Большинство функций мембран обусловлено их белковыми компонен- тами. Белки выполняют функции ионных каналов, насосов, ферментов, рецепторов. Активность проявляемой ими функции зависит как от структуры самих белков и их плотности на мембране, так и от влияния липидов мембран. Все указанные механизмы изменяются под воздействи- ем сложной системы регуляции. 1.3.1. Транспортные белки Диффузия Переход различных веществ через мембрану зависит от величины их молекулы, заряда, а также растворимости в липидах. Жирорастворимые соединения (СО2, О2 и др.) могут относительно легко проникать через мембрану, если возникают условия для их диффузии. Основным механиз- мом, обеспечивающим процесс диффузии, является наличие концентраци- онного градиента вещества: оно перемещается из большей концентрации в меньшую. Поток вещества т за время t через разделительную мембрану площадью поверхности А и толщиной d при концентрации С| и с2 описы- вается первым законом диффузии Фика: dm _ jy А dt А d tc'-cl)’ где D — коэффициент диффузии, постоянный для данного вещества, рас- творителя и температуры. Но в связи с тем, что растворимость различных соединений в липидах не одинакова, скорость транспорта их различна. К примеру, раствори- мость углекислого газа выше, чем кислорода, поэтому он значительно быстрее проникает через мембраны. А значит, для него нужен меньший концентрационный градиент. Трансмембранный транспорт большинства соединений, ионов проис- ходит с помощью соответствующих систем. Так, если жирорастворимые небольшие полярные молекулы, такие как этанол и мочевина, относи- (1-4)
16 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ тельно легко проходят через липидный слой мембраны, то сахара диф- фундируют с большим трудом. Заряженные частицы также не могут пройти через липиды мембран. И ведущая роль в обеспечении этих процессов принадлежит белко- вым структурам. Транспорт их происходит несколькими механизмами: - пассивным, - первично-активным, - вторичио-активным (сопряженным). Пассивный транспорт происходит по специальным каналам без затраты энергии, путем диффузии по концентрационному градиенту. Для заряженных частиц имеет значение еще и электрохимический градиент. Так, выходу из клетки катионов калия препятствует наличие в ней отри- цательных анионов. Для активного транспорта необходимы специальные белковые структуры, именуемые насосами, и обязательное использование энергии. Сопряженный транспорт обеспечивают белки, транспортиру- ющие одновременно два соединения. Причем этот вид транспорта может быть однонаправленным, когда оба соединения проникают через мембра- ну в одном направлении (симпорт), либо разнонаправленным (анти- порт). Для этого вида транспорта также необходима энергия ионных на- сосов, но она не всегда используется в том участке плазматической мем- браны, через который осуществляется сопряженный транспорт (рис. 1.4). Механизм действия Na,K-Hacoca: Асп — остаток аспарагиновой кислоты
Глава 1. ФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТОЧНЫХ МЕМБРАН 17 Белки-переносчики На мембранах имеется широкий набор белков-переносчиков, обеспечи- вающих пассивный транспорт веществ. И хотя проникновение веществ идет по градиенту концентрации, он отличается от типичной диффузии: - во-первых, этот процесс высокоспецифичен; - во-вторых, скорость его намного больше, чем при простой диффузии. Соединяясь с транспортируемым веществом, которое само пройти че- рез мембрану не может, переносчик обеспечивает моментальное «прота- скивание» этого вещества через липидный слой. Так транспортируются ионы, амино- и органические кислоты, моносахариды, нуклеотиды. Для каждого из них существуют свои переносчики, плотность которых на мембранах различна и регулируемая. Для функционирования этой системы требуется соблюдение следующих условий: - транспортируемое вещество пересекает мембрану только в комплек- се с переносчиком; - молекула переносчика должна соединяться с молекулой вещества. Ионные каналы Наиболее типичен трансмембранный транспорт ионов, которые прохо- дят по одной из разновидностей белков-переносчиков, так называемым каналам (порам). Из них наиболее важны (и изучены в настоящее время): - натриевый, - калиевый, - кальциевый. Как правило, канал состоит из трех частей (рис. 1.5). Пер- вая из них — водная пбра, вы- стланная изнутри гидрофиль- ными группами. На ее наруж- ной поверхности содержится участок, осуществляющий разделение ионов,— селектив- ный фильтр. Для управления состоянием канала имеется структура, находящаяся у об- ращенного внутрь края поры, Схематическое изображение хемовозбудимого ионного канала, активируемого ацетилхоли- ном: слева — канал закрыт, справа — открыт именуемая воротами. Ионы в растворе находятся в гидратированной форме, то есть в связи с молекулами воды. Это увеличивает эффективные размеры катионов. Открытый канал (открытые ворота) дает возможность ионам’ проходить через мембрану, оставаясь в водном окружении. Однако селективный уча- сток настолько узок, что часть водной оболочки ион теряет. Первым фак- тором, ограничивающим прохождение катионов по каналу, является раз-
18 Раздел I, ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ мер селективного фильтра: для натриевого канала он равен 0,3 х 0,5 нм, для калиевого — 0,3 х 0,3 нм. Кальциевый канал большего диаметра (0,65 нм), поэтому через него может проходить не только Са2+, но и Na+. В связи с тем, что концентрация обоих этих ионов внутри клетки намного ниже, чем вне ее, при открытом канале они поступают внутрь клетки. Другим фактором, регулирующим прохождение ионов, является заряд стенки поры. В рассматриваемых катионных каналах стенка пор имеет отрицательный заряд, поэтому через них не могут проникать анионы — они отталкиваются. Регуляция состояния канала осуществляется воротным механизмом. Их положение («открытое» или «закрытое») определяется двумя типами механизмов: электрическим зарядом мембраны и специальными рецепто- рами (функционирование их: см. гл. 3). Ионные насосы Функциональное назначение биологических насосов заключается в поддержании внутри клетки постоянства ионного состава. Они еще име- нуются транспортными АТФазами, так как обеспечивают транспорт ионов против концентрационного градиента, для чего требуется затра- тить энергию АТФ. Наиболее типичными и на сегодня относительно хо- рошо изученными являются два насоса. Na.K-АТФаза В плазматической мембране имеется интегральный белок, который обеспечивает сопряженный антипорт Na+ и К+. За счет использования энергии одной молекулы АТФ из клетки выкачивается 3 иона натрия, а закачивается 2 иона калия. Na,K-Hacoc состоит из двух субъединиц — а-липопротеина и ^-гликопротеина (см. рис. 1.4). Его ферментативный центр, гидролизующий АТФ, находится на а-субъединице, обращенной внутрь клетки. На внутренней поверхности клетки осуществляется и ак- тивация указанного фермента натрием. Калийсвязывающий центр распо- ложен в той части молекулы, которая ориентирована во внеклеточную среду. Схематически функцию одного цикла этого насоса можно описать сле- дующим образом. Поступление ионов натрия в открытый вначале внут- ренний вход приводит к переходу фермента в конформационное состоя- ние Е2 и последующему закрытию внутреннего, но открытию наружного входа. Для конформационного состояния Е2 характерно высокое сродст- во к ионам калия, которые замещают выталкиваемые ионы натрия. Свя- зывание К+ и гидролиз АТФ вызывают возвращение АТФазы в исходное состояние Е|. Затем открывается внутренний вход, и ионы К+ выталкива- ются внутрь. Для нового цикла необходима новая молекула АТФ. Кроме ионов Na+, активность гидролизующего фермента зависит и от наличия внутри клет- ки ионов Mg2+.
Глава 1. ФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТОЧНЫХ МЕМБРАН 19 Са-АТФаза . Существуют два типа кальциевого насоса: один обеспечивает выброс ионов из клетки в межклеточную среду, а другой откачивает ионы из ци- топлазмы внутрь СПР (депо кальция). Энергетическая емкость этого на- соса намного выше Ма,К-АТФазы: для выкачивания 1 иона Са2+ расхо- дуется 2 АТФ, в то время как 1 АТФ расходуется для транспорта 3 ионов Na+ и 2 — К+. Каждый мономер насоса содержит два центра связывания Са2+ и один центр связывания АТФ. Пусковым механизмом этого насоса является сам кальций, малейшее изменение внутриклеточной концентра- ции которого запускает механизм его откачивания. Вторично-активный транспорт Чаще всего обеспечивается в сопряжении с Na+ (рис. 1.6). Энергия, на- копленная благодаря созданию низкой концентрации натрия в цитоплазме, обеспечивает безэнергетический Транспорт других соединений (например, углеводов и аминокислот энтероцитами тонкого кишечника) или ионов (кальция — в кардиомиоцитах). Низкая внутриклеточная концентрация на- трия обеспечивает его пассивный (концентрационный) транспорт. При этом транспортный Сделок одновременно, порой даже против концентраци- онного градиента, транспортирует и другое соединение. Таким путем воз- можны оба типа сопряженного транспорта — симпорт или антипорт. Пути трансмембранного транспорта Необходимым условием этого вида транспорта является работа Na,К-на- соса соответствующих клеток. Поэтому уменьшение активности этого насо- са, а значит, и увеличение внутриклеточной концентрации натрия снижает или блокирует прони- цаемость мембраны для указанных ве- ществ. Чаще всего это происходит при сни- жении поступления кислорода, обеспечи- вающего ресинтез АТФ. На рис. 1.7 сум- мированы основные пути трансмембран- ного транспорта. Пути чрезмембранного транспорта: а — свободная диф- фузия; б — ионные каналы; в — облегченная диффузия; г — активный транспорт; д — градиент концентрации
20 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Эндо* И ЭКЗОЦИТОЗ В некоторых клетках организма человека имеется особый путь транс- порта, именуемый эндоцитозом. Путем эндоцитоза в клетку прони- кают крупные частицы. Данный путь имеет две основные формы: - пиноцитоз, - фагоцитоз. Пиноцитоз С помощью пиноцитоза клетка поглощает небольшие капельки рас- творенных питательных веществ из внеклеточной жидкости и особенно молекулы белков. В пиноцитозе участвует клеточная мембрана большин- ства клеток, но наиболее характерны эти механизмы для макрофагов. В этих клетках постоянно около 3 % клеточной мембраны участвует в об- разовании везикул. Эти везикулы имеют диаметр ~ 100-200 нм. Типичен механизм поглощения белков. На поверхности' мембраны клетки, в ее углублениях, имеются рецепторы для связывания с белком. На внутренней поверхности клетки к этому участку примыкает фибрил- лярный протеин (клотрин) с актомиозиновыми белками. Взаимодействие поглощаемого белка с рецептором приводит к большему углублению ям- ки, а сократимые белки закрывают края, в результате чего образуется изолированная везикула, в которой наряду с поглощаемым соединением оказывается часть внеклеточной жидкости. После этого везикула отделя- ется от мембраны и поступает внутрь клетки, как правило, ближе к лизо- сомам, ферменты которых расщепляют поступивший белок. Эти процес- сы энергозависимы, а для сокращения актомиозина требуется еще и каль- ций. Фагоцитоз Фагоцитоз служит для поглощения крупных объектов, таких как бак- терии, клетки, частицы разрушенной ткани. Благодаря фагоцитозу, клет- ки (а это, главным образом, тканевые макрофаги и лейкоциты) поглоща- ют субстанции, которые намного больше белковой молекулы (рис. 1.8). Этот процесс протекает по указанной выше схеме. Вначале происходит связывание рецептора клетки с протеином или полисахаридом мембраны бактерии или погибшей клетки. Когда начинается инвагинация мембра- ны, то все новые и новые участки мембраны фагоцита связываются с ли- гандами объекта, и постепенно фагоцитируемая клетка оказывается по- груженной в фагоцит. Сократительные белки вначале замыкают пере- шеек и затем продвигают везикулу в глубь клетки. Противоположный эндоцитозу путь — ЭК- ЗОЦИТОЗ является ме- Схема последовательных этапов фагоцитоза ханизмом, обеспечиваю-
Глава 1. ФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТОЧНЫХ МЕМБРАН 21 щим выделение из клетки ряда веществ и процессы секреции. Многие ор- ганеллы внутри клетки формируют везикулы, заполненные веществом, которое необходимо вывести из клетки. Типичным представителем таких соединений являются гормоны и ферменты, секретируемые железами. Эндо- и экзоцитоз в клетках происходят непрерывно, причем во мно- гих из них — весьма интенсивно. К примеру, макрофаг всего за 1 ч может поглощать в виде пузырьков двойную площадь поверхности своей цито- плазматической мембраны, которая, естественно, должна успевать реге- нерировать. Все эти процессы, их активность регулируются различными механиз- мами, специфика которых определяется функциональной спецификой клетки. Рецепторные белки Рецептор — это белковый комплекс, который воспринимает сигнал молекулы-передатчика (биологически активного соединения — лиганда). Рецептор может быть самостоятельной структурой, встроенной в мембра- ну в виде интегрального белка, либо быть частью других функциональ- ных белков, регулируя их активность. Причем к одному и тому же хими- ческому агенту на мембране может быть несколько рецепторов. И эффект взаимодействия субстрата с рецептором не обязательно всегда будет схо- жим, в ряде случаев он может оказаться даже диаметрально противопо- ложным. Так, при взаимодействии гормона мозгового слоя надпочечни- ков адреналина с а-адренорецептором наблюдается сужение кровеносно- го сосуда, а с р-рецептором — расширение. Рецепторы могут взаимодей- ствовать не только с адекватным им первичным посредником, но и с дру- гими соединениями. При этом возможны два взаимно противоположных эффекта: произойдет блокада рецептора (такое соединение именуется ли- тиком) или, напротив, будет имитироваться эффект взаимодействия есте- ственной молекулы-передатчика с рецептором (такое соединение имену- ется миметиком). 1.3.2. Белки-ферменты Многие периферические и отдельные фрагменты интегральных белков выполняют и ферментативные функции. Примером последних являются указанные выше мембранные АТФазы, входящие в единую структуру ионных насосов. Кроме того, белки-ферменты интегрального типа катализируют реак- ции, которые, как правило, полностью протекают по одну сторону био- мембраны. Причем, присоединив какой-либо субстрат на одной стороне, продукты реакции они выделяют на противоположную. При этом ограни- ченная проницаемость мембран, обеспечивая пространственное разделе- ние продуктов реакции, тем самым создает концентрационные градиенты. Типичным примером такого фермента является аденилатциклаза, ката- лизирующая образование циклического аденозинмонофосфата (цАМФ) из АТФ. Ряд подобных белков, в частности указанная аденилатциклаза,
22 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ относится к классу регуляторных белков. Эти белки чаще всего являются передатчиками сигналов от какого-либо биологически активного соеди- нения (гормона, медиатора и т. п.) через взаимодействие с рецептором на клетку. Вследствие этого они получили название вторых посредников (мессенжеров). Первыми посредниками являются указанные внеклеточ- ные регуляторы. Вторые посредники В клетке имеется сложная система внутриклеточных регуляторов ак- тивности — вторых посредников. К ним относятся: - циклические нуклеотиды: цАМФ и циклический гуанозинмонофос- фат (цГМФ), - кальций, - кальций-кальмодулин, - продукты гидролиза фосфолипидов (фосфорилированный фосфати- дилинозитол). Вполне вероятно, что только этими соединениями не ограничиваются внутриклеточные системы регуляции и будут обнаружены новые меха- низмы. Циклический аденозинмонофосфат Участие одного из наиболее изученных вторых посредников — цикличе- ского АМФ в регуляции биологических эффектов отражено в табл. 1.2. Таблица 1.2 Некоторые биологические эффекты 3,5-циклического АМФ (по Теппермен) Процесс Примеры органов и влияний Проницаемость мембран для ионов Нервные клетки, мышечные клетки, сетчатка глаза ит.д. Проницаемость мембран для воды Почка, мочевой пузырь Синтез стероидных гормонов Кора надпочечников, желтое тело, клетки Лейдига. Секреторные реакции экзокринных желез: поджелудочной, слюнных, щитовидной, гипофиза Гидролиз триацилглицеролов Жировые клетки, печень, стероиды эфиров холестерина, продуцирующие клетки, мышцы Торможение липогенеза Печень, жировые клетки Перемещение внутриклеточных структур Распределение меланофоров, подвижность спермы, сохранение клеточных отростков (фибробласты), миграция лизосом Стимуляция или торможение гликолиза Печень, почка Транскрипция генов Микроорганизмы (/ас-оперон); индукция ферментов, печень плода Синтез белка, трансляция Катаболический эффект (печень), избирательный синтез белка (кора надпочечников)
Глава 1. ФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТОЧНЫХ МЕМБРАН 23 Так, при взаимодействии ряда гормонов со специфическими рецепто- рами мембраны происходит активация фермента — аденилатциклазы, под влиянием которой в клетке повышается содержание цАМФ. Результатом увеличения уровня цАМФ является стимуляция цитоплаз- матических ферментов — протеинкиназ, что и обуславливает биологиче- ский эффект гормона. Циклический гуанозинмонофосфат В клетках имеются протеазы — внутриклеточные посредники, активи- руемые другими соединениями. К примеру, образование другого второго посредника — циклического ГМФ в клетке усиливается под влиянием фермента гуанилатциклазы. Ряд эффектов гормонов на ткани почек, глад- комышечных клеток миокарда и сосудов обусловлен увеличением кон- центрации этого соединения. Кальций, кальмодулин Кальций в организме выполняет не только функции, связанные с по- строением скелета и сопряжением возбуждения с сокращением мышц, но во многих клетках он выполняет функцию второго посредника действия биологически активных соединений. Кальций является вторым посредни- ком как сам по себе, так и через взаимодействие с кальмодулином. Это белок (мол. масса 16700), который либо резко активирует влияние каль- ция, либо сам оказывает свое регулирующее влияние на ряд клеточных процессов. Он находится в цитозоле всех эукариотических клеток. Увеличение концентрации Са2+ в цитоплазме активирует кальмодулин, который вступает в контакт с плазматической и внутренними мембрана- ми клетки. В результате изменяется (увеличивается или уменьшается) ак- тивность ряда белков путем прямого влияния на фермент или через акти- вируемую этим комплексом протеинкиназу. Действие последней полно- стью аналогично влиянию цАМФ-зависимой протеинкиназы, хотя белки- мишени могут быть разными или одинаковыми. Кальмодулин, как и другие вторые посредники, участвует во влиянии первых регуляторов не только на уровне периферических органов, но и в клетках органов регуляции (в нервных, эндокринных). На уровне перифе- рических тканей-мишеней он участвует в клеточной пролиферации, ки- шечной секреции, высвобождении лизосомных ферментов, синтезе про- стагландинов, гистамина, лейкоцитарном фагоцитозе и других процессах, обусловленных действием гормонов или иных регуляторов. Фосфатидилинозитол и его производные При взаимодействии некоторых первых регуляторов с рецепторами мембран запускается комплекс метаболических превращений фосфолипи- дов мембран, в результате чего образуется фосфатидилинозитол. Он яв- ляется предшественником двух других вторых посредников: диацилглице- рола и инозитолтрифосфата. Эти соединения являются посредниками не только действия регуляторов, но и, к примеру, участвуют во взаимодей- ствии фотона с фоторецепторами глаза и ряде других процессов.
24 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Все вторые посредники активно взаимодействуют между собой, так что могут выступать в качестве агонистов либо антагонистов друг друга. Обычно они находятся в клетке в сбалансированном соотношении, но по- сле действия первого регулятора этот баланс нарушается, что и служит сигналом изменения активности клетки. Они оказывают влияние также и на чувствительность мембраны клетки к регулятору, через регуляцию ко- личества и сродства рецепторов к нему. 1.4. Механизм переноса воды Обмен воды между отдельными водными средами происходит по меж- клеточным щелям или непосредственно через клеточные мембраны. Вода перемещается пассивно (без затраты энергии) под действием сле- дующих движущих сил: - диффузия, - осмос. Схема, демонстрирующая влия- ние осмотического давления на переход воды через полупрони- цаемую мембрану (М) Осмос Если мембрана разделяет два раствора с различной концентрацией растворенно- го вещества и при этом непроницаема для него, то из меньшей концентрации в большую перемещается растворитель (рис. 1.9). Этот вид транспорта называет- ся осмосом. Сила, которая в данном слу- чае определяет движение растворителя, именуется осмотическим давлением. В связи с тем, что для транспорта воды большое значение имеет проницаемость мембран к различным соединениям, а био- логические мембраны плохо или совсем не пропускают большие белковые молекулы, необходимо особо выделить ту часть осмо- тического давления, которую создают бел- ки. Это — онкотическое давление. К приме- ру, осмотическое давление в плазме крови около 5600 мм рт. ст., а онкотическое — 25-30 мм рт. ст. Гидростатическое давление Если вода под влиянием осмотического давления поступает в про- странственно ограниченную полость, то может возникнуть ситуация, когда выравнивание концентрации еще не произойдет, а объем будет за- полненным. В данном случае излишки поступающей жидкости создадут на стенки полости давление.
Глава 1. ФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТОЧНЫХ МЕМБРАН 25 Гидродинамическое давление Подобного типа давление может создаться и под влиянием сил грави- тации (в вене и артерии вертикально стоящего человека), и активной ра- ботой какого-нибудь насоса (например, сердце нагнетает кровь в сосуди- стое русло). В последнем случае, если жидкость (кровь) под влиянием сил сокращающегося желудочка сердца течет, то такое давление именуется гидродинамическим. Трансмуральное давление Гидростатическое давление выталкивает воду из замкнутой полости. Чем выше гидростатическое давление, тем с большей силой вода выдав- ливается из указанной полости. При наличии гидростатического давле- ния с обеих сторон мембраны сила, выталкивающая воду, будет равна разности этих давлений. Это — трансмуральное давление. Механизмы, обеспечивающие обмен воды между клеткой и межклеточным веществом В основе обмена воды между клетками и межуточным пространством лежит взаимодействие сил осмотического (онкотического) и трансмураль- ного давления. Трансмуральное давление выталкивает воду, а онкотиче- ское — удерживает. Величина осмотического давления зависит от активности обменных процессов, в результате которых могут образовываться соединения, вли- яющие на осмотическое и онкотическое давление. При биосинтезе белков в клетке происходит увеличение онкотического давления, а вода, образу- ющаяся при окислении, снижает осмотическое давление. Работа ионных насосов, поддерживающих концентрацию ионов в клетке, также отража- ется на водном обмене. Кроме этого, в клетках различных органов обмен воды во многом зависит от особенностей проницаемости клеточной мем- браны. Так, например, мембрана эритроцита плохо пропускает анионы, и когда снижается активность натрий-калиевого насоса, то в клетке воз- растает концентрация Na+. Это приводит к росту осмотического давле- ния и поступлению воды в клетку, которая при чрезмерном переполнении разрывает ее мембрану. Подобные же процессы происходят в клетках после смерти, что приво- дит к их набуханию.
Глава 2 МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ. ГОМЕОСТАЗ Биологическая система любой сложности, начиная от субклеточных структур вплоть до функциональных систем и целого организма, характе- ризуется способностью к самоорганизации и саморегуляции. Способность к самоорганизации проявляется в многообразии клеток и органов при наличии общего принципа элементарного строения (мемб- ран, органоидов и т.п.). Саморегуляция реализуется механизмами, зало- женными в самой сущности живого. Организм человека состоит из органов, которые для выполнения своих функций чаще всего объединяются, образуя функциональные системы. Для выполнения своих биологических функций структуры любого уровня сложности нуждаются в системах регуляции. Эти системы обеспечивают взаимодействие различных структур уже в состоянии физиологического покоя. Но особенно проявляется их значение в активном состоянии при взаимодействии организма с меняющейся внешней средой, так как любые изменения ее требуют адекватного ответа организма. Прй этом одним из обязательных условий самоорганизации и саморегуляции является сохра- нение свойственных организму постоянных условий внутренней среды, обозначаемых понятием гомеостаз. Ритмичность физиологических функций Физиологические процессы жизнедеятельности даже в условиях полно- го физиологического покоя протекают с различной активностью. Усиле- ние или ослабление их происходит под влиянием сложного взаимодейст- вия экзогенных и эндогенных факторов, что получило название биологи- ческие ритмы. Причем периодичность колебания различных функций варьирует в чрезвычайно широких пределах, начиная от периода менее 0,5 ч вплоть до многодневных и даже многолетних. 2.1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ РЕГУЛЯЦИИ ФУНКЦИЙ В результате эволюционного развития в организме человека сформи- ровалась сложная система регуляции функций, обеспечивающая как со- хранение устойчивости организма, так и его приспособительную изменчи- вость— адаптацию к различным условиям существования. Эта система создает высокую надежность функционирования органов, их систем и ор- ганизма в целом. Надежность регулирования достигается существованием нескольких контуров регуляции. Эти контуры, с одной стороны, могут частично дублировать, а с другой — корректировать влияние друг друга. Можно выделить два типа взаимодействия различных механизмов регу- ляции: - путем влияния на сам орган, - путем влияния друг на друга.
Глава 2, МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 27 Древнейшей формой взаимодействия, которая проявляется внутри клетки и между отдельными клетками, является химическое взаимодейст- вие. Оно осуществляется двумя типами веществ: _ - неспецифическими продуктами обмена (метаболитами), - специфическими регуляторами — биологически активными соедине- ниями. Большинство указанных регуляторов синтезируется во многих орга- нах, а для образования некоторых из них сформировались самостоятель- ные органы (железы). Они могут влиять на процессы, происходящие в са- мой клетке, либо выделяться во внешнюю среду. Здесь они всасываются (чаще всего в кровь) и с кровью разносятся по всему организму. Поэтому такой механизм регуляции именуется гуморальной регуляцией. Эволюци- онно позднее появились нервные механизмы регуляции. 2.1.1. Гуморальная регуляция Выделяемые клетками соединения действуют (рис. 2.1): - на саму клетку (аутокринно), - местно, на соседние клетки (паракринно), - поступая в жидкие среды и ими доставляясь к отдаленно располо- женным клеткам (телекринно). | Рис. 2.11 АУТОКРИННО ТЕЛЕКРИННО Схема различного типа влияния гормонов Для многих органов и процессов такой механизм регуляции оказыва- ется даже более эффективным, чем нейронная регуляция. Это обусловле- но следующими его преимуществами: - биологически активное соединение может поступать к каждой клетке; - спектр указанных регуляторов более широк, чем медиаторов перифери- ческих нервов; - действуют на клетки более продолжительное время. Среди таких соединений выделяют гормоны и негормональные биоло- гически активные вещества. Их биологическая активность определяется тем, что, находясь в относительно малой концентрации, эти вещества оказывают выраженный биологический эффект. Так, например, наиболее типичные гуморальные регуляторы — гормоны — оказывают свое влия- ние, находясь в крови в концентрации 10“7 * * * *-1012. Гормоны (от греч. hormao — привожу в движение) являются химиче-
28 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ скими посредниками, которые секретируются и выделяются клетками в ответ на различные сигналы систем регуляции, действующие на сами эти клетки. Многие гормоны секретируются клетками, составляющими специализированные железы. Хотя в принципе любая клетка (в связи с общностью наследственной информации) способна секретировать гор- моны. Поэтому подобные клетки разбросаны достаточно широко по все- му организму. Наука, изучающая развитие, строение и функцию желез, вырабатывающих гормоны, а также механизм их синтеза, влияния на организм, именуется эндокринологией (от греч. endon — внутри, krino — отделять). Дело в том, что эти железы свой секрет выделяют не через вы- водные протоки, а непосредственно в кровь и лимфу (железы, которые выделяют свое содержимое через выводные протоки, именуют экзокрин- ными). Влияние гормонов на клетки обусловлено тем, что на мембране клеток имеются рецепторы к конкретному гормону, которые характеризуются высокой степенью афинности (сродства) к нему. Другие биологически активные соединения Кроме гормонов существует множество других химических соедине- ний, которые во взаимодействии с гормонами, нервной системой или са- мостоятельно оказывают регулирующий или модулирующий (поправляю- щий) эффект на функцию органов и систем организма. Первая группа — это нейромедиаторы (норадреналин, ацетилхолин, ГАМК, серотонин, гистамин), которые, освобождаясь в нервных окон- чаниях, могут оказывать и паракринный эффект. Вторая группа — аутокрины — вещества, образующиеся при воспалитель- ных реакциях. Среди них наиболее важными являются гистамин и бра- дикинин. Третья группа веществ принадлежит к продуктам метаболизма арахидоно- вой кислоты (входит в состав липидов клеточных мембран), которые образуются в ответ на гормональные и другого рода стимулы. Эти сое- динения получили название простагландинов (так как впервые были вы- делены из ткани предстательной железы). Четвертая группа регуляторов — соединения пептидной природы — осуще- ствляют контроль чистоты клеточной популяции иммунитета. Они уча- ствуют в свертывании крови. 2.1.2. Нервная регуляция Элементы, осуществляющие нервную регуляцию, складываются в ре- флекторную дугу (рис. 2.2). Начинается она рецептором. От рецептора идут афферентные нервные волокна в нервный центр. Из нервного центра к органу (эффектору) регулирующий сигнал поступает через эфферентное нервное волокно. Поэтому нервный путь регуляции именуется нервно- рефлекторным.
Глава 2. МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 29 Схема рефлекторной дуги От гуморального пути он отличается следующим: - его сигналы распространяются по нервным волокнам с большой скоро- стью — от 0,5 до 80-100 м/с; - импульсы поступают к строго определенным органам или их частям. Простейшая рефлекторная дуга включает два нейрона — афферентный и эфферентный. Но подавляющее большинство рефлекторных дуг намно- го сложнее. Они могут замыкаться и сформировать нервный центр в раз- личных структурах центральной нервной системы (ЦНС). Однако для ве- гетативной нервной системы (ВНС) характерным является не только такое замыкание, но и местные рефлексы, нейронные дуги которых замыкаются в самом органе. В механизме нервной регуляции функций различают два вида рефлексов: - безусловные, которые являются врожденными; - условные, приобретаемые в течение жизни индивидуума. Естественно, в целостном организме все механизмы регуляции тесно взаимодействуют между собой, образуя единую нейроэндокринную систе- му регуляции. Это единство проявляется даже в том, что некоторые гор- моны могут выполнять функцию медиаторов либо нейротрансмиттеров нервной системы (см. гл. 5). Например, норадреналин является медиато- ром постганглионарных волокон симпатических нервов и гормоном моз- гового вещества надпочечников. 2.2. КОНТУРЫ РЕГУЛЯЦИИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ Как уже указывалось, клетка, орган, система органов или организм в целом могут находиться в двух физиологически отличающихся состояни- ях: физиологическом покое и активном, деятельном состоянии. Для под- держания функций в каждом из указанных состояний используется свой комплекс механизмов регуляции. Можно выделить три основных уровня (контура) регуляции (табл. 2.1): - внутриорганный, - внутрисистемный (системный), - межсистемный.
30 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Таблица 2. ] Механизмы регуляции функций Уровень регуляции Механизмы регуляции Выполняемые задачи Внутриорганный Генетические Обеспечение физиологической регенера- ции Метаболические Обеспечение специфичности (точности) ответа на возмущающее воздействие Структурно-гормональные Сохранение гомеостаза данного органа Местные нейрогормональные Взаимосвязь отдельных частей органа Внутрисистемный Безусловные рефлексы веге- тативной и соматической НС Включение других органов системы для выполнения всех функций системы Гормоны Сохранение гомеостатических условий функционирования данной системы Межсистемный Безусловные и условные ре- флексы. Гормоны Реализация основных функций, выполняе- мых данной системой (при этом может нарушаться гомеостаз) Внутриорганный контур регуляции Основан на взаимодействии свойств структурных образований органа с различными метаболитами, биологически активными соединениями, образующимися в органе при его жизнедеятельности, и местными рефлек- торными механизмами (в тех органах, где они имеются). Основной физи- ологической задачей данного контура регуляции является обеспечение го- меостатических условий для функционирования органа. Внутрисистемный контур регуляции Слагается на основе взаимодействия нейрогуморальных механизмов: безусловных рефлексов и гормонов. Основной задачей этого контура яв- ляется сопряжение функций всех органов, составляющих данную функци- ональную систему, для обеспечения выполнения всех ее функций. Межсистемный контур Состоит из комплекса безусловных и условных рефлексов, гормонов Благодаря ему при формировании адаптивных реакций организма возни- кают межсистемные связи. Для этого функции органа и системы органог могут сужаться в направлении мобилизации их для выполнения наиболее важных функций. Например, в системе дыхания при интенсивной физиче- ской работе дыхательные движения становятся столь интенсивными, чтс дыхание выполняется через рот, а значит, выключается носовая полостг с ее функциями очищения, согревания воздушного потока. При этом не редко могут нарушаться и гомеостатические параметры. Для физиологиг особый интерес представляют межклеточные и межорганные механизмь регуляции.
Глава 2. МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 31 Сложные нейрогуморальные механизмы регуляции включают следую- щие стандартные компоненты: 1) регулируемый параметр, 2) аппарат восприятия этого параметра (рецептор), 3) регуляторный аппарат, 4) объект регуляции. Эффекторным путем при этом может быть нервный импульс или гор- мон. Регуляторный аппарат в качестве обязательного элемента включает разнообразные обратные связи (рис. 2.3). Они бывают двух типов: - положительная, - отрицательная. Рис. 2.3. Схема прямых и обратных связей поддержания гомеостаза Положительная обратная связь заключается в том, что при увеличении какого-либо параметра действие усиливается. Отрицательная обратная связь заключается в противоположном эф- фекте: рост регулируемого параметра приводит к снижению функцио- нальной активности органа. Подобный тип обратной связи наиболее ти- пичен для организма человека. 2.3. МЕЖСИСТЕМНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МЕХАНИЗМОВ РЕГУЛЯЦИИ 2.3.1. Взаимодействие нервной и эндокринной систем регуляции Между отдельными механизмами регуляции существует тесное взаимо- действие. В его основе лежит своеобразная иерархия каждого из них. Вы- шележащий уровень регуляции может как бы «отменять» некоторые ко- манды нижележащих, если они «противоречат задаче», выполняемой в данных условиях. Эти взаимодействия происходят как внутри одной из подсистем регуляции (нервной, гуморальной, метаболической), так и между ними. Хорошим примером этому служит взаимодействие отдель- ных элементов вегетативной нервной системы. Но хорошо известно и вза- имодействие эндокринных и нервных механизмов системы регуляции, проявляющееся на всех уровнях рефлекторной дуги, начиная от рецепто-
32 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ра и заканчивая эффекторным органом. Так, в гипоталамусе эти взаимо- действия осуществляются путем влияния гормонов на активность нейро- нов, которые обеспечивают интеграцию вегетативной нервной системы и эндокринных желез. Это обеспечивает моделирование вегетативных ре- флекторных влияний на внутренние органы в зависимости от гормональ- ной активности. К примеру, у женщин в зависимости от периода менструального цикла меняется даже температура тела. Тиреоидные гор- моны влияют на рост и развитие вегетативных ганглиев. Сохраняется влияние гормонов на функции ганглиев и у взрослых. Так, в краниальном шейном симпатическом ганглии имеются рецепторы к кортикостеро- идам, гонадотропину. И, например, эстрадиол изменяет в нем скорость обратного захвата медиатора — норадреналина (НА), а при тиреотокси- козе в связи с недостаточной энергетической обеспеченностью работы Na,K-Hacoca нарушается синаптическая передача. Однако влияние эндокринной системы не ограничивается лишь ВНС. Оно проявляется и на уровне остальных отделов ЦНС. Достаточно ука- зать на влияние тиреоидных гормонов на рост и развитие мозга, когда недостаток этих гормонов приводит к умственной неполноценности. О влиянии гормонов коры надпочечников на мозг свидетельствует факт су- ществования рецепторов к ним в нейронах и глиальных клетках почти всех отделов мозга. 2.3.2. Взаимодействие нейроэндокринной и иммунной систем Нейроэндокринной интеграцией не ограничивается взаимодействие си- стем регуляции. В настоящее время появляется все больше сведений о причастности к единой системе регуляции функций организма и еще одного типа гуморальных регуляторов, имеющих пептидную природу. В этом плане в первую очередь речь идет о пептидах, образующихся в макрофагальных клетках: - интерлейкинах, - тромбоактивирующем факторе, - факторе некроза опухолей и др. Эти факторы регулируют активность защитных механизмов организма (иммунитет, свертывание крови, кроветворение). Но они же осуществля- ют взаимодействие иммунных механизмов с нейроэндокринными, обеспе- чивая еще одним путем целостность организма, его клеточный гомеостаз (постоянство состава «нормальных» клеток). Указанные соединения образуются при поступлении инфекционного агента в организм в очаге воспаления и через кровь могут проникать в мозг. Образуются они и в самом мозге клетками глии. Например, ре- цепторы к интерлейкину-1 (ИЛ-1) обнаружены во многих отделах мозга, и особенно много их в гипоталамусе. Под его воздействием стимулирует- ся синтез кортикотропин рилизинг-гормона (КРГ) гипоталамусом, адре- нокортикотропного гормона (АКТГ) гипофизом, эндорфинов. Этим обес- печивается усиление защитных механизмов за счет гормональной регуля-
Глава 2. МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 33 ции. Причем происходит это не только путем влияния гормонов и нейро- медиаторов на иммунные механизмы, но и через влияние их на образова- ние вышеуказанных регуляторных пептидов. На мембране макрофагов обнаружены рецепторы к многим гормонам и медиаторам (АКТГ, а.-, у-эндорфинам, энкефалинам, субстанции Р и др.). Подробнее о межсистем- ном взаимодействии механизмов регуляции функций организма излагает- ся в соответствующих разделах. 2.4. АДАПТАЦИЯ, СТРЕСС И КОМПЕНСАЦИЯ Адаптация Когда на организм действуют какие-то факторы или в нем самом воз- никают процессы, по своей интенсивности превосходящие обычный (при- вычный) уровень, то возникают ответные реакции адаптации. Диапазон физиологических процессов в последнем случае весьма широк*, от выпол- нения интенсивной физической нагрузки до смерти. Компенсация Частным случаем адаптации является компенсация. Компенсаторные механизмы обеспечивают устранение или ослабление функциональных сдвигов в организме, вызванных неадекватными факторами среда. Как и физиологическая стадия адаптации (см. ниже), они мобилизуются сразу, как только организм попал в неадекватные условия существования, и по- степенно затухают по мере развития адаптационного процесса. Напри- мер, под воздействием холода сужение кровеносных сосудов кожи обеспе- чивает сохранение в организме тепла. А при отравлении угарным газом снижение кислородной насыщенности крови компенсируется усилением кровотока за счет интенсификации работы сердца (ростом МОК). Стресс Если адаптация происходит при действии раздражителя необычно высо- кой интенсивности, то следствием чрезвычайного напряжения той или иной функции она может оказаться неадекватной данным условиям и из физио- логической переходит в патологическую. Такой переход целесообразно на- зывать стрессом или общим адаптационным синдромом (Селье). Механизмы адаптации и стресс-реакции подробнее рассматриваются в гл. 20. 2.5. ПОНЯТИЕ О ГОМЕОСТАЗЕ И ГОМЕОКИНЕЗЕ Для эффективного функционирования биологических процессов необ- ходимы определенные условия, многие из которых должны быть посто- янными. И чем эти условия стабильнее, тем надежнее функционирует биологическая система. К этим условиям прежде всего относятся те, ко- торые способствуют сохранению стабильного уровня обмена веществ. Для этого необходимо поступление исходных ингредиентов обмена и уда- ление конечных метаболитов, поступление кислорода. Эффективность протекания обменных процессов обеспечивается определенной интенсив- ностью внутриклеточных процессов, обусловленной в первую очередь 2-2006
34 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ активностью ферментов. В то же время ферментативная активность зави- сит не только от поступления ингредиентов и удаления метаболитов, но и от такого, казалось бы, внешнего фактора, как, например, температура. Стабильность большинства условий необходима на любом структурно- функциональном уровне — начиная от отдельной биохимической реак- ции, клетки, вплоть до сложных функциональных систем организма. В ре- альной жизни эти условия часто могут нарушаться. Возникшие изменения отражаются на состоянии биологических объектов, на течении в них про- цессов обмена. Причем, чем сложнее устроена биологическая система, тем большие отклонения от стандартных условий она выдерживает без существенных нарушений жизнедеятельности. Это связано с наличием в организме соответствующих механизмов, направленных на ликвидацию возникших изменений. Так, например, в клетке активность ферментатив- ных процессов при понижении температуры на каждые 10 °C снижается в 2-3 раза. В то же время теплокровные животные, благодаря наличию ме- ханизмов терморегуляции, сохраняют внутреннюю температуру постоян- ной при довольно широком диапазоне изменения внешней температуры. В результате сохраняется стабильность этого условия для протекания ферментативных реакций на неизменном уровне. И, к примеру, человек, обладающий еще и разумом, строя жилища, одеваясь, без особого тру- да может длительное время жить при внешней температуре значительно ниже О °C. В процессе эволюции происходило формирование приспособительных реакций, направленных на поддержание постоянных условий внешней среды организма. Они имеются как на уровне отдельных биологических процессов, так и всего организма. Каждое из этих условий характеризуют соответствующие параметры. Поэтому, по сути дела, системы регуляции постоянства условий контролируют постоянство этих параметров. А если указанные параметры почему-либо отклоняются от нормы, то механизмы регуляции обеспечивают возврат их к исходному уровню. Г омеостаз На универсальное свойство живого сохранять стабильность' функций организма независимо от внешних воздействий первым обратил внимание в середине XIX века французский физиолог Бернар. Он указал, что посто- янство внутренней среды обеспечивает возможность свободной, во многом независимой от внешней среды жизни. По предложению американского физиолога Кеннона универсальное свойство живого активно сохранять стабильность функций организма, несмотря на внешние воздействия, кото- рые могут нарушить эту стабильность, называется гомеостазом. Состояние биологической системы любого структурно-функциональ- ного уровня зависит от комплекса влияний. Этот комплекс слагается из взаимодействия многих факторов, как внешних по отношению к ней, так и находящихся внутри ее или образующихся в результате происходящих в ней процессов. Уровень влияния внешних факторов определяется соот- ветствующим состоянием среды: температурой, влажностью, освещенно-
Глава 2. МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 35 стью, давлением, газовым составом, магнитными полями и т. п. Однако степень воздействия далеко не всех внешних и внутренних факторов ор- ганизм может и должен поддерживать на постоянном уровне. Эволюция отобрала те из них, которые более необходимы для сохранения жизнеде- ятельности, или те, для поддержания которых были найдены соответству- ющие механизмы. Константы параметров гомеостаза Эти константы не являются строго постоянными. Возможны и откло- нения их от какого-то среднего уровня в ту или другую сторону в своеоб- разном «коридоре». Для каждого параметра границы максимально воз- можных отклонений свои. Отличаются они и по времени, в течение кото- рого организм может выдерживать нарушение конкретного параметра гомеостаза без каких-либо серьезных последствий. В то же время само по себе отклонение параметра за границы «коридора» может привести к ги- бели соответствующей структуры — будь то клетка или даже организм в целом. Так, в норме pH крови составляет около 7,4. Но он может коле- баться в пределах 6,8-7,8. Крайнюю степень отклонений этого параметра организм человека может выдержать без гибельных последствий лишь в течение нескольких минут. Другой гомеостатический параметр — темпе- ратура тела при ряде инфекционных заболеваний может возрастать до 40 °C и выше и держаться на таком уровне в течение многих часов и даже дней. Таким образом, одни константы организма весьма стабильны — жесткие константы, другие — отличаются более широким диапазоном колебаний — пластичные константы. Совершенствование систем регуляции гомеостаза нашло отражение и в эволюционном развитии. Так, отсутствие системы поддержания постоян- ной температуры тела у хладнокровных, обусловив зависимость жизнен- ных процессов от меняющейся внешней температуры, резко ограничило их эволюционное развитие. Отсутствие такой зависимости у теплокров- ных обеспечило их расселение по всей планете и сделало такие организмы действительно свободными существами с высокой эволюционной потен- цией. В свою очередь, у разных людей имеются индивидуальные различия функциональных возможностей самих систем регуляции гомеостаза. Это во многом определяет выраженность реакции организма на любые воз- действия, а в конечном счете сказывается и на продолжительности жизни. Гомеокинез Изменение гомеостаза происходит не только под влиянием каких-либо внешних факторов, но и может быть эндогенного происхождения: интен- сификация процессов метаболизма стремится изменить параметры гоме- остаза. При этом активизация систем регуляции легко обеспечивает воз- врат их на стабильный уровень. Но если в состоянии покоя у здорового человека эти процессы сбалансированы и механизмы восстановления функционируют с запасом мощности, то при резком изменении условий
36 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ существования, при заболеваниях они включаются с максимальной ак- тивностью. Процесс изменения функций организма, направленный на восстановление гомеостаза, целесообразнее называть гомеокинезом. Клеточный гомеостаз Одним из своеобразных параметров гомеостаза является «генетическая чистота» клеточных популяций организма. Слежение за нормальной про- лиферацией клеток осуществляет иммунная система организма. В случае нарушения ее или нарушения считывания генетической информации появ- ляются клетки, чужеродные данному организму. Эти клетки подвергаются уничтожению системой иммунитета. С известной долей приближения можно сказать, что подобный механизм осуществляет и борьбу с поступле- нием в организм чужеродных клеток (бактерий, глистов) или их продук- тов. И это также относится к «ведению» системы иммунитета (см. гл. 10). 2.5.1. Механизмы гомеостаза и их регуляция Системы, контролирующие параметры гомеостаза, состоят из механиз- мов различной структурной сложности. Они включают как сравнительно просто устроенные элементы, так и весьма сложные нейрогормональные комплексы. Одним из наиболее простых механизмов являются метаболи- ты, часть которых может местно воздействовать на активность фермента- тивных процессов, влиять на различные структурные компоненты клеток и тканей. В тканях, как внутри клеток, так и на наружной мембране, име- ется сложный комплекс местных регуляторов жизнедеятельности, кото- рые также участвуют в регуляции гомеостаза и реакциях гомеокинеза. К ним относятся различные метаболиты арахидоновой кислоты, цикличе- ские нуклеотиды, свободный Са2+ и т. п. Более сложные механизмы (ней- роэндокринные), осуществляющие межорганное взаимодействие, под- ключаются тогда, когда одних простых уже недостаточно для того, чтобы вернуть параметр к должному уровню. На уровне клетки широко используются местные процессы ауторегуля- ции с отрицательной обратной связью. Так, например, при интенсивной мышечной работе в скелетных мышцах в связи с относительным дефици- том О2 накапливаются недоокисленные продукты обмена. Они сдвигают pH саркоплазмы в кислую сторону, что может привести к гибели отдель- ных структур, всей клетки или даже организма. При снижении pH меня- ются конформационные свойства цитоплазматических белков, мембран- ных комплексов. Последнее приводит к изменению радиуса пор, увеличе- нию проницаемости мембран всех субклеточных структур, нарушению ионных градиентов (см. гл. I). В цитоплазме могут появляться свободные ферменты лизосом, что приводит к гидролитическому расщеплению бел- ков, полисахаридов, липидов, нуклеиновых кислот. В результате разру- шаются субклеточные структуры и сами клетки. Для того, чтобы этого не произошло, сам по себе сдвиг pH ниже определенного уровня инактиви- рует ферменты, участвующие в образовании недоокисленных продуктов. Тем самым за счет местной обратной связи останавливаются те процессы,
Глава 2. МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 37 которые могут привести к нарушению структур скелетной мышцы. Вслед за этим прекращается сокращение мышц, что выражается в развитии про- цесса утомления. Кроме того, на уровне клетки поддержание постоянных условий созда- ется сопряжением поступления необходимых для обмена ингредиентов и выходом метаболитов реакций. Эти процессы обеспечиваются пассивным осмосом и диффузией, а также активным транспортом. Пассивные про- цессы в меньшей степени подчиняются механизмам регуляции. В то же время интенсивность активного транспорта регулируется соответствую- щими системами трансмембранного переноса. Роль жидких сред организма в гомеостазе Центральным звеном сохранения гомеостаза являются жидкие среды организма. Для большинства органов ими являются кровь и лимфа, а для мозга — кровь и ликвор. Особенно велика роль крови. Кроме того, для клетки жидкими средами являются ее цитоплазма и межклеточная жид- кость. Функции жидких сред в поддержании гомеостаза весьма многооб- разны. Во-первых, жидкие среды обеспечивают обменные процессы с тканями. Они не только приносят к клеткам необходимые для их жизнедеятельно- сти вещества, но и транспортируют от них метаболиты, которые иначе могут накапливаться здесь в высокой концентрации. Во-вторых, жидкие среды имеют собственные механизмы, необходимые для поддержания некоторых параметров гомеостаза. Например, буфер- ные системы смягчают сдвиг кислотно-основного состояния при поступ- лении в кровь кислот или щелочей. Гематоэнцефалический барьер и ликвор препятствуют проникновению из крови в мозг многих веществ, могущих нарушить его функцию. В-третьих, жидкие среды участвуют в организации системы контроля го- меостаза. Здесь также имеется несколько механизмов. Так, за счет транс- порта метаболитов для поддержания гомеостаза подключаются отдален- ные органы и системы (почки, легкие и т. п.). Кроме того, находящиеся в крови метаболиты, воздействуя на структуры и рецепторы других ор- ганов и систем, могут запускать сложные рефлекторные ответы, гормо- нальные механизмы. Например, терморецепоры реагируют на «горя- чую» или «холодную» кровь и соответствующим образом изменяют ак- тивность органов, участвующих в образовании и отдаче тепла. Под вли- янием ряда метаболитов хеморецепторы продолговатого мозга вызыва- ют одышку, осморецепторы гипоталамуса обеспечивают образование гормонов, участвующих в сохранении нормального осмотического дав- ления крови. Рецепторы располагаются также и в самих стенках кровеносных сосу- дов. Они участвуют в регуляции химического состава крови, ее объема, давления. С раздражения сосудистых рецепторов начинаются рефлексы, эффекторным звеном которых являются многие органы и системы орга-
38 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ низма. Центральная роль крови в поддержании гомеостаза послужила ос- новой формирования специальной системы гомеостаза многих парамет- ров самой крови, ее объема. Для их сохранения имеются сложные меха- низмы, включенные в единую систему регуляции гомеостаза организма. Сказанное выше можно наглядно проиллюстрировать на примере уже упомянутой интенсивной мышечной деятельности. Во время ее выполне- ния из мышц в русло крови выходят продукты обмена в виде молочной, пировиноградной, ацетоуксусной и других кислот. Кислые метаболиты вначале нейтрализуются щелочными резервами крови. Кроме того, они через рефлекторные механизмы активируют кровообращение и дыхание. Подключение указанных систем организма, с одной стороны, улучшает поступление Ог к мышцам, а значит, уменьшает образование недоокис- ленных продуктов; с другой — способствует увеличению выделения СО2 через легкие, многих метаболитов через почки, потовые железы. Иерархия систем гомеостаза Гомеокинез целостного организма не является простой суммой реак- ций, направленных на поддержание отдельных параметров гомеостаза. Между системами регуляции отдельных параметров гомеостаза имеются сложные иерархические взаимодействия. При этом учитывается то, что какие-то факторы имеют большее значение для обеспечения жизнедея- тельности организма и нарушение их может привести к быстрой гибели клеток, а в ряде случаев — даже всего организма. Изменение других ор- ганизм может какое-то время «потерпеть». К примеру, в состоянии покоя на постоянном уровне поддерживаются pH крови и артериальное давле- ние. Но при выполнении физической нагрузки в первую очередь возника- ет необходимость адекватного снабжения мышц кровью. Для этого резко усиливается работа сердца, что приводит к повышению артериального давления. Значит, временно, на период выполнения работы, как бы «от- меняется» механизм, направленный на сохранение стабильного уровня артериального давления. Оно нормализуется лишь после завершения ра- боты. В организме существует своеобразная иерархичность биологической значимости функций отдельных органов и систем. В реальной жизни че- ловека может возникнуть такая ситуация, когда наиболее важные из них должны выполняться даже при резком нарушении многих важнейших па- раметров гомеостаза. Так, например, для обеспечения функций ЦНС тре- буется постоянное поступление с кровью большого количества О2 и пита- тельных веществ. И если, например, после кровопотери поступление этих соединений резко снижается, то кровоток перераспределяется таким обра- зом, чтобы по возможности максимально полно удовлетворить в первую очередь нервную систему. При этом в других органах и самой крови го- меостаз многих параметров может нарушаться. Еще нагляднее можно продемонстрировать проявление иерархии фун- кций при выполнении физической работы. Значимость ее для организма человека объясняется тем, что в естественных условиях существования ра-
Глава 2. МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 39 бота скелетных мышц нередко обеспечивает сохранение самой жизни. При интенсивной работе может резко отклоняться pH крови (вплоть до 7,0 и ниже), повышаться температура тела (у спортсмена в конце мара- фонской дистанции — вплоть до 40 °C и выше). В связи с тем, что указан- ные, а также другие нарушения при чрезмерной выраженности сами по себе могут привести организм к гибели, работа должна быть прекращена. Причем во время выполнения нагрузки может резко снизиться кровоснаб- жение многих внутренних органов, что дополнительно нарушит гоме- остаз. Параметры гомеостаза начинают восстанавливаться уже во время самой работы, но наиболее активно этот процесс происходит после ее прекращения. В это время деятельность всех систем организма направле- на главным образом на восстановление параметров гомеостаза. В последующих разделах, при изложении физиологии вегетативных си- стем организма, механизмам поддержания гомеостаза, гомеокинезу будет уделяться самое пристальное внимание. Механизмы гомеокинеза тесно связаны с процессами компенсации функций при патологии, адаптивны- ми процессами, которые развиваются при изменении функциональной ак- тивности или интенсивности действия какого-либо внешнего фактора (температуры, состава атмосферного воздуха и т. п.). 2.5.2. Возрастные особенности гомеостаза Системы гомеостаза постепенно формируются в процессе онтогенеза. Однако отдельные системы гомеостаза как развиваются, так в последую- щем, при старении, и угасают неравномерно. Возрастное совершенствова- ние их определяется в первую очередь генетически запрограммированной этапностью возрастного развития. Индивидуальные возможности систе- мы гомеокинеза зависят как от генетической предрасположенности, так и от внешних условий — «тренированности» каждой из них. От того, как хорошо они будут развиты в период онтогенеза, каков будет уровень фун- кциональных и структурных резервов каждой функции, во многом зави- сит здоровье и долголетие человека. У новорожденных большинство по- казателей, характеризующих гомеостаз, нестабильны. Например, у них легко сдвигаются параметры кислотно-основного состояния крови, вод- но-электролитного баланса. Столь же легко происходят сдвиги и темпе- ратуры тела, артериального давления. Совершенствование гомеостатических реакций происходит наиболее активно в первый год жизни. Но окончательное их становление заверша- ется после полового созревания, которое знаменует переход к стабильно- му состоянию взрослых. К старости механизмы поддержания гомеостаза постепенно истощают- ся. В результате более выраженные отклонения гомеостаза могут насту- пать при меньшей интенсивности возмущающего воздействия. Пожилые люди хуже переносят практически любые изменения внешней среды, так же как и отклонения в процессах жизнедеятельности. Это приводит к то- му, что болезни у них протекают тяжелее, а восстановление затягивается.
Глава 3 ФИЗИОЛОГИЯ НЕРВНОГО ВОЛОКНА Плазматическая оболочка В процессах жизнедеятельности клетки особенно важную роль играет плазматическая мембрана. Целостность клеточной мембраны обеспечива- ется не только указанным в главе 1 ее строением, но и внутриклеточным цитоскелетом и межклеточными структурами, создаваемыми нитями кол- лагена. Кроме того, особо следует подчеркнуть значение гликокаликса (см. рис. 1.2). Это углеводно-аминокислотные комплексы, достаточно далеко выступающие от клеточной мембраны. Они укрепляют наружную клеточ- ную мембрану, обеспечивают иммунную специфичность различных кле- ток одного и того же человека (см. гл. 10), а в ряде специализированных клеток, например, в эпителии кишечника (см. гл. 14) гликокаликс участ- вует и в выполнении присущих им функций — переваривании и всасыва- нии пищевых веществ. Кроме самой плазматической мембраны, имеющей в большинстве клеток толщину около 6-10 нм. для функции клеток большое значение имеют ближайший слой цитоплазмы и прилегающий снаружи слой меж- клеточной среды. В совокупности с мембраной они составляют так назы- ваемую плазматическую оболочку. Суммарная толщина ее около 30 нм (примерно по 10 нм с обеих сторон от мембраны). Именно здесь разыг- рываются многие процессы, определяющие функциональное состояние клетки. 3.1. ВОЗБУДИМОСТЬ Переход клетки из состояния физиологического покоя в активное про- исходит благодаря тому, что все живые клетки обладают свойством раз- дражимости (реактивности), то есть способностью под воздействием внешних или внутренних факторов, называемых раздражителями, менять свою активность. Это проявляется, к примеру, в виде усиления деления клеток, или их сокращения, секреции и тому подобных процессов, свой- ственных данным клеткам. Самым характерным признаком раздражимо- сти является то, что энергия для ответной реакции берется не за счет внешнего раздражителя, а за счет метаболизма самой клетки. Раздражители можно подразделить на две неравные группы: - специфические (адекватные), - неспецифические (неадекватные). Адекватный раздражитель способен вызвать ответ при очень малой интенсивности затраченной энергии. Например, в идеальных условиях квант света уже может быть воспринят глазом. Но чтобы вызвать тот же эффект, неадекватный раздражитель должен затратить значительно боль- ше энергии, например, удар по глазу также вызывает «искры». Мини-
Глава 3. ФИЗИОЛОГИЯ НЕРВНОГО ВОЛОКНА 41 мальная сила действующего раздражителя, способная вызвать ответную реакцию, именуется пороговой (порогом) Для таких клеток, как нервная, секреторная и мышечная, характерным яв- ляется то, что при действии раздражителя вначале возникает общая для всех их ответная реакция, называемая возбуждением. Возбуждение предшеству- ет проявлению специфической реакции этих клеток. В мышечной клетке возбуждение предшествует сокращению, для секреции в секреторных клет- ках также необходимо возбуждение. Для нервной клетки возбуждение сов- падает с ее специфической реакцией — передачей нервного импульса. Хотя, строго говоря, и здесь можно разграничить предшествующее возбуждение от передачи нервного сигнала. Передача импульса с одной нервной клетки на другую осуществляется с помощью специальных гуморальных сигна- лов — медиаторов, выделению которых предшествует поступление возбуж- дающего сигнала в специальную структуру — синапс (см. гл. 4). В настоящее время установлено, что многие процессы, типичные для указанных возбудимых тканей, характерны и для других тканей. Но наи- более ярко они проявляются именно у этих тканей и поэтому здесь опи- сываются на их примере. 3.1.1. Мембранный потенциал В возбудимых клетках в большей мере, чем в других, состояния физио- логического покоя и активное проявляются наиболее типично. Выражен- ность активного состояния может быть различна. Она зависит как от ин- тенсивности раздражителя, так и от собственного состояния клетки, ее реактивности. В состоянии физиологического по- коя между содержимым клетки и вне- клеточной жидкостью существует раз- ность потенциалов, которая именуется мембранным потенциалом (МП) или потенциалом покоя (ПП). Его величину можно измерить, введя внутрь клетки микроэлектрод (стеклянный капилляр, заполненный проводящим ток раство- ром). Второй электрод помещается снаружи (рис. 3.1). Луч на экране ос- циллографа показывает, что до проко- ла микроэлектродом мембраны раз- ность потенциалов между М и И была равна нулю. В момент прокола (пока- зан на рисунке) обнаружена разность потенциалов, указывающая, что внут- ренняя сторона мембраны заряжена электроотрицательно по отношению к ее наружной поверхности. Внутри клетки регистрируется отри- Схема измерения мембранного по- тенциала мышечного волокна с по- мощью внутриклеточного микро- электрода: А —мышечное волокно; Б — луч на экране осциллографа; М — микроэлектрод; И — индиффе- рентный электрод
42 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ нательный заряд. Его выраженность в различных возбудимых клетках не одинакова. Так, в скелетной мышце уровень МП---90 мВ, в гладкомы- шечной клетке — в среднем около -30 мВ, в нервных клетках — от -40 до -90 мВ, в секреторных — около -20 мВ. Ионные механизмы происхождения МП В основе мембранного потенциала лежит неодинаковая для катионов и анионов проницаемость мембран. Отрицательные ионы плохо проходят через мембрану. Наличие на мембране ионных каналов создает возмож- ность для концентрационного трансмембранного транспорта положи- тельно заряженных ионов металлов. Но и среди них имеется, существен- ное различие. В состоянии покоя мембрана более проницаема (примерно в 10-15 раз) для К+ (указанная проницаемость обозначается gK), чем для Na+ (^Na). В результате суммарный выход из клетки несущих положитель- ный заряд ионов калия преобладает над поступлением в клетку положи- тельно заряженных ионов натрия. В клетке концентрация положительных и отрицательных ионов примерно одинакова. Электронейтральность ци- топлазмы поддерживается: - с одной стороны, главным образом катионами калия; - с другой — неорганическими и органическими анионами. В результате выхода части ионов К+ и создается разность потенциалов между наружной поверхностью мембраны и ближайшим слоем цитоплаз- мы. Скапливающиеся внутри у мембраны избыточные анионы создают два эффекта: - внутри клетки возникает отрицательный заряд; - этот заряд обеспечивает элек- тростатическое притяжение вышедших через мембрану ионов К+, которые не отходят далеко от мембраны и обеспе- чивают здесь переизбыток положительных зарядов. Однако отрицательно заря- женные ионы сами не могут «втащить» ионы калия внутрь, так как этому препятствует их высокая внутриклеточная кон- центрация (рис. 3.2). Поток ионов калия прекра- щается, когда действие элект- рического поля компенсирует влияние диффузионного давле- Последовательность этапов изменения про- ницаемости мембраны для ионов Na+, К? и изменение поляризации мембраны ния, вызванного концентраци- онным градиентом. Следова- тельно, для данной разности
Глава 3. ФИЗИОЛОГИЯ НЕРВНОГО ВОЛОКНА 43 концентраций ионов на мембране существует равновесный потенциал (Е,„„), при котором прекращается поток ионов через мембрану. Величина равновесного потенциала может быть определена с помощью уравнения Нернста: £™ = Я-^1п—, (31> z • F г* где R — газовая постоянная; Т — абсолютная температура; z — валент- ность иона; F—число Фарадея; С+—концентрация иона (Ci—внутри- клеточная, Cti — внеклеточная). Если подставить в уравнения константы, то при температуре тела (Т = 310 °К) для ионов калия равновесный потенциал равен: Ct Ек =-61 мВ log—. (3.2) с о Q С Если = 39 (см. табл. 1.1), то Ек = -97 мВ. И действительно, для мы- шечной или нервной клеток мембранный потенциал около -90 мВ. В свя- зи с важнейшей ролью К+ в создании мембранного потенциала, этот по- тенциал условно можно назвать калиевым потенциалом. Роль Na.K-АТФазы в создании МП Несмотря на то, что проницаемость мембраны для ионов натрия мень- ше, чем для калия, но и он по концентрационному градиенту проникает через мембрану, поступая внутрь клетки. И если указанные процессы бу- дут продолжаться в клетке и дальше лишь в этом направлении, то разли- чие концентрации указанных ионов в клетке и окружающей среде посте- пенно исчезнет. Но в нормально функционирующих клетках градиенты сохраняются, и происходит это благодаря функции Na,K-Hacoca. Тем са- мым не только поддерживается концентрационный градиент указанных ионов, но и соответствующий уровень МП. Учитывая, что «производительность» насоса для двух этих ионов не одинакова и за один оборот насоса натрия выкачивается на один ион больше, чем закачивается калия, данный излишек Na+ вносит свою долю в уровень реально существующего МП. Она равна примерно 10 мВ, и по- этому величина МП на эту величину меньше, чем равновесный калиевый потенциал. Снижение активности насоса приводит к уменьшению концентрацион- ного градиента, а это отразится на скорости проникновения ионов через мембрану — она снизится. В результате будет понижаться и уровень МП. Мощность насоса меняется при снижении активности синтеза АТФ. Та- ким образом, процессы, приводящие к нарушению клеточного метаболиз- ма, отражаются и на величине заряда мембраны. Значит, косвенным по- казателем активности метаболизма может быть уровень МП. Гибель
44 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ клетки приводит к постепенному исчезновению градиента концентрации ионов и нулевому МП. В возникновение МП некоторую долю вносят и отрицательные ионы, особенно СГ (для упрощения изложения зти моменты здесь опущены). 3.2. ПОТЕНЦИАЛ ДЕЙСТВИЯ НЕРВНОГО ВОЛОКНА Функция одной из возбудимых тканей — нервной — больше, чем лю- бой другой, связана с возбудимостью. Природа нервного импульса, с по- мощью которого нейроны получают, обрабатывают и посылают инфор- мацию, напрямую связана с зарядом их мембран. По сути дела, здесь проявляется возбудимость в чистом виде, и на ее примере удобнее пока- зать это физиологическое свойство. 3.2.1. Потенциал действия Все, что выше было сказано о потенциале мембраны, целиком и полно- стью характерно для нервной ткани. Особенности формирования его в раз- Ионный механизм возникновения потен- циала действия и восстановления потен- циала покоя на примере нервного волок- на: а — потенциал действия; б — направ- лен-движения ионов Na+ и К в различ- ные фазы развития потенциала действия; п — изменение знака электрического заря- да на поверхностях мембраны во время развития потенциала действия; I — фаза деполяризации; 2 — фаза инверсии; 3 — фаза реверсии; 4 — фаза реполяризации; 1-2 — возникновение потенциала дейст- вия (восходящее колено); 3-4 — восста- новление потенциала покоя (нисходящее колено). Стрелками показано направле- ние переноса (по Ходжкину). личных нейронах и физиологиче- ские механизмы перехода их в воз- бужденное состояние подробнее разбираются в гл. 5. Здесь разберем схематично принцип перехода воз- будимой ткани в возбужденное со- стояние. Активность нейрона связана с возникновением потенциала дей- ствия (ПД). Его можно зарегист- рировать также с помощью микро- электрода. Типичный пример перехода по- тенциала покоя в потенциал дейст- вия приведен на рис. 3.3. Начало воздействия раздражителя приво- дит к снижению отрицательного заряда внутреннего слоя мембра- ны. Затем заряд мембраны меня- ется на противоположный — до +30 мВ. После этого также быстро про- исходит возврат потенциала к ис- ходному уровню. Учитывая, что уровень МП, к примеру, в крупных нейронах составляет около -90 мВ, размах пика потенциала действия в них равен 120 мВ. Длительность процессов, характеризующих ПД, около 1 мс.
Глава 3, ФИЗИОЛОГИЯ НЕРВНОГО ВОЛОКНА 45 Можно четко выделить следующие фазы развития ПД: 1) фаза нарастания (деполяризации), продолжающаяся около 0,2-0,5 мс; 2) овершут (от англ, overshoot — перелет); 3) фаза реполяризации. Последние участки фазы реполяризации не- редко бывают замедленными и носят название следовых потенциа- лов-, 4) следовая деполяризация, при которой скорость реполяризации за- медляется; 5) следовая гиперполяризация. Во время этой фазы мембрана стано- вится более поляризованной, чем при потенциале покоя. 3.2.2. Природа потенциала действия Воротный механизм Проницаемость мембранных каналов к соответствующим ионам опре- деляется состоянием их ворот. Состояние этой части ионного канала регулирует прохождение ионов (рис. 3.4). Схематическое изображение электровозбудимого натриевого канала. Канал (/) обра- зован макромолекулой белка (2), суженная часть которого соответствует «селективно- му фильтру». В канале имеются активационные (т) и инактивационные (Л) ворота, которые управляются электрическим полем мембраны. При потенциале покоя (а) наиболее вероятным является положение «закрыто» для активационных ворот и по- ложение «открыто» — для инактивационных. Деполяризация мембраны (6) приводит к быстрому открыванию m-ворот и медленному закрыванию Л-ворот, поэтому в на- чальный момент деполяризации обе пары ворот оказываются открытыми и через ка- нал могут двигаться ионы в соответствии с их концентрационными и электрическими градиентами. При продолжающейся деполяризации (в) инактивационные ворота за- крываются, и канал переходит в состояние инактивации (по Б. И. Ходорову) При открытых воротах {активационное состояние) канал становится проходим для ионов, при закрытых {инактивационное состояние) — ионы не проходят. Эти состояния определяются конформацией макромолекул. В обычных условиях, в состоянии физиологического покоя, каналы, как пра- вило, закрыты. Открыта лишь очень небольшая их часть. Порог Активационное состояние приводит к одномоментному открытию многих каналов и относительно быстрому прохождению ионов по кон- центрационному или электрическому градиенту. Открытие канала опре- деляется соответствующим зарядом мембраны. В силу чего указанные оба типа каналов относятся к электрогенным каналам. К+-каналы нервного волокна открываются при 0-заряде мембраны, а Ка+-каналы — при сни- жении уровня МП. Потенциал действия возникает при деполяризации
46 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ мембраны примерно до -50 мВ. Этот уровень именуется пороговым. В на- чале действия раздражителя открывается лишь небольшая часть Na+-Ka- налов. В результате происходит постепенная деполяризация мембраны, которая именуется локальным (местным) потенциалом. Местный потенци- ал переходит в потенциал действия при достижении порогового уровня. Дело в том, что лишь при этой деполяризации открывается такое количе- ство Na+-KaHanoB, которое приводит к развертыванию всех фаз ПД. То есть при этом быстро, как при взрыве, через мембрану проходит доста- точное количество ионов натрия, которые не только нейтрализуют отри- цательный заряд цитоплазмы, но и превышают его (овершут). Закон «всё или ничего» ПД для клетки — ауторегенеративный процесс, так как, начавшись при достижении порогового уровня деполяризации, он разворачивается пол- ностью во всех фазах, в конечном итоге возвращая мембрану к исходному уровню МП. Именно проявлением ПД и характеризуется состояние воз- будимости. Поскольку в клетке в норме форма и размах потенциала дей- ствия постоянны, то говорят, что возбудимость протекает по.закону «всё или ничего». То есть, если раздражитель недостаточной силы (подпорого- вый), то он вызовет развитие лишь местного потенциала («ничего»). По- роговой силы раздражитель вызовет полную волну ПД («всё»). Ионные механизмы развития ПД Как указывалось выше, развитие деполяризации и овершута обуслов- лено повышением проницаемости мембраны для натрия, то есть — от- крытием натриевых ворот. Но натриевые каналы в таком состоянии мо- гут находиться лишь в течение очень небольшого времени. Вслед за этим наблюдается состояние инактивации (закрытия) этих ворот. Возрастание (рис. 3.2 и 3.5) натриевой проницаемости gNa, вызывая де- поляризацию мембраны, сопровождается повышением и калиевой прони- цаемости gK. Но калиевые акти- вационные ворота открываются более медленно, так что выход калия наружу вначале не созда- ет препятствия для развития де- поляризационной фазы ПД Временной ход изменений натриевой (g^a) и калиевой (,?к) проницаемости мембраны гигантского аксона кальмара во время гене- рации потенциала действия (по Б. И. Ходо- рову) (рис. 3.6). Когда закрываются инакти- вационные натриевые ворота, г к этому времени еще больше возрастает g«, то лишь тогда на чинается реполяризация мемб раны. Только после .реполяриза ции мембраны закрывают^ инактивационные калиевые во рота.
Глава 3. ФИЗИОЛОГИЯ НЕРВНОГО ВОЛОКНА 47 Состояние натриевых и калиевых каналов в различные фазы потенциалов действия: а — период потенциала покоя; б — деполяризация; в — начало реполяризации; г — завершение реполяризации; д — возвращение к потенциалу покоя (по Б. И. Ходорову) Включение №,К*насоса Поступление (при деполяризации) внутрь «излишка» ионов натрия и на- ружу (при реполяризации) — калия хотя и очень немного, но нарушает ион- ные градиенты бывшие в невозбужденной клетке. Если же раздражитель действует длительное время, то эти градиенты могут сдвинуться на вполне ощутимую величину, что отрицательно скажется как на возбудимости мембраны, так и на других функциях клетки. Что бы этого не произош- ло, сразу же вслед за реполяризацией мембраны в ней резко активируется Ыа,К-АТФаза, которая и возвращает ионное состояние в прежнее состоя- ние. Поэтому если сам ПД возникает за счет диффузионного прохождения ионов через мембрану, то восстановление исходного состояния ионов тре- бует активации ионных насосов, то есть требует затраты энергии. Естественно, что нарушение путей ресинтеза АТФ приведет к наруше- нию возбудимости клетки. 3.2.3. Воротный механизм ионных каналов Полагают, что в натриевом канале имеется два вида ворот: - быстрые активационные (тн); - медленные инактивационные (И), которые управляются электриче- ским полем мембраны. Для МП наиболее вероятным является закрытое состояние активаци- онных ворот и открытое — инактивационных. Начало деполяризации мембраны сопровождается быстрым открытием щ-ворот и медленным за- крытием А-ворот. Поэтому в начальной фазе действия пороговой силы раздражителя оба типа ворот оказываются открытыми, что обеспечивает быстрое проникновение внутрь ионов натрия и развитие деполяризации. При продолжении деполяризации А-ворота оказываются закрытыми, и на какое-то время каналы данного участка мембраны становятся полностью перекрытыми. В большинстве клеток калиевый канал имеет один тип ворот — мед- ленные. Активация калиевых каналов происходит на порядок медленнее, чем активация натриевых. Так же медленно происходит и их инактива-
48 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ция — калиевая проницаемость мембраны остается высокой длительное время: в течение всех 10 мс, когда мембрана деполяризована, эти каналы еще остаются открытыми. Кроме таких типичных калиевых каналов, в некоторых отделах нерв- ной системы и мышцах имеются быстро инактивирующиеся калиевые ка- налы. Оба указанных типа калиевых каналов являются электровозбуди- мыми, то есть их ворота открываются и закрываются под влиянием изме- няющейся деполяризации мембраны. Но в некоторых тканях (сердечная мышца) есть и такие калиевые каналы, которые активируются одним из внутриклеточных регуляторов — повышением концентрации внутри кле- ток кальция. Подробнее характеристика кинетики этих каналов будет из- ложена в гл. 13. В ряде структур ЦНС, мышцах существует несколько типов кальциевых каналов. Наиболее типичные из них — каналы с медленной активацией и инактивацией (десятки и сотни миллисекунд). Характерной особенно- стью этих каналов является наличие в области их наружного устья хими- ческих групп, имеющих сродство к двухвалентным ионам. Проникнове- ние кальция может произойти лишь путем связывания его с указанной структурой. Причем некоторые другие двухвалентные ионы обладают та- ким высоким сродством к данному отделу канала, что, к примеру, Мп2+ блокирует кальциевую проницаемость. Подобный принцип блокады ка- налов довольно широко распространен. Все указанные типы ионных каналов могут блокироваться различными соединениями. Так, натриев канал можно заблокировать тетродокси- ном — веществом, синтезируемым некоторыми рыбами. Калиевые кана- лы блокируются амидопиридинами, тетраэтиламмонием. Верапамил, ни- федипин блокируют кальциевые каналы. Указанные выше соединения применяются для изучения кинетики каналов, а некоторые из них — ив клинической практике. 3.2.4. Проведение потенциала действия Характерным признаком потенциала действия, появившегося в нерв- ном волокне, является способность распространяться. Передача нервного импульса заключается именно в проведении ПД. Показателем этого про- цесса является скорость проведения ПД. Скорость проведения импульса по нейрону во многом зависит от особенности его строения: а) от диаметра волокна, б) от наличия или отсутствия миелиновой оболочки. Характерной особенностью проведения ПД по любым возбудимым мембранам является бездекрементность, то есть величина ПД всегда оди- накова, даже если он распространяется на расстояние более 1 м. Механизм проведения ПД по немиелинизированному нервному волокну В немиелинизированном нервном волокне ПД распространяется от точки к точке, так что возбуждение можно зарегистрировать постепенно «бегущим» по всему волокну от места своего возникновения. Ионы натрия, входящие
Глава 3. ФИЗИОЛОГИЯ НЕРВНОГО ВОЛОКНА 49 внутрь возбужденного участка, служат источ- ником электрического тока для возникновения деполяризующего элект- ротонического потенци- ала соседних участков. Сдвиг потенциала мемб- раны, возникающий при действии на нее электри- ческого стимула, назы- вается электротоном (рис. 3.7). В данном слу- Схема проведения потенциала действия по нервному волокну: А — зона рефрактериости; Б — зона возбуж- дения; В — зона покоя чае импульс возникает между деполяризованной областью мембраны и ее невозбужденным участ- ком. Разность потенциалов здесь во много раз выше, чем необходимо для того, чтобы деполяризация мембраны достигла порогового уровня. Рефракгерностъ Указанным выше механизмом ПД может распространяться по мембра- не в обе стороны от места своего первоначального возникновения. Но в физиологических условиях ПД, возникающий, к примеру, в теле нейрона, распространяется на периферию по отросткам только в одном направле- нии. Обратного распространения ПД не происходит в связи с тем, что в течение некоторого времени тот участок мембраны, в котором развился ПД, становится невозбудимым. Это состояние невозбудимости мембраны называется рефрактерностыо (см. рис. 3.7). Невозбудимость мембраны обусловлена тем, что после предшествующего возбуждения натриевые каналы на какое-то время становятся инактивированными. Рефрактер- ность — проходящий период состояния мембраны. Причем, если вначале мембрана оказывается нечувствительной к любой силе раздражителя, что обозначается абсолютным рефрактерным периодом, то затем следует от- носительный рефрактерный период, во время которого надпороговой си- лы раздражитель уже может вызвать возникновение ПД. Этот период обусловлен постепенным возвратом натриевых каналов к исходному по- ложению, когда закрыты лишь активационные ворота, а инактивацион- ные постепенно открываются. Продолжительность абсолютного рефрак- терного периода определяет максимальную частоту генерации потенциа- лов действия, которая обозначается термином лабильность. Лабильность различных возбудимых структур не одинакова. Она наибольшая в нерв- ных клетках и их отростках, наименьшая в гладкомышечных волокнах. Tait, в нейроне абсолютный рефрактерный период около 1 мс, поэтому по нему может проходить до 1000 имп./с. Однако не все нейроны обладают столь высокой лабильностью. Абсолютный рефрактерный период при- мерно такой же, как и длительность ПД (табл. 3.1).
50 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Таблица 3.1 Некоторые показатели нервных стволов кошки Группы моторных и сенсорных волокон Диаметр, мкм Пороги раздражения относительно Аа Длительность пика ПД, мс Длительность следового потенциала, мс Скорость проведения, м/с отрицатель- ного положитель- ного Да 13-22 1,0 0,4 15-20 40-60 70-120 Лр 8-13 — — — — 40-70 Ау 4-8 — — — — 15-40 А5 1-4 — — — — 5-15 В 1-3 11,7 1,2 опс 100-300 3-14 с 0,5-1 100,0 2,0 50-80 300-1000 0,5-2 Скорость проведения ПД по немиелинизированному нервному волокну В условиях нормы скорость проведения ПД во многом определяется диаметром волокна. Дело в том, что скорость деполяризации электрото- нического потенциала зависит от сопротивления мембраны, липидный слой которой является электроизолятором. Поскольку поверхность мемб- раны нервного волокна пропорциональна его диаметру, а поперечное се- чение волокна возрастает пропорционально квадрату диаметра, то при увеличении диаметра снижается продольное сопротивление его внутрен- ней среды (определяется площадью поперечного сечения) по отношению к сопротивлению мембраны. В результате по волокну большего диаметра электротонические токи распространяются более широко (в тонких неми- елинизированных волокнах возбужденный участок составляет около 1 мм), а значит, возрастает скорость проведения возбуждения. Скорость проведения возрастает пропорционально корню квадратному от диамет- ра волокна. Проведение возбуждения в миелинизированных нервных волокнах Нервные отростки большинства соматических нервов миелинизирова- ны (рис. 3.8). Только очень небольшие участки их, именуемые перехвата- ми Ранвье, покрыты обычной клеточной мембраной. Отличительной осо- бенностью таких нервных волокон является то, что практически лишь в перехватах на мембране имеются ионные каналы. Под миелиновой обо- лочкой плотность натриевых каналов чрезвычайно мала (в 100 раз ниже). Кроме того, миелиновая оболочка повышает сопротивление мембраны. Поэтому при сдвиге мембранного потенциала ток идет через мембрану перехватного участка, то есть скачками (сальтаторно) от одного перехва- та к другому. В результате резко увеличивается скорость проведения нер- вного импульса. Причем и в этих волокнах скорость проведения зависит от диаметра волокна. Эта зависимость обусловлена еще и следующими морфологическими
Глава 3. ФИЗИОЛОГИЯ НЕРВНОГО ВОЛОКНА 51 особенностями их: чем большего диаметра волокно,. тем шире межперехватное расстояние. Так, у крупных нейронов, отростки которых имеют диаметр 10- 20 мкм, межперехватное расстоя- ние 1-2 мкм, а у малых нейронов с диаметром волокна 1-2 мкм перехваты отстоят друг от друга на 0,2 мкм, в то время как шири- на самого перехвата во всех во- локнах примерно одинаковая — около 1 мкм. Такое строение от- ростков отражается и на скоро- сти распространения ПД (см. табл. 3.1): по самым крупным Ла — до 120 м/с (протяженность возбужденного участка в таких волокнах около 45-50 мм), а по Миелинизированное нервное волокно: а — строение; б — сальтаторное распростране- ние возбуждения в мякотном нервном волокне от перехвата к перехвату. Стрел- кой показано направление тока, возникаю- щего между возбужденным (Л) и соседним покоящимся (6) перехватом мелким А8 — 5-15 м/с. Однако и в них она на порядок выше по сравне- нию с немиелинизированными волокнами группы С. Электрические взаимоотношения соседних волокон нервного ствола В целом нервном стволе, имеющем множество порой различного типа нервных отростков, благодаря наличию миелиновых оболочек ПД рас- пространяется изолированно по каждому из них. Однако соседние волок- на через межуточную среду все же оказываются подключенными друг к другу, как шунты. И если одно из них проводит ПД, то петли тока, по- рожденные этим ПД, могут затекать в соседние волокна. Но при актив- ности одного либо нескольких волокон сила тока, как правило, далеко не достаточна для того, чтобы вызвать раздражение в неактивных волокнах. Однако при синхронной активности многих волокон петли тока могут влиять на другие волокна. Это может сказаться на увеличении скорости проведения по отросткам малого диаметра. Эффект может быть и обратным: за счет взаимного вы- читания внешних петель снизится величина биотока и скорость его рас- пространения. Более отчетливо эти влияния могут проявляться при раз- личных повреждениях нервных стволов, при действии ряда препаратов.
Глава 4 ФИЗИОЛОГИЯ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ 4.1. НЕРВНО-МЫШЕЧНАЯ ПЕРЕДАЧА Сокращению скелетных мышц должно обязательно предшествовать возбуждение, которое поступает к ним из ЦНС по нервным волокнам. Но мембрана нервного волокна прямого контакта с мышечной мембраной не имеет и передача возбуждающего импульса (ПД) происходит с помощью синапса. Нервно-мышечный синапс Строение нервно-мышечного синапса следующее (рис. 4.1): нервное во- локно оканчивается пресинаптическим расширением, внутри него имеется большое количество (до 300000) синаптических пузырьков диаметром око- ло 50 нм, содержащих определенное количество химического соединения ацетилхолина (АХ). Это химический передатчик возбуждения, носящий на- звание медиатор. Каждый пузырек содержит «квант» медиатора — около Ю4 молекул АХ. Он и передает возбуждение через синаптическую щель ши- риной 20-30 нм, которая отделяет две мембраны: - пресинаптическую мембрану нервного окончания, обращенную внутрь синапса; - постсинаптическую — часть мембраны мышечного волокна, которая также называется концевой пла- стинкой. Синаптическая щель заполне- на синаптической жидкостью, по составу напоминающей плазму крови. Пре- и постсинаптическая мембраны соединяются тонкими ретикулярными волокнами. Кро- ме того, в синаптической бляшке содержится большое количество митохондрий, что свидетельствует о метаболической активности данного отдела нервного волокна. Синаптические пузырьки, на- ходящиеся вблизи от мембраны, сгруппированы в своеобразные цепочки. Напротив них преси- наптическая мембрана образует глубокие складки, являющиеся своеобразными активными зона- ми, специализированными для экзоцитоза везикул с медиато- ром. б Синаптические{изд пузырьки [ическая рана : СинаптичесЛ#:?^^^^. Молекулы •• -у-.. ' .щельг.^Д^^ Г^- медиатора Поры в мембране 1остсинаптическая мембрана | Рис. 4.11 Нервно-мышечный синапс: а — схема строения U — пресинаптическая мембра- на, 2 — пузырьки с ацетилхолином, 3 — митохондрии, 4 — синаптическая щель, 5 — постсинаптическая мембрана, б — ядро, 7—миофибриллы); б—механизм проведения возбуждения с помощью ме- диатора
Глава 4. ФИЗИОЛОГИЯ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ 53 4.1.1. Механизм синаптической передачи возбуждения Потенциал действия, пришедший к синапсу, проходя по пресинаптиче- ской мембране, открывает электровозбудимые кальциевые каналы. Ионы Са2+ поступают внутрь синаптической бляшки по градиенту концентра- ции. Увеличение свободного кальция (примерно в 100 раз) обеспечивает слияние нескольких везикул и продвижение их к пресинаптической мемб- ране. Затем мембрана везикул сливается с мембраной нервного оконча- ния, и медиатор путем секреции выбрасывается в синаптическую щель. Медиатор диффундирует по синаптической жидкости, и большая часть его молекул достигает постсинаптической мембраны, где имеются рецеп- торы — холинорецепторы (ХР). Обычно для передачи одного ПД высво- бождается до миллиона молекул АХ (200-300 везикул). Результатом вза- имодействия АХ с ХР является открытие хемовозбудимых ионных каналов (см. рис. 1.5). Селективный участок его имеет диаметр 0,65 нм. Через него могут проходить лишь положительные (стенка канала электроотрица- тельна) ионы натрия, калия и кальция. Но в норме, как правило, прева- лирует поток ионов натрия. Они по концентрационному градиенту из си- наптической щели поступают внутрь мышечного волокна и деполяризу- ют постсинаптическую мембрану. Поток ионов натрия преобладает над выходом калия, по-видимому, в связи с тем, что внутри у мембраны на- ходится больше отрицательных ионов, которые «не отпускают» положи- тельные ионы калия. Обычно в открытом состоянии канал находится очень короткое время (около I мс), в связи с тем, что АХ быстро разру- шается с помощью имеющегося здесь фермента холинэстеразы (ХЭ). 4.1.2. Постсинаптическии потенциал концевой пластинки Мембранный потенциал мышечного волокна равен —80...—90 мВ. Для того, чтобы вызвать возникновение возбуждения в постсинапти- ческой мембране мышечного волокна, одного ПД, поступившего к синапсу, недостаточно. Для возникновения ПД необходимо, чтобы деполяризация мембраны достигла критического уровня (КП), равного -50...-55 мВ. При поступлении одиночного кванта медиатора постсинаптическая мембра- на деполяризуется лишь на 0,1- 0,15 мВ. Разновидность такой деполя- ризации мембраны носит название по- тенциал концевой пластинки (ПКП). При возникновении ПКП время раз- вития деполяризации составляет (рис. 4.2) около 1,5-2,0 мс, а время спада — 4,7 мс, то есть временные па- раметры его значительно длиннее, чем у ПД. Потенциал концевой пластинки отличается и по другим параметрам. Потенциал концевой пластинки в нервно-мышечном синапсе: А — ниже критического уровня; Б — при достижении критического уровня переход ПКП в ПД; J — выброс ме- диатора
54 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Так, распространяется он на соседние участки мембраны с декрементом, то есть с постепенным уменьшением амплитуды, вследствие чего на отно- сительно большое расстояние проводиться не может. Поэтому ПКП от- носится к так называемым местным потенциалам. Важным свойством его является способность к суммации. Величина ПКП всецело зависит от количества выделившегося медиатора. Но если под влиянием одиночного ПД выделяется примерно одинаковое количе- ство медиатора, то поступление нервных импульсов с небольшим проме- жутком друг от друга (а, как указывалось ранее, ПД по нерву могут по- ступать с максимальной частотой до 1000 имп./с) приводит к выделению следующих порций медиатора. В связи с тем, что рецепторы от предыду- щего ацетилхолина освобождаются очень быстро (уже через 1-1,5 мс), но- вое выделение медиатора приводит к повторному открытию ионных ка- налов. Возникший новый ПКП наслаивается на еще не исчезнувшую предыдущую деполяризацию и, суммируясь, увеличивает его амплитуду. Возникновение ПД на мембране мышечного волокна ПКП не приводит к возникновению ПД на постсинаптической мемб- ране. Дело в том, что на ней отсутствуют электровозбудимые натриевые каналы. В то же время таких каналов очень много на участке мембраны соседней с концевой пластинкой. И поступающий сюда суммированный ПКП при достижении КП открывает указанные электровозбудимые натриевые каналы. В результате именно здесь и возникает ПД, который затем распространяется во все стороны по мышечной мембране. Любо- пытно. что при денервации мышцы после отмирания пресинаптического отдела нервного волокна хемовозбудимые каналы появляются по всей сарколемме, хотя плотность их при этом намного меньше, чем на постси- наптической мембране. Синаптическая задержка проведения возбуждения Скорость проведения возбуждения по синапсу несколько снижается. Это обусловлено тем, что проведение импульса связано с необходимо- стью выделения медиатора, его диффузией через синаптическую щель, временем, затрачиваемым на возникновение ПКП и достижение критиче- ского уровня деполяризации. Даже при наличии всех благоприятных для проведения ПД условий синаптическая задержка в нервно-мышечном си- напс? составляет более 5 мс. 4.1.3. Восстановление медиатора в синаптической бляшке Поскольку для формирования одного ПД на мембране мышечного во- локна требуется выброс около 300 везикул с АХ, а их всего около 300000, то через такой синапс могло бы пройти лишь до 1000 импульсов. Обычно скелетные мышцы человека выполняют работу в таком режиме, что этого количества ПД явно недостаточно. Поэтому в нервном волокне происхо- дит постоянное пополнение медиатора. Здесь имеется несколько механиз-
Глава 4, ФИЗИОЛОГИЯ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ 55 мов восстановления везикул с медиатором. Вскоре после взаимодействия ацетилхолина с холинорецептором под влиянием встроенного в мембрану фермента холинэстеразы медиатор разрушается на холин и уксусную кис- лоту. Разрушается под действием указанного фермента и АХ, который не достиг постсинаптической мембраны, а диффундировал в различные сто- роны от места своего выброса. Большая часть продуктов гидролиза АХ возвращается в синаптическую бляшку, где участвует в ресинтезе новых молекул медиатора, который поступает во вновь формирующиеся везику- лы. При этом сама везикула образуется путем эндоцитоза из участка пре- синаптической мембраны: вначале часть мембраны впячивается внутрь, а затем образовавшаяся шейка «отрезается» от остальной мембраны с по- мощью белка клотрина. Еще одним путем восстановления потраченного медиатора являются активные процессы местного синтеза АХ из других сырьевых источников с помощью соответствующих ферментов, имеющихся в пресинаптическом окончании. Транспортная функция нервного волокна Однако указанных выше механизмов восстановления медиатора для обеспечения длительной и интенсивной мышечной работы может быть недостаточно. Поэтому существует третий путь: «подвоз» медиатора от тела нейрона — аксонный транспорт. В теле нейрона постоянно происхо- дят активные процессы синтеза ряда соединений, необходимых не только самому нейрону, но и его отросткам и синапсам. Здесь синтезируются различные структурные белки, синаптические медиаторы и различные низкомолекулярные факторы. Все они спускаются к нервным окончания по отросткам. Здесь транспортируются и целые клеточные органеллы, в частности митохондрии. Причем по нервным отросткам ряд веществ может поступать и в об- ратном направлении. Ретроградный транспорт служит, по-видимому, для регуляции синтеза белка в клетке, его скорости. Таким путем осуществля- ется сигнализация с периферии о состоянии нервного волокна. Например, после перерезки нерва усиление синтеза белков (рост нейрона для восста- новления иннервации) и их транспорт происходят после некоторого скрытого периода, который необходим для того, чтобы сигнал с перифе- рии достиг тела нейрона. Путем ретроградного транспорта могут распро- странят ься вирусы, бактериальные токсины. Аксонный транспорт Важной структурной единицей аксона являются микротрубочки. Стен- ка их состоит из белка тубулина, а среди нейрофибрилл имеется сократи- мый белок актин. Полагают, что актин скользит вдоль микротрубочек и «на себе» транспортирует субстрат. Аксонный транспорт является активным процессом: здесь используют-
56 Раздел I, ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Гипотетический транспортный механизм нервного волокна. Предполагается, что микротубулы (Л/7) и нейрофиламенты (НФ) образованы миозином, а тонкие транс- портные филаменты — актином. При расщеплении АТФ транспортные филаменты скользят вдоль микротрубочек и таким образом переносят прикрепившиеся к ним ми- тохондрии (Л/), молекулы белка (Б) или пузырьки (ГТ) с медиатором. АТФ продуци- руется митохондриями в результате распада глюкозы, проникающей в волокно. Энер- гия АТФ частично используется также натриевым насосом поверхностной мембраны (по Б. И Ходорову) ся энергия АТФ и специальные транспортеры (рис. 4.3). Скорость транс- порта веществ по аксону различна: - быстрый транспорт (15-20 мм/ч) почти не зависит от размера транспор- тируемого соединения и вида нейрона; - более медленным транспортом на некоторых участках нервного волокна продвигаются субклеточные структуры, например митохондрии. И все же за сутки через поперечное сечение среднего диаметра проходит около 1000 митохондрий. 4.1.4. Нарушение синаптической проводимости Некоторые яды могут частично нарушать или полностью блокировать нервно-мышечную передачу. Механизм их действия может быть разли- чен, что определяется местом приложения яда или применяемого в меди- цине препарата. Можно выделить следующие основные пути блокирования: - блокада проведения возбуждения по нервному волокну путем примене- ния местной анестезии; - блокада высвобождения медиатора, например, путем действия ботули- нического токсина; - нарушение синтеза АХ в пресинаптическом нервном окончании; - угнетение ХЭ (фосфорорганические отравляющие вещества) приведет к длительному взаимодействию АХ с ХР и нарушению возбудимости по- стсинаптической мембраны; - вещества, действуя на холинорецептор, могут блокировать его путем
Глава 4. ФИЗИОЛОГИЯ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ 57 необратимого связывания (а-бунгаротоксин) или длительно вытеснять АХ (кураре); инактивировать рецептор (сукиинилхолин, Оекаметонищ Блокада нервно-мышечной передачи применяется и в клинике В на- стоящее время широко используются различные соединения для мышеч- ной релаксации. При наркозе для прекращения дыхания (дыхание осуще- ствляется через аппарат искусственного дыхания) применяются вещества, имитирующие действие ацетилхолина (сукцинилхолин) Результатом та- кого действия является длительная деполяризация постсинаптической мембраны, что блокирует естественный путь передачи возбуждения. Рас- слаблению мышц предшествует период неодновременных сокращений Применение курареподобных соединений действует медленнее предыду- щих. но продолжительнее. Механизм их влияния основан на связывании с рецепторами, что не позволяет взаимодействовать с ними АХ. В клинике встречается еще один грозный тип нарушения синаптиче- ской передачи — тяжелая миастения. При этом заболевании на постси- наптической мембране уменьшается плотность холинорецепторов. В ре- зультате нормальное выделение АХ при взаимодействии с малым коли- чеством рецепторов не может привести ПКП к КП и на мышцу ПД не передается. Это заболевание обусловлено образованием антител (см разд. 10.10) к холинорецепторам, которые их разрушают или значительно сокращают время их жизни. 4.2. СКЕЛЕТНАЯ МЫШЦА Мембранный потенциал поперечно-полосатых мышечных волокон -80...-90 мВ. а пороговый уровень деполяризации около -50 мВ. После возникновения ПД на постсинаптической мембране мышечного волокна он распространяется по сарколемме (мембране, окружающей мышечное волокно) в обе стороны от места возникновения (от синапса). Он переда- ется по сарколемме электрогенным путем (аналогичным передаче ПД по безмякотному нервному волокну). Длительность ПД у большинства скелетных мышц 2-3 мс (глазных — 1 мс). В связи с этим, а также необ- ходимостью большей поляризации мембраны для возникновения спайка (МП - КП = 40 мВ) скорость распространения ПД по мембране мышеч- ного волокна составляет около 3-5 м/с. Спустя короткое время после по- ступления ПД мышечное волокно начинает сокращаться. Чтобы понять механизм сокращения мышцы, необходимо коротко познакомиться с ее микроструктурой. 4.2.1. Структура мышечного волокна Одно мышечное волокно не превышает в диаметре 0,1 мм, а дайна его может быть от нескольких миллиметров до 12 см (рис. 4.4). Под световым микроскопом видно чередование темных и светлых полос (поперечная исчерченность). Темные диски обладают двойным лучепреломлением (анизотропные диски — А). Светлые диски этим свой-
58 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ством не обладают (изотропные дис- ки — 7). Часть мышечного волокна от середины одного диска I до середины другого называется саркомером. Длина саркомера в покоящейся мышце около 2 мкм, а в сократившейся с макси- мальной силой — несколько более 1 мкм. Схематическое изображение мышцы. Мыш- ца (а) состоит из мышечных волокон (б), каждое из них — из миофибрилл (в). Мио- фибрилла (г) составлена из толстых и тонких миофиламентов (д: 1 — расслабленное, 2 — сокращенное состояние). На рисунке показан один саркомер, ограниченный с двух сторон Z-линиями; I—изотропный диск; А — ани- зотропный диск; Н — участок с уменьшен- ной анизотропностью. Поперечный срез ми- офибриллы (<?) дает представление о гексаго- нальном распределении толстых и тонких миофиламентов Сарколемма Мембрана мышечного волокна — сарколемма — образована типичной плазматической мембраной, укрепленной соединительнотканными волок- нами. Эти волокна, объединяясь у концов мышечных волокон, образуют сухожилия, с помощью которых мышца крепится к костям. Саркоплазма В саркоплазме мышечного волокна находится типичный набор органо- идов. Но особо следует указать на наличие одного из них — саркоплазма- тического ретикулума (СР). СР представляет собой широко разветвлен- ную сеть, состоящую из цистерн и трубочек, ограниченных двухслойны- ми белково-липидными мембранами (рис. 4.5). Радиальные образования (Т-системы) СР являются непосредственным продолжением сарколеммы. Трубочки (диаметром 50 нм) окружают каж- дую миофибриллу на уровне диска I. Цистерновые части СР близко при- лежат к сократимым фибриллам. Саркоплазматический ретикулум вы- полняет важную функцию в инициации сокращения мышцы, являясь депо Са2+. Кроме того, СР участвует в синтезе ряда белков, а также в обмене веществ между мышечными волокнами и окружающей средой.
Глава 4. ФИЗИОЛОГИЯ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ 59 Схематическое изображение внутриклеточ- ной организации мышечного волокна: а — распределение поперечных трубок (Т-систе- мы) и СР внутри саркомера (Л — микро- фибрилла, В — саркоплазматический ретику- лум, С — сарколемма, Е — триады, F— цистерны, G — митохондрия); б—триада: при распространении ПД по Т-трубке из ци- стерн СР выделяются ионы кальция, которые связываются с тропонином в комплексе тро- понин — тропомиозин, снимая тормозное влияние на актиновый миофиламент. Попе- речные мостики миозиновых миофиламентов могут теперь взаимодействовать с актиновы- ми миофиламентами. Процесс расслабления связан с активным возвращениием ионов кальция в цистерны (по Б. И. Ходорову) Необходимо упомянуть также о наличии в саркоплазме важного белка миоглобина, который служит депо кислорода внутри волокна. Сократимые протофибриллы Внутри мышечного волокна, в саркоплазме упорядоченно располага- ются сократительные протофибриллы. Различают протофибриллы двух типов: толстые (толщина 15^17 нм) и тонкие (толщина около 6 нм). Тонкие протофибриллы расположены в зоне I и представляют собой белковые актиновые нити. Находящиеся в зоне А толстые нити именуют- ся миозиновыми (рис. 4.6). Соотношение актиновых и миозиновых филаментов Миозиновые филаменты Миозиновые филаменты образуются более чем двумястами молекула- ми миозина. Каждая из них скручена попарно и имеет выступающий от- росток, называемый головкой. Головки направлены под углом от центра
60 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ в сторону тонких нитей (напоминают «ерш» для мытья посуды). В осно- вании головки миозина имеется фермент АТФаза, а на самой головке располагаются легкие цепи и молекула АТФ. Актиновые филаменты Актиновые филаменты скомпонованы из двух актиновых нитей, пред- ставляющих собой как бы бусинки глобулярных молекул актина. Тонкие нити имеют активные центры, расположенные друг от друга на расстоя- нии 40 нм, к которым могут прикрепляться головки миозина. Кроме акти- на в тонких нитях имеются и другие белки — тропомиозин, тропонины (I, Т, С). Тропониновый комплекс располагается над активными центра- ми, прикрывая их, что препятствует соединению актина с миозином. В поперечном сечении толстые и тонкие нити расположены правиль- ными шестиугольниками так, что каждая толстая нить окружена шестью тонкими, а каждая тонкая может вступать в контакт с тремя толстыми (см. рис. 4.4). Тонкие нити проходят через середину зоны 1в два соседних саркомера. Посередине зоны I имеется Z-мембрана, которая отграничивает саркоме- ры друг от друга. Таким образом, содержимое каждого саркомера изоли- ровано сарколеммой и Z-мембранами. 4.2.2. Механизм мышечного сокращения Инициация мышечного сокращения Распространяющийся по внешней мембране ПД по каналам Т-системы заходит внутрь мышечного волокна (см. рис. 4.5). Здесь он передается на мембрану цистерн. Деполяризация мембраны цистерн открывает электро- возбудимые кальциевые каналы. В связи с тем, что в саркоплазме концен- трация кальция менее 10'7 М/л, а в саркоплазматическом ретикулуме — более 10‘4 М/л, начинается интенсивный выход ионов Са2+ в саркоплазму. Выделившийся кальций и является инициатором мышечного сокращения. Достаточный для начала мышечного сокращения уровень кальция до- стигается через 12-15 мс после прихода нервного импульса. Это скрытое, латентное время мышечного сокращения. В связи с тем, что скорость распространения ПД по сарколемме большая, он «проскакивает» раньше времени, необходимого для выделения Са2+ из саркоплазматического ре- тикулума, все фибриллы участка мышцы, иннервируемого одним нервом, сокращаются одновременно. В инициации мышечного сокращения после поступления в саркоплазму Са2+ определенную роль играет кальмодулин (кальмодулин идентичен тро- понину С, имеющемуся в тонких нитях). Присоединяя Са , кальмодулин способствует активации АТФазы и использованию энергии АТФ для свя- зи активного центра актиновой нити и головки миозина и укорочению мышцы (рис. 4.7). Без поступления нервного импульса АТФаза, располо- женная в головке миозина, была неактивной в связи с тем, что для ее акти- вации необходим контакт головки с активным центром актина. А актив- ный центр актина закрыт тропониновым комплексом. При соединении
Глава 4. ФИЗИОЛОГИЯ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ 61 Схема деятельности поперечных мо- стиков (/) миозиновых протофиб- рилл (2): а—поперечные мостики в состоянии расслабления мышечного волокна; б — во время сокращения; стрелками указано направление дви- жения актиновых протофибрилл (5) двух половин саркомера; в — модель развития напряжения в поперечных мостиках во время их сокращения (слева — в состоянии расслабления, справа — во время сокращения мы- шечного волокна); 4 — шейка попе- речного мостика; 5 — головка попе- речного мостика кальмодулина с Са2+ активный центр актина освобождается, в результате чего к нему присоединяется головка миозина. Эти процессы происходят тогда, когда концентрация свободного кальция в саркоплазме возрастает в 100 и более раз: с 10-7 до 10-5 М. Указанная АТФаза именуется актомио- зиновой. Для ее активации кроме ионов Са2+ необходимы ионы Mg . «Шарнирный механизм» В результате сопряжения указанных процессов происходит: - подтягивание нитей миозина к атиновым; - зарядка миозина энергией, используемой для выполнения поворота миозиновой головки. После этого образующиеся Ф и АДФ отходят, а на их место присоеди- няется новая молекула АТФ, что приводит к разрыву связи миозина с ак- тивным центром актина. При сокращении мышцы: - актиновые и миозиновые нити практически не укорачиваются; - взаимодействие актина с миозином приводит к взаимному вхожде- нию нитей в промежутки между ними; - в результате две соседние Z-мембраны сближаются друг с другом, и при максимально сильном сокращении расстояние между ними мо- жет уменьшиться почти в 2 раза; - так как заключенная внутри саркомера саркоплазма несжимаема, то при уменьшении длины саркомер расширяется. Подобные процессы одновременно протекают во всех саркомерах мы- шечного волокна, поэтому оба конца мышцы подтягиваются к центру В настоящее время тонкий механизм, обеспечивающий вхождение ак- томиозиновых нитей друг в друга, точно еще неизвестен. Наиболее обще- принятой является гипотеза «шарнирного механизма» (см. рис. 4.7). По- сле соединения головки миозина с активным центром актина происходит поворот головки на 45 °. В результате разрыва мостика шейка головки миозина выпрямляется, занимая исходное положение. За эти движения
62 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ данная система и получила название шарнирного механизма. При поворо- те миозин продвигается по актину на один «шаг» или «гребок», равный 20 нм. Поступление новой порции Са2+ приводит к повторению «шага», но теперь уже какой-либо другой головки, оказавшейся напротив нового активного центра актина, так как активные центры расположены на расстоянии примерно 40 нм друг от друга. Так как миозиновые нити имеют биполярную организацию головок, то параллельные «гребки» их обеспечивают скольжение актиновых нитей с обеих сторон саркомера (от Z-мембраны) к его середине. Расслабление мышцы Указанные процессы («шаги») будут повторяться до тех пор, пока в сар- коплазме есть свободный Са2+ (в концентрации более 10 5) и АТФ. Если нет новой волны деполяризации, то кальций быстро убирается обратно в цистерны СР. Он откачивается из саркоплазмы против градиента концен- трации с помощью Са-насоса, расположенного на мембране СР. Работа насоса активируется самим кальцием, вернее, возрастанием его концентра- ции в саркоплазме. Работа насоса требует затраты большого количества АТФ: для удаления каждого иона Са‘ используется 2 молекулы АТФ. Ре- зультатом откачивания кальция из саркоплазмы является разрыв всех свя- зей актина и миозина и расслабление мышцы. Исчезновение АТФ-энергии для работы кальциевого насоса, является основой механизма трупного окоченения — спастического сокращения мышц. Лишь после нарушения целостности лизосом и поступления в сар- коплазму свободных ферментов их, под влиянием которых разрушаются актомиозиновые белки, окоченение постепенно проходит. 4.2.3. Энергетика мышечного сокращения АТФ в мышце необходима для: - сокращения (образования мостиков); - расслабления (разрыва мостиков); - работы Са-насоса; - работы Na,K-Hacoca (для ликвидации нарушенных ионных градиен- тов в результате поступления возбуждения). Однако в саркоплазме мышцы АТФ относительно немного. Ее хватит лишь на несколько мышечных сокращений (примерно 8 одиночных со- кращений). В то же время в естественных условиях мышцы могут сокра- щаться длительное время, что становится возможным лишь благодаря ак- тивации механизмов ресинтеза АТФ. Это следующие механизмы: - креатинфосфокиназный (КФ), - гликолитический, - аэробное окисление. Подробная характеристика каждого из них дается в биохимии. Здесь укажем на следующие их особенности, которые необходимо знать для оценки мышечных сокращений, происходящих в естественных условиях целостного организма.
Глава 4. ФИЗИОЛОГИЯ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ 63 Последовательность «включения» указанных путей ресинтеза АТФ та- кова. Вначале, сразу же за гидролизом АТФ, начинается ее восстановле- ние за счет креатинфосфата: АДФ + КФ - АТФ + К. (4.1) Креатинфосфокиназный путь безынерционный (он запускается сразу же самим образующимся АДФ) и может обеспечить сокращение мышц в течение нескольких секунд. Одновременно с ним активируется гликолити- ческий путь. Образование АТФ при гликолизе углеводов происходит при участии ферментов, активность которых возрастает постепенно после на- чала мышечных сокращений. Но уже через 15-20 с ферменты становятся достаточно активными, чтобы подхватить эстафету ресинтеза АТФ при истощении креатинфосфатов. Недостатком этого пути является меньший выход АТФ в единицу времени по сравнению с предыдущим. Кроме того, при гликолизе образуются недоокисленные продукты (молочная, пирови- ноградная кислоты), которые в случае интенсивного образования не успе- вают выйти из мышцы, что приводит к нарушению в ней гомеостаза (сдвигу pH в кислую сторону). Для ресинтеза АТФ наибольшие возможности имеются у аэробного окисления (практически неограниченное время при адекватном поступле- нии кислорода и продуктов окисления). Но это наиболее инерционный путь, так как ферментная система его активируется медленно. На макси- мальный уровень активности она выходит через 2-3 мин после начала мышечной работы. Кроме митохондриальных ферментов самого мышеч- ного волокна, для обеспечения указанного механизма ресинтеза АТФ не- обходимо адекватное снабжение мышц кислородом и исходными продук- тами. Причем производительность (количество синтезируемого АТФ в единицу времени) у аэробного окисления различна в зависимости от окисляемого соединения: при окислении углеводов энергии образуется больше, чем при окислении жиров. Максимальная мощность путей ресинтеза АТФ: - фосфагенный (КФ) — 3,6 моль АТФ/мин; - гликолитический— 1,2 моль АТФ/мин; - окислительный: при окислении глюкозы — 0,8 моль/мин, при окислении жиров — 0,4 моль/мин. Естественно, указанные возможности путей ресинтеза АТФ определя- ют работоспособность мышц. 4.2.4. КПД и теплообразование при мышечной работе В соответствии с первым законом термодинамики (закон сохранения энергии) химическая энергия, преобразующаяся в мышце, равна сумме механической энергии (работы) и теплообразования. Гидролиз моля АТФ обеспечивает получение 48 кДж энергии. Лишь 40-45 % ее преобразуется в механическую энергию, а остальные 55-60% превращаются в начальное
64 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ тепло. Однако в естественных условиях механическая эффективность мы- шечной деятельности (КПД) не превышает 20-30 %. Это обусловлено тем, что не вся энергия АТФ в мышце идет на само мышечное сокращение, часть ее расходуется на процессы восстановления. Значит, чем выше ин- тенсивность мышечной работы, тем активнее процессы теплообразова- ния. 4.2.5. Типы и режимы мышечных сокращений Укорачиваясь, сокращающаяся мышца тянет оба конца к центру. В естественных условиях оба конца мышцы прикрепляются с помощью сухожилий к ко- стям и при сокращении притягивают их друг к другу. Если один конец мышцы (сустав) закреплен, то к не- му подтягивается другой (рис. 4.8). Когда на этом конце мышцы прикреплен груз, который мышца поднять не в состоянии, она лишь напрягается без изменения длины. Встречаются и такие состояния, когда мышца постепенно увели- Взаимодействие чивается в длину (груз тяжелее, чем подъемная сила мышц сгибателей мышцы, или необходимо медленно опустить груз), и разгибателей Электрические явления в мышце, связанные с механизмами перехода ПД (возбуждения), можно зарегистрировать, вводя в нее микроэлектрод или поместив оба электро- да на мышцу. Методика, с помощью которой можно зарегистрировать эти явления, получила название электромиография, а получаемая кри- вая — электромиограмма (ЭМГ) (рис. 4.9). Существует много методиче- ских приемов и для регистрации самого мышечного сокращения. Электромиограмма: а — три последова- тельных потенциала действия одной дви- гательной единицы; б — алгебраическая суммация потенциалов действия многих двигательных единиц (интерференцион- ная ЭМГ) В экспериментальных условиях можно выделить одну мышцу, одно во- локно и даже одну актомиозиновую нить с иннервирующим нервом или без нерва. Если закрепить один конец в штатив неподвижно, к другому подвесить груз или регистрирующее устройство, то можно записать со- кращение мышцы — миограмму. В силу этого различают следующие типы мышечных сокращений: - изотоническое (концентрическое) — сокращение мышц с укорочени- ем при сохранении постоянного напряжения,
Глава 4. ФИЗИОЛОГИЯ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ - изометрическое — длина мышцы не изменяется (напряжение), - эксцентрическое (плиометрическое) — когда мышца удлиняется. Как правило, большинство естественных сокращений мышц являются смешанными — анизотонического (ауксотонического) типа, когда мышца укорачивается при повышении напряжения. Кривая одиночного сокращения имеет вид, представленный на рис. 4.10. На ней можно различить фазы сокращения и расслабления. Вто- рая фаза более продолжительная. Время одного сокращения даже оди- ночного волокна значительно больше времени существования ПД. Различные режимы сокращения мышц: а — одиночное сокращение; о, в — неполный тетанус; г, д — полный тетанус 5 iB /Ь пип/с 40 и мп/с У пимп/с ISI2 8 лг1/слл/'7'полный /полный ЖА y7veTaHyc Jтетанус 25имц/с 40имп/с _ тетанус „ ___ Н-Н НШНШЖНЖЖ ЖЖНШ Амплитуда одиночного сокращения изолированного мышечного во- локна не зависит от силы раздражения, а подчиняется закону «всё или ни- чего». В отличие от этого, на целой мышце можно получить «лестницу» (лестница Боудича): чем большей силы (до определенной величины) раз- дражение, тем сильнее сокращение. Дальнейшее увеличение силы раздра- жения не влияет на амплитуду сокращения мышцы. Указанная законо- мерность прослеживается как при раздражении через нерв, так и при раз- дражении самой мышцы. Обусловлено это тем, что практически все мыш- цы (и нервы) смешанные, то есть состоят из смеси двигательных единиц (ДЕ), имеющих различную возбудимость. 4.2.6. Двигательная единица Единичное нервное волокно мотонейрона и иннервируемые им мышеч- ные волокна составляют одну ДЕ (рис. 4.11). В большинстве скелетных мышц в ДЕ входит несколько сотен (даже тысяч) мышечных волокон. Лишь в очень маленьких мышцах, от которых требуется высокая точ- ность движений (глаз, кисти), в ДЕ может быть 10-20 мышечных воло- кон. По типу выполняемых функций ДЕ могут быть подразделены на две основные группы: - быстрые, - медленные. Функциональные отличия их обусловлены соответствующими струк- турными отличиями, причем как на уровне сравнительно грубой морфо- логии, так и тонкой биохимической дифференцировки. Различные типы 3-2006
66 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Двигательная единица: 1 — тело мотонейрона; 2 — ядро; 3— дендриты; 4 — аксон; 5 — миелиновая оболочка аксона; 6 — кон- цевые веточки аксона; 7— нервно-мышечные синапсы двигательных единиц отличают как мышечные части, так и нервные волокна. Эти отличия и обеспечивают соответствующее функциональ- ное проявление каждого типа ДЕ. Быстрые и медленные отличаются по возбудимости, ско- рости проведения импульсов по аксону, опти- мальной частоте импульсации и устойчивости к утомлению при выполнении работы. Причем в каждом типе ДЕ мотонейрон и мышечные волокна, как партнеры, сопряжены друг с дру- гом, что и обеспечивает их функциональные особенности. Мотонейроны Возбудимость, то есть чувствительность к силе действующего раздражителя, мотонейро- нов одной и той же мышцы находится в обрат- ной зависимости от размеров их тела: чем меньше мотонейрон, тем выше его возбуди- мость, то есть при меньшей силе раздражителя в них появляется ПД (см. гл. 5). Такие мото- нейроны иннервируют сравнительно неболь- шое количество медленных мышечных воло- кон. Большие мотонейроны иннервируют быстрые мышечные волокна, которых в одной ДЕ, как правило, много. От величины нейрона зависит диаметр аксона и скорость проведения возбуждения по ним: она выше у больших мотонейронов. Кроме того, в таких мотонейронах могут возникать нервные импульсы с большой час- тотой. Следовательно, за счет изменения частоты импульсации мотоней- рона мышечные волокна, входящие в состав соответствующей ДЕ, могут получать высокий частотный диапазон ПД, а это обусловит и большую силу сокращения их. Мышечные волокна двигательных единиц Каждому мотонейрону соответствует и структура мышечных волокон ДЕ. Так, скорость сокращения мышечного волокна находится в прямой зависимости от активности актомиозиновой АТФазы (количества актино- вых и миозиновых филаментов): чем выше ее активность, тем быстрее об- разуются актомиозиновые мостики, и значит, тем выше скорость сокраще- ния. Плотность «упаковки» актомиозиновых филаментов в быстрых мы- шечных волокнах выше, чем в медленных. Кроме того, в быстром волокне более выражен саркоплазматический ретикулум (депо кальция). Поэтому: - при поступлении ПД меньше скрытое время до начала сокращения; - выше плотность кальциевой помпы. Значит, мышца быстрее сокращается и расслабляется. В быстром мы- шечном волокне повышена активность ферментов гликолиза, обеспечива-
Глава 4, ФИЗИОЛОГИЯ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ 67 ющих более быстрое восстановление АТФ, расходуемой при выполнении интенсивных мышечных сокращений. В отличие от этого, в медленном мышечном волокне выше активность ферментов окисления, благодаря которым восстановление АТФ хотя и идет медленнее, но зато экономически более выгодным путем. Так, если из одного моля глюкозы за счет гликолиза образуется лишь два-три моля АТФ, то аэробное окисление способствует образованию 36-38 молей АТФ. Кроме того, при гликолизе образуются недоокисленные субстраты (ти- па молочной кислоты), которые «закисляют» работающую мышцу и сни- жают ее работоспособность. Продлению работоспособности, улучшению условий окисления способствуют и еще два структурных отличия медлен- ных мышечных волокон: - вокруг них большая плотность кровеносных капилляров, и поэтому они лучше, чем быстрые, снабжаются кислородом; - внутри этих волокон содержится большое количество миоглобина (придающего им красный цвет), являющегося депо кислорода, кото- рый может быть использован для окисления в момент самого сокра- щения мышцы, когда поступление кислорода с кровью затруднено из-за сдавливания кровеносных сосудов сокращающейся мышцей. Таким образом, суммируя функциональные отличия ДЕ, можно отме- тить, что медленные ДЕ отличаются более легкой возбудимостью, мень- шей силой и скоростью сокращения при малой утомляемости и высокой выносливости. Естественно, быстрые ДЕ обладают противоположными свойствами. Исследования последних лет показали, что у различных людей имеют- ся врожденные отличия процентного соотношения быстрых и медленных волокон в скелетных мышцах. Например, в наружной мышце бедра диа- пазон колебания медленных волокон от 13 до 96%. Преобладание мед- ленных волокон обеспечивает «стайерские», а малый их процент — «спринтерские» возможности спортсмена. Причем компоновка различ- ных мышц одного человека также отличается. Так, в среднем содержание медленных волокон в трехглавой мышце плеча — 33 %, двуглавой — 49, передней большеберцовой — 46, камбаловидной — 84%. 4.2.7. Суммация сокращения и тетанус В естественных условиях жизни человека одиночных сокращений мышц практически не бывает. Обычно к мышцам нервные импульсы по мотонейронам поступают «пачками», то есть подряд по несколько штук, с относительно небольшими временными промежутками. Поступление таких «пачек» приводит к формированию не одного, а не- скольких ПД и в самой скелетной мышце. Если на мышцу действуют не одиночные импульсы (ПД), а быстро следующие один за другим «в пач- ке», то сократительные эффекты суммируются, в результате чего мышца сокращается более продолжительное время (см. рис. 4.10, б-д). Причем, если следующие раздражители поступают в момент начавшегося расслаб-
68 Раздел I, ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ления, то миографическая кривая будет зубчатой, а если раньше начала расслабления, то без зазубрин. Данный тип сокращений именуется тетанусом. Различают зубчатый и гладкий тетанусы. При тетанусе не только удлиняется время сокраще- ния, но и возрастает его сила. Это происходит в связи с тем, что в ответ на первый ПД успеет совершиться лишь немного «шагов». Оставшийся резерв создает возможность увеличить силу сокращения при поступлении следующих ПД. Причем концентрация кальция (количество актомиози- новых мостиков) в таком мышечном волокне может быть такой же, как и во время одиночного сокращения. Тетаническое сокращение возможно прежде всего потому, что мембра- на мышечного волокна способна проводить достаточно частые ПД (бо- лее 100 имп./с), так как рефрактерный период в скелетных мышцах про- должается намного меньше времени самого одиночного сокращения. По- этому, когда к мышце поступают последующие ПД, она становится вновь чувствительной к ним. Частота и сила раздражителя, необходимые для выведения мышечного волокна в тетанус, не для всех мышц одинаковы, а зависят от особен- ностей их ДЕ. Длительность одного сокращения медленного мышечного волокна может достигать 100 мс, а быстрых — 10-30 мс. Поэтому для по- лучения гладкого тетануса у медленных волокон достаточно 10-15 имп./с, а для быстрых необходимо до 50 имп./с и выше. В естественных условиях почти никогда не бывает, чтобы все мышечные волокна находились в сокращенном состоянии. Поэтому при произвольном сокращении сила мышц меньше, чем при искусственном раздражении. На этом основан механизм резкого повышения силы сокращения мышц в экстремальной ситуации: повышается синхронность поступающих к раз- личным ДЕ нервных импульсов. Одним из механизмов, обеспечивающих повышение силы мышц при спортивной тренировке, также является возра- стание синхронности сокращения отдельных двигательных единиц. Максимальный ритм возбуждения Предельный ритм возбуждения, определяемый понятием лабильность, всех возбудимых тканей зависит от продолжительности периода, необхо- димого для восстановления чувствительности натриевых каналов после предыдущего раздражения, то есть от периода рефрактерное™. Лабиль- ность ДЕ, состоящей из трех структур (нерв, синапс, мышца), определяет- ся наиболее «узким» звеном — его синапсом, так как именно у него час- тота передачи возбуждения минимальна. Мотонейроны, даже самые ма- лые, способны проводить более 200 имп./с, мышечные волокна — более 100, а нервно-мышечный синапс — менее 100 имп./с. 4.2.8. Функциональные характеристики скелетных мышц Сила мышцы Сила мышцы определяется силой тяги на ее концах. Максимальная си- ла тяги развивается при изометрическом сокращении мышцы при соблю- дении следующих условий:
Глава 4. ФИЗИОЛОГИЯ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ 69 - активация всех ДЕ, составляющих данную мышцу; - сокращение мышцы начинается при длине покоя; - режим полного тетануса у всех ДЕ. Для измерения силы мышцы определяют либо максимальный груз, ко- торый она в состоянии поднять, либо максимальное напряжение, которое она может развить в условиях изометрического сокращения. Одиночное мышечное волокно способно развить напряжение в 100-200 мг. В теле че- ловека содержится около 30 млн мышечных волокон, и теоретически, ес- ли бы все они тянули в одну сторону, то создали бы напряжение, способное поднять до 30 т. Кроме того, нужно учитывать и следующее: - во-первых, сила различных мышечных волокон несколько отличает- ся: быстрые ДЕ сильнее медленных; - во-вторых, сила мышцы зависит от ее поперечного сечения: больше- го объема мышца — сильнее. Но различные мышцы отличаются также и ходом волокон в них — ко- сые или прямые. Косой ход волокон обеспечивает большее количество мы- шечных волокон, проходящих через поперечное сечение мышцы, вследст- вие чего сила такой мышцы больше. В связи с этим различают физиологи- ческий и анатомический поперечники мышцы, физиологический поперечник перпендикулярен к ходу мышечных волокон, а анатомический — перпен- дикулярен к длине мышцы (рис. 4.12). Естественно, что у мышц с продоль- ным ходом волокон оба названных поперечника совпадают, а у пери- стых— физиологический поперечник больше, чем анатомический, поэто- му при одинаковом анатомическом поперечнике они более сильные. Анатомический и физиологический (по- казано линией) поперечники с различ- ным расположением мышечных волокон (по А. А. Ухтомскому) К примеру, относительная сила мышц человека (на 1 см2 площади по- перечного сечения): - икроножная мышца — 5,9 кг; - сгибатель плеча — 8,1 кг; - жевательная— 10,0 кг; - двуглавая плеча — 11,4 кг; - трехглавая плеча— 16,7 кг. В естественных условиях на проявление силы мышцы оказывают вли- яние не только названные выше три условия, но и угол, под которым мышца подходит к кости. Чем больше угол прикрепления, тем лучше ус- ловия для проявления силы. Если мышца подходит под прямым углом к кости, то почти вся сила мышцы затрачивается на обеспечение движения,
70 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ а при остром угле часть силы идет на обеспечение движения, другая часть — на сдавливание рычага, сжатие его. Работа мышцы Работа вычисляется по формуле А = т • h , (4.2) где т — масса поднятого груза; h — высота. Высота поднятия зависит не только от груза, силы сокращения, но и от длины мышцы. При сокращении длина мышцы максимально может уменьшаться примерно в два раза от исходного расслабленного состояния волокна. Работа мышцы растет при постепенном повышении массы пере- мещаемого объекта. Но при достижении определенной величины массы груза работа начинает снижаться, так как мышца уже не в состоянии под- нимать груз на прежнюю высоту. Когда развиваемая мышцей сила тяги не может вызвать перемещения груза, работа равна нулю. Наибольшая вели- чина работы — при поднятии среднего для данной мышцы груза. Мощность Мощность измеряется величиной работы в единицу времени: Все указанные выше показатели — сила, работа, мощность — у быст- рых и медленных ДЕ различны. Вследствие большей плотности «упаков- ки» актомиозиновых фибрилл в быстрых мионах сила их больше. Больше может быть и выполняемая работа. А вот мощность зависит от времени: у быстрых ДЕ в начале выполнения работы выше и мощность. Но такие волокна быстрее утомляются, поэтому их работоспособность, то есть суммарное количество работы, выполняемой до развития утомления, ни- же, чем у медленных ДЕ. 4.2.9. Утомление При длительной или интенсивной мышечной работе развивается утом- ление, которое выражается вначале в снижении работоспособности, а за- тем и в прекращении работы. Утомление характеризуется соответствую- щими изменениями, возникающими не только в мышцах, но и в системах, обслуживающих их. Утомлением называют состояние, развивающееся вследствие работы и проявляющееся в ухудшении двигательных и вегета- тивных функций организма, их координации. При этом понижается рабо- тоспособность, появляется чувство усталости (психологическое состоя- ние). Подробнее о процессах, развивающихся в целостном организме при выполнении физической работы, о теории утомления будет рассказано в разд. 20.2. Утомление — это целостная реакция всего организма. По- этому, когда далее речь пойдет об утомлении нерва, синапса, мышц, не- обходимо помнить об условности этих понятий. Правильнее говорить о некоторых механизмах, определяющих «работоспособность» основных звеньев ДЕ — нервного волокна, синапса, мышечного волокна.
Глава 4. ФИЗИОЛОГИЯ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ 71 Утомление нервного волокна В естественных условиях нервное волокно практически неутомляемо. Проведение нервного импульса требует затраты энергии лишь для рабо- ты Na,K-Hacoca, являющегося достаточно энергоэкономичным. Системы ресинтеза АТФ с обеспечением энергией нервного волокна вполне справ- ляются. Утомление нервно-мышечного синапса Работоспособность, то есть способность проводить возбуждение, у си- напса значительно ниже, чем у нервного волокна. Это может быть след- ствием двух основных причин: - во-первых, депрессия передачи возбуждения в синапсе может быть след- ствием истощения значительной части медиатора или ослабления его восстановления при слишком высокой частоте ПД, поступающих по нервному волокну; - во-вторых, при интенсивной мышечной деятельности недоокисленные продукты (активно образующиеся при гликолизе) понижают чувстви- тельность постсинаптической мембраны к медиатору АХ. Это приводит к снижению амплитуды каждого ПКП, и при чрезмерном понижении возникновение ПД вообще становится невозможным. Утомление мышечного волокна Нарушение возбудимости и сократимости мышечного волокна в пер- вую очередь обусловлено нарушением его энергетики, то есть механизмов ресинтеза АТФ. В этом плане решающим моментом становится интенсив- ность мышечной работы. Ее сверхвысокая активность связана с дефици- том креатинфосфокиназного пути или накоплением недоокисленных про- дуктов при гликолизе. Последнее, с одной стороны, снижает чувствитель- ность постсинаптической мембраны, с другой — сдвигает pH саркоплаз- мы в кислую сторону, что само по себе тормозит активность гликолити- ческих ферментов. Все это и является причиной быстро развивающегося утомления при интенсивной мышечной работе. В отличие от этого утомление при дли- тельной относительно малоинтенсивной работе развивается медленно, и связано оно с нарушением механизмов регуляции со стороны централь- ных отделов НС. 4.2.10. Трофическая функция нейронов Нервные сигналы, поступающие к органам и тканям для их возбужде- ния, выполняют еще и трофическую функцию. Денервация мышцы при- водит к атрофии мышечных волокон: вначале уменьшается количество саркоплазмы, активность многих ферментов, затем диаметр волокна, а позднее происходит разрушение миофибрилл. Эта атрофия не является лишь следствием бездеятельности мышцы. Так, при перерезке одного из сухожилий, но при сохранении иннервации в мышце развивается несколь- ко иной тип изменений. Полагают, что по нервному волокну с постоян-
72 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ной скоростью (1-2 мм/ч) к мышце продвигаются «трофические агенты». Выделяясь в синапсе, они и выполняют свою трофическую функцию. Наглядно трофическое влияние нерва на мышцу демонстрируют опы- ты по превращению одного типа ДЕ в другой. Если перерезать нервные волокна быстрой и медленной ДЕ и сшить их перекрестно, то после вос- становления иннервации, а это произойдет путем прорастания нервного волокна на периферию, мышечные волокна постепенно приобретут ха- рактеристики своих нервов. При этом произойдут существенные пере- стройки, как типа энергетического обмена, так и структурные изменения сократимых белков и ферментов. Неспецифическое трофическое влияние на скелетную мышцу оказывают и медиаторы. Так, медиатор мотоней- ронов АХ и продукты его разрушения (холин и уксусная кислота) при введении в денервированную мышцу активируют гидролиз АТФ, КФ во время тетанического сокращения, вызванного прямым раздражением мышцы электрическим током. Трофическое влияние на скелетную мышцу оказывают и медиаторы симпатических нервных волокон. 4.3. ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГЛАДКИХ МЫШЦ Гладкие мышцы находятся в стенке внутренних органов, сосудов, коже. Структурной единицей их является вытянутой формы клетка: длиной 20- 400, толщиной 2-10 мкм. На мембране гладкомышечных клеток, в отличие от скелетных, имеются не только натриевые и калиевые каналы, но и боль- шое количество кальциевых. С физиологической точки зрения целесооб- разно выделение двух типов гладкомышечных клеток: - располагающиеся отдельно (multi-unit)-, - образующие функциональный синцитий (single-unit). Отдельно лежащие гладкомышечные клетки находятся в структурах глаза, артериол, семенных протоков, вокруг волосяных луковиц. Их мем- брана содержит коллагеновые и гликопротеиновые волокна, которые до- полнительно отделяют клетки друг от друга. Эти клетки иннервируются вегетативными нервами подобно скелетным мышечным волокнам (рис. 4.13). Высвобождающиеся из нервных окончаний медиаторы вызы- вают препотенциалы, при суммации переходящие в ПД. Это приводит к сокращению мышечных клеток. Гладкомышечные клетки: а — лежащие отдельно; б— образующие функцио- нальный синцитий
Глава 4. ФИЗИОЛОГИЯ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ 73 В стенке большинства внутренних органов, сосудов имеется второй тип гладкомышечных клеток. Их мембраны тесно соприкасаются друг с дру- гом, порой образуя общие ионные каналы (нексусы). Благодаря этому от- дельные клетки объединяются, образуя функциональный синцитий. Пейсмекеры Среди гладкомышечных клеток, образующих функциональный синци- тий, имеются такие, которые обладают пейсмекерными свойствами (от англ, pacemaker — задающий темп). Их мембрана обладает высокой спон- танной проницаемостью к ионам (в первую очередь к кальцию), поэтому у них фактически отсутствует мембранный потенциал покоя. После пред- шествующей реполяризации самопроизвольно, без действия раздражителя, благодаря проникновению внутрь ионов кальция начинается постепенная деполяризация мембраны. При достижении критического уровня этот препотенциал переходит в ПД. Данный потенциал с помощью нексусов передается соседним клеткам. Результатом распространения такого потен- циала является сокращение мышечных клеток. Частота пейсмекерной активности определяется свойствами мембраны клеток, но она существен- но меняется под влиянием приходящих нервных импульсов. Причем, если медиатор, выделяющийся из нерва, достигает пейсмекерной клетки, нахо- дящейся уже в стадии деполяризации, то возникновение ПД значительно облегчается (суммация) и ускоряется. Иннервация Указанные гладкие мышцы иннервируются вегетативными нервами, которые не образуют типичных синапсов. Имеющиеся между ними нексу- сы обеспечивают межклеточную передачу ПД. Поэтому плотность иннер- вации таких мышц относительно невелика. Медиатор выделяется ими до- статочно далеко от клеток (более 50 нм), а рецепторы к медиаторам рас- полагаются по всей мембране. Кроме того, на мембране имеются рецеп- торы к широкому кругу биологически активных соединений, относимых как к типичным гормонам, так и к негормональным факторам. Взаимо- действие медиаторов или других соединений с соответствующими им ре- цепторами приводит как к сокращению, так и к расслаблению мышцы. Причем между отдельными факторами, влияющими на мембрану, могут быть взаимодействия, изменяющие как чувствительность клетки к лиган- ду, так и саму ответную реакцию. Дело в том, что при взаимодействии «лиганд — рецептор» возможны два типа ответа: - открываются ионные каналы; - меняется активность внутриклеточных посредников. Включение последних и приводит к модуляции ответной реакции. 4.3.1. Особенности мембранных потенциалов Обычно в большинстве гладкомышечных клеток МП составляет около -50...-60 мВ, а в клетках, не обладающих спонтанной активностью, около -70 мВ. Критический уровень деполяризации — около -35...-40 мВ. Для
74 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ сокращения гладкомышечных клеток, образующих синцитий, требуется возникновение ПД. Можно выделить три типа ПД, характерных для раз- Разновидности деполяризации гладко- мышечных клеток Один из них (рис. 4.14, л) напоми- нает ПД скелетной мышцы, отлича- ясь от него большей продолжитель- ностью (10-50 мс). Этот ПД возника- ет при воздействии на клетку многих раздражителей: нервного импульса, гормонов, электрического тока. По- сле него, как правило, развивается следовая гиперполяризация. В мышцах стенки желудочно-ки- шечного тракта изменение заряда мембраны происходит по второму типу (рис. 4.14, б). В них развивается спонтанная (без действия каких-либо посторонних факторов) медленная деполяризация. В ряде случаев на пи- ке этой деполяризации возникает один или несколько спайков ПД. Это происходит тогда, когда деполя- ризация достигает критического уровня (около -35 мВ) и когда воз- действует какой-либо из внешних раздражителей (таких же, как и для типа А). Механизм спонтанной депо- ляризации, по-видимому, связан с дрейфом активности ионных насосов, следствием чего и является увеличение содержания внутри клеток поло- жительных ионов (чаще всего натрия). В стенке органов, которые должны сокращаться длительное время (на- пример, мочевой пузырь, некоторые сосуды), возбуждающая деполяриза- ция развивается по типу плато (рис. 4.14, в). Начальная относительно бы- страя деполяризация обусловлена открытием каналов, через которые внутрь клетки проникают ионы кальция и натрия. Период длительного поддержания деполяризации (продолжительностью от 30 до 500 мс) опре- деляется длительным нахождением указанных ионов внутри клетки при одновременном снижении выхода калия. Подобный тип ПД характерен и для кардиомиоцитов (см. гл. 13). Механизм возбуждения отдельно лежащих гладкомышечных клеток существенно отличается. Их физиологические особенности во многом определяются малыми размерами клеток. В части из них могут возникать типичные ПД. В то же время в некоторых из них для инициации сокра- щения появления спайка не является обязательным. Деполяризация, раз- вивающаяся при взаимодействие лиганда с рецептором, остается местной. Но в связи с тем, что при этом внутрь клетки поступают ионы кальция,
Глава 4. ФИЗИОЛОГИЯ СКЕЛЕТНЫХ МЫТТЩ 75 их концентрация здесь становится вполне достаточной, чтобы иницииро- вать сокращение мышечной клетки малого размера. 4.3.2. Механизм мышечного сокращения В цитоплазме гладкомышечных клеток находятся актиновые и миози- новые филаменты, сами по себе структурно и функционально мало отли- чающиеся от соответствующих образований скелетной мышцы. Однако расположены они не так упорядоченно, как в скелетной мышце: здесь нет типичных Z-мембран. Кроме того, в гладкой мышце меньше миозиновых волокон. Отличаются эти два типа мышц и тем, что в гладкомышечной клетке слабо выражен саркоплазматический ретикулум. Механизм сокращения у гладких мышц примерно такой же, как у ске- летных. Инициатором взаимодействия актина и миозина является каль- ций, критическая концентрация расслабления которого около 1СГ8 моль/л. Повышение концентрации кальция внутри саркоплазмы вместе с каль- модулином активирует особый фермент — киназу легких цепей миозина, который переносит фосфатную группу АТФ на миозин, что и обеспечивает взаимодействие миозина с актином, то есть мышечное сокращение. Опреде- ленную роль при этом играет и цАМФ. Для расслабления мышцы необхо- димо откачать свободный кальций из цитоплазмы. Однако в гладкомышеч- ной клетке это происходит более медленно, чем в скелетной. Поэтому со- кращается и расслабляется она медленнее. В типичных клетках сокращение начинается спустя 50-100 мс после возбуждения. Полная волна сокращения развивается около 0,5.с и про- должается в течение 1-3...30 с. На схеме (рис. 4.15) показана компоновка сократимых миофиламентов внутри клетки. Актиновые филаменты сгруппированы в пучки, которые время от времени образуют уплотнения («узлы»). Одни непосредственно прилегают к мембране, другие нахо- дятся внутри клетки, выполняя как бы функцию Z-мембран. Между ак- тиновыми филаментами вкраплены более толстые — миозиновые. При- легающие к мембране участки двух соседних клеток часто совпадают и здесь белковую перемыч- ку, объединяющую структуры этих клеток в синцитий. Инициаторы со- кращения —- ионы кальция поступа- ют внутрь волокна по двум путям: из межклеточной жидкости, когда открываются соответствующие ка- налы при прохождении ПД, и из СР. Сокращение гладких мышц отли- чается высокой экономичностью'. Структурная схема гладкомышечных АТФ расходуется в 10-100 раз клеток
76 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ меньше, чем при сокращении скелетных мышц. Это обусловлено несколь- кими механизмами: а) медленное развитие волны сокращения, распространяющейся от клет- ке к клетке со скоростью около 2-10 см/с, создает возможность дли- тельного одиночного сокращения органа при сохранении высокой его интенсивности (30-40 Н/см2); б) совмещение ионного механизма, обеспечивающего распространение возбуждения и инициирующего сокращение, в лице кальция; в) слабое развитие саркоплазматического ретикулума, на мембране ко- торого располагается кальциевый насос (его относительно низкая ак- тивность); г) откачивание кальция наружу происходит как с помощью кальциевой помпы, так и без затраты энергии, путем натрий-кальциевого сопря- жения (см. гл. 11). Экономичность сокращений обеспечивает возмож- ность длительных сокращений без развития утомления. 4.3.3. Реакция гладких мышц на растяжение Большинство гладких мышц, в отличие от скелетных, ведет себя как пластические или вязкоэластичные образования. При медленном их рас- тяжении после начального подъема напряжения, обусловленного эласти- ческими свойствами, гладкие мышцы развивают пластическую податли- вость, и напряжение в них падает. Благодаря пластичности гладкая мыш- ца может быть полностью расслабленной, как в удлиненном, так и уко- роченном состоянии. Благодаря этому, например, в мочевом пузыре при постепенном наполнении до определенного объема предотвращается по- вышение давления и ранний позыв на мочеиспускание. Однако чересчур сильное или резкое растяжение гладкомышечных органов приводит к противоположному эффекту: происходит их сокращение. Причиной по- следнего является деполяризация пейсмекерных клеток, нарастающая при растяжении. Это является одним из механизмов миогенной ауторегуля- ции тонуса органов, стенка которых состоит из гладкомышечных клеток. 4.3.4. Влияние трофики на состояние гладких мышц Гладкомышечные клетки реагируют не только на внешние механиче- ские или химические стимулы, но и на образующиеся в них соединения. Существенное влияние на их состояние оказывают: содержание кислоро- да и углекислого газа, концентрация водородных ионов и других продук- тов метаболизма, внутриклеточные посредники, другие биологически ак- тивные соединения, которые образуются в клетке. Все указанные факто- ры могут оказывать влияние на гладкомышечные клетки и извне, посту- пая с кровью или образуясь в соседних клетках. Обо всех этих влияниях речь пойдет при изложении соответствующих разделов.
Глава 4. ФИЗИОЛОГИЯ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ 77 Вопросы для №1 Какая из перечисленных возбудимых структур характеризуется наибольшей лабильностью: А. Мышечное волокно Б. Синапс между двумя нервными клетками В. Нервное волокно Г. Мионевральная пластинка №2 Что приводит к интенсивному выбросу ацетилхолина из синаптической бляш- ки в синаптическую щель: А. Деполяризация субсинаптической мем- браны Б. Деполяризация пресинаптической мем- браны В. Деполяризация постсинаптической мем- браны Г. Гиперполяризация пресинаптической мембраны №3 Какое трансмембранное перераспре- деление ионов К+ и Na+ характерно для начального момента развития возбуж- дающего постсинаптического потенциа- ла. А. Проникновение ионов К+ внутрь клетки Б. Проникновение ионов Na+ внутрь клетки В. Выход ионов Na+ из клетки Г. Выход ионов К+ из клетки №4 Изменится ли (если да, то как) величи- на потенциала покоя, если внутри нервной клетки искусственно увеличить на 30 % концентрацию ионов К+: А. Потенциал покоя снизится до 0 Б. Потенциал покоя увеличится В. Потенциал покоя останется без изменений Г. Потенциал покоя уменьшится №5 Как изменится амплитуда потенциала действия одиночного нервного волокна, если наружную концентрацию ионов Na+ снизить на 20 %: А. Амплитуда потенциала действия упадет до нуля Б. Амплитуда потенциала действия не изме- нится повторения В. Амплитуда потенциала действия снизит- ся Г. Амплитуда потенциала действия возрас- тает №6 Какова скорость распространения воз- буждения в нервных волокнах млекопи- тающих, относящихся к группе Дик группе С: Группа А, м/с Группа С, м/с А. 2,3-5 80-120 Б. 15-3 250-120 В. 250-12 15-3 Г. 120-5 3,3-0,5 д. 2,3-0,6 120-5 №7 В постоянстве функционально-струк- турной целостности мембран главную роль играют: А. Фосфолипиды Б. Свободные жирные кислоты В. Холестерин Г. Липопротеиды Д. Белки №8 Фактором, определяющим величину потенциала покоя, является кон- центрационный градиент: А. Натрий-иона Б. Калий-иона В. Кальций-иона Г. Хлорид-иона №9 Деполяризация клеточной мембраны может возникнуть при: А. Увеличении снаружи концентрации Na+ Б. Увеличении внутри концентрации Са2+ В. Уменьшении внутренней концентрации СГ Г. Увеличении снаружи концентрации К+ Д. Увеличении внутри концентрации СГ
78 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ №10 В генезе восходящей фазы потенциала действия ведущую роль играют ионы: А. К+ Б. Na+ В. СГ Г. Мд2+ №11 Локальный ответ обусловлен повыше- нием проницаемости мембраны: А. Для СГ Б. Для К+ В. Для Na+ №12 Трансмембранный выходящий ионный ток К+ во время развития потенциала действия обеспечивается: А. Активным транспортом Б. Пассивной диффузией В. Облегченным транспортом №13 В механизме фазы деполяризации ПД ведущую роль играет: А. Пассивный ток Na+ в клетку Б. Активный транспорт Na из клетки В. Активный транспорт Са2+ из клетки Г. Транспорт СГ в клетку №14 Важным фактором реполяризации мембран во время развития потенциала действия скелетной мышцы является: А. Повышение проницаемости для К+ Б. Уменьшение проницаемости для К+ В. Выходящий калиевый ток Г. Уменьшение тока хлора Д. Повышение проницаемости для Na+ №15 Накопление избыточного количества ацетилхолина в нервно-мышечном си- напсе скелетной мышцы приводит: А. К усилению мышечного сокращения Б. К ослаблению мышечного сокращения В. Мышечное сокращение станет макси- мальным Г. Мышечное сокращение не изменится №16 При проведении возбуждения по нерв- ному волокну величина потенциала действия: А. Увеличивается Б. Уменьшается В. Не изменяется №17 Автоматические сокращения гладких мышц обусловлены: А. Возникновением возбуждения в самой мышце Б. Возникновением возбуждения в интраму- ральных нервных структурах В. Поступлением нервных импульсов из ЦНС Г. Гуморальными влияниями №18 Подпороговый раздражитель: А. Вызывает развитие потенциала действия Б. Вызывает развитие локального ответа В. Не деполяризует мембрану до критиче- ского уровня Г. Гиперполяризует мембрану №19 Активация сокращения мышечного во- локна происходит при действии ионов кальция: А, На кальмодулин Б. На саркоплазматический ретикулум В. На тропомиозин Г. На активные центры актина №20 Раздражитель пороговой силы: А. Вызвает развитие потенциала действия Б. Вызывает развитие локального ответа В. Деполяризует мембрану до критического уровня Г. Гиперполяризует мембрану №21 Во время фазы относительной рефрак- терное™ происходит: А. Активация калиевых каналов Б. Активация натриевых каналов В. Инактивация калиевых каналов Г. Инактивация натриевых каналов
Глава 4. ФИЗИОЛОГИЯ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ №22 Какую функцию выполняют интеграль- ные белки мембраны: А, Определяют структурную целостность мембраны Б. Являются рецепторами мембраны В. Образуют ионные насосы Г. Образуют ионные каналы №23 Сколько ионов перемещает через мембрану Na,K-Hacoc за один цикл: А. 1 ион Na+ и 1 ион К+ Б. 2 иона Na+ и 2 иона К* В. 3 иона Na+ и 3 иона К+ Г. 3 иона Na+ и 2 иона if Д. 2 иона Na+ и 3 иона К+ №24 Сколько АТФ требуется для транспорта через мембрану 1 иона кальция: А. 1 молекула Б. 2 молекулы В. 3 молекулы Г. 4 молекулы Д. Все указанные выше утверждения оши- бочны №25 Что такое ионные каналы мембран: А. Место, где ионы могут проходить в клетку Б. Межклеточные щели В. Канал в третичной структуре молекулы интегрального белка Г. Канал в третичной структуре перифери- ческого белка Д. Все указанные выше утверждения не- верны №26 При нанесении раздражения на нерв- ное волокно возбуждение распростра- няется: А. Только в афферентном направлении Б. Только в эфферентном направлении В. В обе стороны 79 №27 Укажите ошибочный ответ. При увеличении концентрации ионов кальция в саркоплазме происходит: А. Расслабление мышцы Б. Взаимодействие актиновых и миозиновых волокон В. Активация активных центров актина Г. Активация миозиновой АТФазы Д. Блокада активных центров актина №28 При поступлении нервного импульса к синапсу в пресинаптической мембране происходит: А. Деполяризация пресинаптической мемб- раны Б. Гиперполяризация пресинаптической мембраны В. Повышение проницаемости для хлора Г. Снижение проницаемости для кальция Д. Повышение проницаемости для кальция №29 При поступлении внутрь синаптической бляшки ионов кальция происходит: А. Взаимодействие кальция с кальмодули- ном Б. Взаимодействие кальция с активными центрами актина В. Взаимодействие кальция с миозином Г. Взаимодействие кальция с ацетилхоли- ном №30 Что приводит к прекращению развития фазы деполяризации потенциала дей- ствия: А. Уменьшение натриевого тока в клетку Б. Закрытие ворот калиевых каналов В. Открытие активационных ворот натрие- вых каналов Г. Закрытие инактивационных ворот натрие- вых каналов Д. Открытие инактивационных ворот натрие- вых каналов
80 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ №31 Состояние ворот ионных каналов мем- браны может регулироваться: А. Потенциалом мембраны Б. Химическими веществами В. Правильного ответа нет №32 Что приводит к интенсивному выбросу ацетилхолина из синаптической бляш- ки в синаптическую щель: А. Гиперполяризация пресинаптической мембраны Б. Деполяризация пресинаптической мемб- раны В. Деполяризация постсинаптической мемб- раны Г. Гиперполяризация постсинаптической мембраны Д. Вход кальция в нервное окончание через пресинаптическую мембрану №33 Какое трансмембранное перераспреде- ление ионов К+ и Na+ характерно для начального момента развития возбуж- дающего постсинаптического потенциа- ла: А. Проникновение ионов К* внутрь клетки Б. Проникновение ионов Na+ внутрь клетки В. Выход ионов Na+ из клетки Г. Выход ионов К+ из клетки №34 Пиноцитозом через мембраны транс- портируются: А. Белки Б. Ионы натрия В. Ионы хлора Г. Аминокислоты Д. Глюкоза №35 Вторично-активным транспортом через мембраны транспортируются: А. Белки Б. Ионы натрия В. Ионы хлора Г. Аминокислоты Д. Глюкоза №36 Основными факторами, определяющи- ми величину потенциала покоя, явля- ются: А. Концентрационный градиент натрий-иона Б. Концентрационный градиент калий-иона В. Натрий-калиевый насос Г. Концентрационный градиент ионов хлора №37 Механизмом натрий-калиевого насоса является: А. Облегченная диффузия Б. Вторично-активный транспорт Г. Первично-активный транспорт Д. Пиноцитоз №38 Трансмембранный входящий ионный ток К+ обеспечивается: А. Активным транспортом Б. Пассивной диффузией В, Облегченным транспортом №39 В механизме фазы деполяризации ПД ведущую роль играет: А. Пассивный ток натрия в клетку Б. Активный транспорт натрия из клетки В. Активный транспорт Са2+ из клетки Г. Открытие натриевых каналов №40 Важными факторами реполяризации мембран являются: А. Повышение проницаемости для if Б. Уменьшение проницаемости для К+ В. Активация калиевых каналов Г. Повышение проницаемости для Na+ №41 Вода транспортируется через мембра- ны путем: А. Первично-активного транспорта Б. Вторичноактивного транспорта В. Пассивного транспорта Г. Облегченной диффузии №42 Прямым источником энергии для мы- шечного сокращения является: А. Креатинфосфат Б. АТФ В, Глюкоза Г. Гликоген
Глава 4, ФИЗИОЛОГИЯ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ 81 №43 Активация сокращения мышечного во- локна происходит при действии Са2+: А. На кальмодулин Б. На саркоплазматический ретикулум В. На тропомиозин Г. На активные центры актина №44 Локальный ответ обусловлен: А. Высокой Na+ проводимостью Б. Снижением Са2+ проводимости В. Высокой СГ проводимостью №45 Какую функцию выполняют перифери- ческие белки мембраны: А. Определяют структурную целостность мембраны Б. Являются рецепторами мембраны В. Образуют ионные насосы Г. Образуют ионные каналы №46 Натрий-калиевый насос: А. Вводит ионы натрия в клетку Б. Вводит ионы калия в клетку В. Выводит ионы натрия из клетки Г. Выводит ионы калия из клетки №47 Первично-активным транспортом через мембрану транспортируются: А. Белки Б. Ионы натрия В. Ионы хлора Г. Аминокислоты Д. Глюкоза №48 Сокращение мышцы определяется: А. Взаимодействием актиновых и миозино- вых протофибрилл Б. Взаимодействием актомиозина с тропо- нином В. Взаимодействием мембраны клетки с ак- томиозином Г. Скольжением протофибрилл друг относи- тельно друга №49 Возбудимость клетки понижается при развитии А. Локального ответа Б. Следовой деполяризации В. Следовой гиперполяризации Г. Фазы деполяризации потенциала дейст- вия Д. Уменьшения критического уровня деполя- ризации №50 К чему приведет инактивация ацетил- холинэстеразы в нервно-мышечном си- напсе скелетной мышцы: А. К гиперполяризации постсинаптической мембраны Б. К стойкой деполяризации постсинаптиче- ской мембраны В. К улучшению передачи возбуждения через синапс Г. К ухудшению передачи возбуждения через синапс Д. К деполяризации пресинаптической мем- браны
Глава 5 ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ 5.1. ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НЕЙРОНА Основные типы нейронов: а — мультиполярный ней- рон; б — биполярный нейрон; в — псевдополярный нейрон; г — униполярный нейрон. А — аксон; Д— jss- ндриты; М — моторные бляшки на скелетных мыш- цах. Стрелками обозначено направление движения им- пульсов по нервному волокну Морфологически нервная система пред- ставлена двумя типами клеток: нейронами и нейроглией. Функция нервной системы, заключающа- яся в обработке инфор- мации, выполняется главным образом ней- ронами. В ЦНС имеет- ся три основных типа нейронов (рис. 5.1), различающиеся как морфологически, так и функционально: - афферентные, - вставочные, - эфферентные. В то же время нейро- ны составляют мень- шую часть клеточного пула ЦНС (лишь около 10%), а 90% всех кле- ток является нейро- глией. 5.1.1. Функции нейроглии Нейроглия представляет собой неоднородные клетки, заполняющие пространство между нейронами и кровеносными капиллярами. Они отли- чаются как по форме, так и по функции. Имеется несколько типов глиальных клеток: астроциты, олигодендро- циты, микроглиальные и эпендимные клетки. Каждая из них выполняет свою функциональную задачу в обеспечении функции основных структур ЦНС — нейронов. Общей функцией этих клеток является создание опоры для нейронов, их защита и «помощь» в выполнении специфических фун- кций (рис. 5.2).
Глава 5. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ 83 Взаимоотношение нейроглиальных элементов с другими структурами мозга: / — ней- рон; 2 — астроцит; 3—олигодендроцит; 4—кровеносный капилляр; 5 — клетка эпендимы; 6 — синапс; 7 — перехват Ранвье; 8 — миелиновая оболочка Астроциты Астроциты, составляя около 60% клеток нейроглии, выполняют разно- образные функции по созданию для нейронов благоприятных условий функционирования. Особенно важна их роль в период высокой активно- сти нейронов. 1) Астроциты участвуют в создании гематоэнцефалического барьера, ограничивающего свободное проникновение различных соединений из крови. Астроциты вставлены между эндотелием кровеносных ка- пилляров и нейронами. И даже если какое-либо вещество выходит из капилляров, то при диффузии по межклеточной жидкости оно может быть поглощено нейроглией. Благодаря этому для функционирования мозга создаются относительно гомеостатические условия (подробнее см. гл. 12). 2) Астроциты участвуют в резорбции ряда медиаторов ЦНС (например, глютамата, ГАМК), их обмене и даже обеспечивают обратный воз- врат готовых медиаторов в активно функционирующий нейрон. 3) Астроциты могут участвовать во временном поглощении некоторых ионов (например, К+) из межклеточной жидкости в период активного функционирования соседних нейронов. Глиальные клетки не являются возбудимыми, то есть в них не возни- кает ПД. Однако в них так же, как и в типичных возбудимых клетках, имеется концентрационный градиент ионов. И когда соседние с ними нейроны проявляют высокую активность, то мембранный потенциал
84 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ глиальных клеток меняется. Происходит это в результате следующих морфофизиологических особенностей: а) между глиальными и нервными клетками имеется очень небольшой ширины межклеточный промежуток (около 15 нм); б) между отдельными глиальными клетками имеются плотные контакты; в) мембрана глии легко проницаема для К+. Поэтому, когда в нейронах возникают ПД, в межклеточной жидкости повышается концентрация К (выходящий калиев ток обеспечивает реполяризацию мембраны). В результате К+ диффундирует внутрь глиальных клеток и их мембрана деполяризуется. Поэтому между де- поляризованными и соседними глиальными клетками возникает элек- трический ток. Этот ток, в свою очередь, дополнительно повышает вход К в деполяризованные клетки. В результате глиальные клетки существенно уменьшают внеклеточную концентрацию ионов калия около активных нейронов. Тем самым обеспечивается высокая «рабо- тоспособность» последних, так как активные нейроны не успевают закачивать калий внутрь клетки (Na,K-Hacoc за один «ход» выкачива- ет из клетки три иона натрия, а закачивает лишь два иона калия) и поэтому повышение его концентрации на внешней стороне мембраны может привести к снижению функциональной активности нейронов. Поглощаемый нейроглией К так же, как и медиаторы, затем, во вре- мя «отдыха», переводится из них в нейрон. 4) Астроциты, выполняя указанные выше функции, облегчают нейронам выполнение их функций, то есть косвенно участвуют в регуляции фун- кций организма. Причем этим не ограничивается роль астроцитов в функции нейронов, она, вероятно, более сложная. Дело в том, что на мембране астроцитов обнаружены рецепторы для большинства нейро- медиаторов. Хотя в настоящее время значение этих рецепторов еще не совсем понятно. 5) Весьма существенно и то, что в астроцитах синтезируется ряд факто- ров, относимых к регуляторам роста. Ростовые факторы астроцитов участвуют в регуляции роста и развития нейронов. Эта их функция особенно ярко проявляется в процессе становления ЦНС. во внутри- утробном и раннем постнатальном периодах развития. 6) Астроциты участвуют в иммунных механизмах мозга, защищая его от попадающих микроорганизмов. Олигодендроциты Олигодендроциты (их около 25-30% всех глиальных клеток) образуют миелиновую оболочку нейронов. На периферии эту функцию выполняют шванновские клетки. Кроме того, они могут поглощать микроорганизмы, то есть наряду с астроцитами участвуют в иммунных механизмах мозга. Эпендимные клетки Эпендимные клетки выстилают желудочки головного мозга, участвуя в процессах секреции спинномозговой жидкости (СМЖ) и в создании гематоэнцефалического барьера (ГЭБ).
Глава 5, ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ 85 Микроглия Микроглия составляет около 10% всех глиальных клеток. Микроглия, являясь частью ретикулоэндотелиальной системы организма, участвует в фагоцитозе. 5.1.2. Морфофункциональная характеристика нейронов Нейроны — своеобразные клетки, имеющие кроме тела (сомы) один или несколько отростков, называемых дендритами (по ним нервный им- пульс поступает к телу нейрона) и аксонами (по ним нервный импульс от- ходит от нейрона). Уникальность нейронов заключается в том, что вскоре после рождения человека утрачивается их способность к физиологиче- ской регенерации путем деления. Самообновление их происходит лишь на уровне субклеточных структур, отдельных молекул. Размер тела нейрона (от 5 до 100 мкм) определяет и диаметр их аксо- нов: в малых нейронах около 1 мкм, а в больших — до 6 мкм, что сказы- вается на скорости распространения по ним нервного импульса. Функци- онально отличающаяся начальная часть аксона носит название аксонный холмик. Сома нейрона покрыта типичной плазматической мембраной. На ней представлены все виды белков, обеспечивающих трансмембранный транс- порт и поддержание концентрационных градиентов. Отличительной осо- бенностью сомы нейрона является то, что практически вся мембрана его яв- ляется постсинаптической. Дело в том, что передача нервных импульсов между нейронами осуществ- ляется с помощью синапсов. А их у каждого нейрона столь много и располагаются они на теле так тесно, что практиче- ски между ними нет свобод- ной области мембраны (рис. 5.3). Расстояние между отдельными синапсами при- мерно одинаково, поэтому их количество на теле нейрона в первую очередь определяется размерами сомы: на малых клетках их до 5000, а на боль- ших нейронах до 200 000 си- напсов. Однако имеются и функциональные отличия в количестве синапсов на теле Межнейронные синапсы: 1 — аксосоматиче- ский синапс; 2 — аксодендритический синапс; 3 — аксодендритический синапс шипиковой формы; 4— аксодендритический" синапс дивер- гентного типа клетки: у чувствительных ней- ронов синапсов меньше, а у вставочных и эффекторных больше.
86 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ МП не во всех нейронах находится на одинаковом уровне. В больших нейронах он выше, чем в малых, и колеблется от -90 мВ до -40...-60 мВ. Функциональная характеристика больших нейронов благодаря своим раз- мерам изучена на сегодня лучше и ниже описывается на их примере. Аксонный холмик Особый участок нейрона, от которого отходит аксон, именуется аксон- ным холмиком. Его мембрана несколько отличается от других отделов со- мы нейрона: - во-первых, он свободен от синапсов; - во-вторых, здесь имеется своеобразный набор ионных каналов. Можно выделить пять типов каналов: 1) быстрые потенциалозависимые Na-каналы, 2) Са-каналы, 3) медленные потенциалозависимые К-каналы, 4) быстрые потенциалозависимые К-каналы, 5) кальцийзависимые К-каналы. В области аксонного холмика ПП ниже, чем в других участках тела нейрона (около -60 мВ). 5.1.3. Синапсы ЦНС Нервные клетки за счет своих отростков функционируют в тесном вза- имодействии друг с другом, образуя своеобразную сеть. Это взаимодейст- вие осуществляется посредством синапсов. В результате каждый нейрон контактирует прямо или чаще всего опосредованно с сотнями, тысячами других. Для некоторых систем мозга, например ответственных за процессы обучения, памяти, способность к организации и реорганизации связей между нейронами сохраняется на всю жизнь. В других отделах ЦНС фор- мируются постоянные проводящие пути от одного нейрона к другому, и формирование их завершается к определенному времени развития челове- ка. В растущем мозге аксоны находят путь к клеткам, к которым они дол- жны посылать сигнал, следуя по некоему химическому следу. Достигая места назначения, аксон разветвляется, и каждая из его веточек заканчи- вается терминалями. Для завершения развития нервной системы необхо- димо многократное прохождение ПД по вновь сформированным синап- тическим связям нейронов. Полагают, что большую роль в формирова- нии связей между нейронами играют рецепторы N-метил-В-аспарат на постсинаптической мембране нейрона. Они действуют как ворота, регу- лирующие активность каналов для проникновения Са2+, который в каче- стве второго посредника запускает многие внутриклеточные процессы. Подавляющее большинство синапсов ЦНС — химические синапсы. Синапсы в зависимости от места расположения подразделяются на аксо- дендритические, аксосоматические, аксоаксональные и дендросоматиче- ские (см. рис. 5.3). Функционируют синапсы ЦНС принципиально таким
Глава 5, ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ 87 же образом, как и нервно-мышечные синапсы. Но в то же время между ними имеется и ряд отличий, зависящих от того, что они значительно раз- нообразнее как по составу медиаторов, так и по реакции постсинаптиче- ской мембраны на них. Синапсы ЦНС, особенно их постсинаптическая мембрана, являются местом приложения не только медиаторов, но и многих других биологи- чески активных соединений, ядов, лекарственных веществ. Модуляция синапсов Примечательно, что отдельные образования синапсов не являются раз и навсегда застывшими структурами. В процессе жизни человека они мо- гут трансформироваться, подвергаясь модулирующему воздействию. Это- му способствует выделение некоторых медиаторов (см. ниже). Кроме то- го, при постоянном (частом) прохождении нервных импульсов через структуры синапсов они могут изменяться в направлении увеличения раз- меров синаптической бляшки и количества медиатора в ней, увеличения площади пре- и постсинаптической мембраны. Кроме того, на постсинап- тической мембране может меняться плотность рецепторов. В результате функция синапса модифицируется, что обеспечивает улучшение и ускоре- ние передачи нервного импульса. Эти изменения сопровождают процесс обучения, формирования памяти. Они же являются основой формирова- ния нервных цепей для обеспечения рефлекторных ответов. Можно ска- зать, что наличие синапсов в ЦНС упорядочивает функцию нервной сис- темы. Кроме того, именно они во многом обеспечивают формирование процессов, характерных для обучения, памяти. Особая роль в деятельности нейрона принадлежит их дендритам, на которых имеются многочисленные выросты (шипики) с расположенными на них синаптическими окончаниями. Образование их происходит всю жизнь, что является одним из механизмов, обеспечивающих развитие но- вых рефлекторных контактов в процессе обучения. 5.1.4. Механизм функционирования химических синапсов в ЦНС Подавляющее большинство синапсов ЦНС относится к таким, в кото- рых нервный импульс (ПД) передается с помощью химических веществ, биологически активных соединений — медиаторов. Медиаторы находят- ся в пресинаптической бляшке в субмикроскопических структурах ее — синаптических пузырьках диаметром около 50 нм. Выделение медиатора происходит под влиянием пришедшего ПД, вызывающего деполяриза- цию пресинаптической мембраны, в результате чего в синаптическую щель выливается содержимое нескольких сот пузырьков. Большая роль в процессе выделения медиатора принадлежит ионам Са2+, проницаемость мембраны для которых резко повышается после пришедшего ПД. Поступивший внутрь синаптической бляшки Са2+ спо- собствует приближению пузырьков с медиатором к пресинаптической мембране. Медиатор, диффундируя по синаптической жидкости, через си- наптическую щель достигает постсинаптической мембраны, где соединя-
88 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ется с соответствующим рецептором. В результате открываются хемовоз- будимые каналы и повышается проницаемость мембраны для ионов Na+. Это приводит к деполяризации мембраны — возникновению местного потенциала. Такой потенциал именуется возбуждающим постсинапти- ческим потенциалом (ВПСП) (рис. 5.4). Возбуждающий постси- наптический потенциал: а, б — деполяризация не до- стигает критического уровня; в — результат сум- мации Под влиянием пришедшего к синапсу одного ПД, как правило, уро- вень деполяризации (величина ВПСП) оказывается подпороговым, то есть недостаточным для того, чтобы вызвать ПД на постсинаптической мембране. Генерация ПД происходит в результате суммации ВПСП. Это- му способствуют отличительные характеристики ВПСП: сравнительно большая продолжительность существования во времени (нарастание де- поляризации 1-2 мс и спада— 10-12 мс) и способность распространяться на соседние участки мембраны. То есть в целом указанные выше механиз- мы — общие для нервно-мышечных и центральных синапсов. Но синап- сы ЦНС отличаются от нервно-мышечных тем, что их постсинаптическая мембрана содержит не только хемовозбудимые, но и электровозбудимые каналы. Поэтому переход локального постсинаптического потенциала в ПД происходит в самой постсинаптической мембране в результате про- цессов суммации. Суммация За счет суммации (рис. 5.5) ВПСП может переходить в ПД. Одним из вариантов суммации ВПСП является уже знакомая по предыдущему раз- делу временная суммация. В основе временной суммации лежат: - длительность состояния деполяризации постсинаптической мембра- ны (ВПСП); - частая импульсация одного синапса. Когда к пресинаптической мембране с коротким промежутком посту- пает несколько ПД, то ВПСП, возникающий после каждого из них, на- слаивается на предыдущий, увеличивая ее амплитуду, и при достижении критического уровня перейдет в ПД. Такое явление оказывается возмож- ным в связи с тем, что обычно по нервному волокну поступают не еди- ничные ПД, а группы их («пачки»).
Глава 5. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ 89 Суммация возбуждения в нервных центрах: а — временная (Кр — критический уровень деполяризации; МГ— механограмма мы- шечного сокращения; Р — последовательные подпороговые раздражения (1-6) одного и того же нервного волокна); б — пространст- венная: ВПСП в мотонейроне длинной мало- берцовой мышцы в ответ на раздражение (Р) нервных волокон, идущих от короткой мало- берцовой мышцы (/), длинного разгибателя пальцев (2), длинной малоберцовой мышцы (J), и на одновременное раздражение всех трех нервов вместе (1 + 2 + 3) (по Экклсу) Другой разновидностью суммации является пространственная сумма- ция. Она названа так потому, что обусловлена одновременным поступле- нием к нейрону импульсов по расположенным рядом синапсам. Возбуж- дающий постсинаптический потенциал, возникающий под каждым си- напсом, хотя и распространяется с декрементом (постепенным снижением амплитуды), но вследствие довольно тесного расположения соседних си- напсов ВПСП могут суммироваться по амплитуде. В результате деполя- ризация может достигнуть критического уровня и возникает ПД. Как правило, этот процесс легче всего развивается в области аксонного хол- мика. Обусловлено это тем, что благодаря более низкому исходному уровню мембранный потенциал именно здесь ближе всего к критическо- му уровню деполяризации. Синаптическая задержка В связи с тем, что для передачи возбуждения через синапс требуется выход и взаимодействие медиатора с постсинаптической мембраной, сум- мация и скорость передачи возбуждения в нем замедляются. Синаптиче- ская задержка в ЦНС составляет около 0,2-0,5 мс. 5.1.5. Тормозные синапсы В норме функция ЦНС осуществляется благодаря тому, что кроме ука- занных выше синапсов, передающих возбуждение, существует огромное количество тормозных синапсов (рис. 5.6). Различают два основных механизма торможения: - пресинаптическое, - постсинаптическое. Эти названия отражают локализацию тормозного синапса по отноше- нию к возбуждающему. Отличаются эти виды торможения не только структурно по месту расположения синапса, но и по физиологическому ме- ханизму. В основе пресинаптического торможения лежит уменьшение или
90 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Расположение тормозных синапсов: 1 — афферент возбуждающего нейрона; 2 — афферент, возбуждающий тормозной нейрон; 3 — пресинаптическое торможе- ние; 4 — постсинаптическое торможение. Н — возбуждающий нейрон; Т—тор- мозной нейрон прекращение высвобождения медиатора из пресинаптического нервного окончания возбуждающего синапса. В отличие от этого основой постси- наптического торможения является снижение возбудимости мембраны со- мы и дендритов нейронов. Пресинаптическое торможение Пресинаптическое торможение чаще всего развивается у окончаний афферентных соматических и висцеральных нервов. Морфологической основой его являются аксо-аксональные синапсы. При этом торможение развивается в связи с уменьшением или полной блокадой выброса меди- атора в синаптическую щель того синапса, который передает возбужде- ние. Таким образом, торможение передачи нервных импульсов происходит благодаря изменению свойств его пресинаптической мембраны. Торможе- ние не затрагивает постсинаптической мембраны такого синапса. В основе его лежит процесс деполяризации постсинаптической мембра- ны тормозного аксо-аксонального синапса, которая именуется деполяри- зацией первичных афферентов (ДПА). ДПА достигает своего максимума через 15—20 мс после начала и проходит через 100-150 мс. Ионные меха- низмы пресинаптического торможения еще окончательно не выяснены. Полагают, что в основе его лежат процессы деполяризации, которые раз- виваются при повышении проницаемости мембраны для Na+. Правда, в развитии пресинаптического торможения нельзя исключить и роли Са2+ или С1~. В отношении хлора нужно сказать, что для деполяризации мем- браны этот ион должен быть выведен из клетки, а указанный процесс происходит против градиента концентрации. Значит, для его осуществле- ния требуется «включение» соответствующего (хлорного) насоса и АТФ. В связи с тем, что мембрана, где развивается пресинаптическое тормо- жение, является частью мембраны аксона возбуждающего нейрона, воз- никшая волна ДПА может распространяться антидромно, навстречу нер- вному импульсу (ПД), идущему от сомы нейрона. Но в результате проис- ходит не суммация, а снижение амплитуды этого ПД или полная блокада его проведения. В основе этого механизма может лежать снижение возбу- димости мембраны вслед за деполяризацией — состояние рефрактерно- сти, вызванное ДПА. И теперь более низкий потенциал действия, подхо- дя к синапсу, вызовет высвобождение меньшего количества медиатора
Глава 5. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ 91 А это уменьшает частоту передаваемых нервных импульсов через синапс или вообще делает их передачу невозможной. Основным медиатором этого вида торможения является ГАМК. О фи- зиологическом назначении этого вида торможения свидетельствует то, что такие антагонисты ГАМК, как бикукуллин, пикнотоксин, угнетая эту разновидность торможения-, приводят к развитию судорог. Связано это с тем, что большое количество таких синапсов локализуется на мотонейро- нах спинного мозга. Постсинаптическое торможение Но основным видом торможения в ЦНС является постсинаптическое торможение. Разберем его механизмы на примере типичного тормозного синапса — аксосоматического. На теле нейрона тормозные синапсы, как правило, лежат между возбуждающими синапсами и аксонным холми- ком. Основными медиаторами, вызывающими этот вид торможения, являются ГАМК и глицин. Каждый стимул, пришедший к тормозному синапсу, вызывает не депо- ляризацию, а, напротив, гиперполяризацию постсинаптической мембраны, называемую тормозным постсинаптическим потенциалом (ТПСП). По своему временному ходу ТПСП (рис. 5.7) представляют, по существу, зер- кальное отображение ВПСП с временем нарастания 1-2 мс и спада 10- 12 мс. В основе гиперполяризации лежит повышение проницаемости мем- браны для К+. (Механизм гиперполяризации мембраны, вызванной кали- ем, разбирался в гл. 3.) Гиперполяризацию могут вызвать и ионы СГ. От- крытие хлорных каналов приводит к их проникновению внутрь нервного волокна. Результатом дополнительного поступления отрицательных ионов и будет повышение заряда мембраны. Конкретный механизм торможения зависит от времени поступления ВПСП от расположенного рядом возбуждающего синапса. При этом так- же происходит временная и пространственная суммация. Если ВПСП на- кладывается на начальную фазу ТПСП, то амплитуда первого снижается, так как поступление в клетку Na+ компенсируется одновременным выхо- дом К+. А если ВПСП возника- ет на поздней стадии ТПСП, то он просто смещается на величи- ну гиперполяризации мембра- ны. В том и другом случае ТПСП блокирует возникнове- ние ПД, а значит, и передачу нервного импульса через дан- ный нейрон. Постсинаптическое торможе- ние широко представлено в ЦНС. Оно имеется в нервных центрах, в мотонейронах спин- ного мозга, в симпатических а — развитие гиперполяризации на постси- наптической мембране тормозного синапса; б — механизм постсинаптического тормо- жения; 1 — действие раздражителя
92 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ганглиях. Причем в ганглиях вегетативной нервной системы ТПСП реги- стрируется в течение 30-100 мс, то есть он еще более продолжителен, чем в соматической НС. Блокада этого вида торможения (при поступлении в организм стрихни- на или столбнячного токсина) приводит также к появлению судорог. Но механизм их влияния отличен. Так, полагают, что стрихнин конкурентно блокирует влияние тормозного медиатора на субсинаптическую мембра- ну, а столбнячный токсин нарушает выделение самого медиатора из пре- синаптического окончания. Таким образом, отличия двух разновидностей торможения заключают- ся в том, что пресинаптическое торможение избирательно выключает от- дельные входы к нервной клетке, в то время как постсинаптическое тор- можение снижает возбудимость нейрона целиком; пресинаптическое тор- можение более продолжительное, чем постсинаптическое. Торможение, несмотря на то, что само оно не распространяется, но, блокируя проведе- ние возбуждения, ограничивает его распространение, прерывая бесконеч- ную циркуляцию по ЦНС, упорядочивает ее функции. 5.1.6. Медиаторы ЦНС В ЦНС функцию медиаторов выполняет большое количество биологи- чески активных веществ (около 30). Отнесение синапсов к возбуждающе- му или тормозному определяется, с одной стороны, спецификой медиато- ров. С другой стороны, это зависит от разновидности рецепторов, встро- енных в постсинаптическую мембрану, так как к одному и тому же меди- атору, как правило, имеется несколько рецепторов. При взаимодействии одного и того же медиатора с различными рецепторами может возникать диаметрально противоположный эффект — ВПСП или ТПСП. Различие рецептора можно обнаружить не только по отличию эффекта, но и путем применения химически активных веществ, могущих блокировать переда- чу нервного импульса через синапс (результат связывания с рецептором) или потенцировать эффект медиатора. Эти вещества могут быть как эн- догенного происхождения (образуются в самой ЦНС или в других орга- нах и поступают в ЦНС через кровь и лимфу), так и экзогенного. Медиаторами нейронов ЦНС является большое количество биологиче- ски активных веществ. В зависимости от химической структуры, их мож- но разделить на основные четыре группы. I) Амины (ацетилхолин, норадреналин, адреналин, дофамин, серотонин). 2) Аминокислоты (глицин, глутамин, аспарагиновая кислота, ГАМК и ряд других). 3) Пуриновые нуклеотиды (АТФ). 4) Нейропептиды (гипоталамические либерины и статины, опиоидные пептиды, вазопрессин, вещество Р, холецистокинин, гастрин и др.). Нельзя исключить медиаторную функцию простагландинов, обнару- женных в некоторых синапсах. Раньше полагали, что во всех окончаниях одного нейрона выделяется
Глава 5, ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ 93 один медиатор (принцип Дейла). Однако в последние годы, особенно по- сле открытия нейропептидов (небольшой величины белковых молекул), оказалось, что во многих нейронах могут быть два или более медиатора. По своему эффекту медиаторы можно подразделить на два типа: - ионотропные, - метаботропные. Ионотропные медиаторы после взаимодействия с рецепторами постси- наптической мембраны изменяют проницаемость ионных каналов. Физи- ология таких медиаторов разбиралась выше. В отличие от этого мета- ботропные медиаторы постсинаптическое влияние оказывают путем ак- тивации специфических ферментов мембраны. В результате в самой мем- бране, а чаще всего в цитозоле клетки активируются вторые посредники, которые, в свою очередь, запускают каскады ферментативных процессов. Происходящие в клетке или мембране метаболические изменения более продолжительные и более глубокие, чем при действии ионотропных ме- диаторов. Они могут затрагивать даже геном клетки, участвуя в форми- ровании памяти (см. разд. 18.4). Метаботропной активностью обладает большинство нейропептидов и ряд других медиаторов, например, амины. Выделяясь вместе с «основ- ным», метаботропный медиатор модулирует (усиливает или ослабляет) эффект основного или регулирует выход его. Результатом происходящих в ЦНС сложных взаимодействий между медиаторами и рецепторами, раз- личными медиаторами проявление эффекта действия медиаторов может изменяться. Так, ацетилхолин, как правило, передающий возбуждение, в ряде случаев может вызвать торможение. Амины также обладают обоими указанными эффектами. Из аминокислот в качестве наиболее распростра- ненных можно отметить ГАМК, передающую как пре-, так и постсинап- тическое торможение, глицин, передающий постсинаптическое торможе- ние, и глутаминовую кислоту, передающую возбуждение. 5.1.7. Утомление нейрона и синапса Большинство медиаторов синтезируется в теле клетки, накапливается там в гранулах, а затем путем аксонного транспорта доставляется к пре- синаптическому утолщению. Однако помимо этого медиатор, расходуе- мый в процессе передачи нервного импульса, может синтезироваться и в самом нервном окончании. Особенно активно это происходит в холи- нергических синапсах. Когда через один и тот же синапс происходит пе- редача нервного сигнала в течение длительного времени, то содержание медиатора в нем может истощаться. Это приведет к ослаблению скорости передачи возбуждения или даже его полному прекращению. Такое состо- яние именуется утомлением синапса. Быстрому развитию утомления пре- пятствуют не только вышеуказанные механизмы восстановления содер- жания медиатора, но и функция астроцитов, направленная на ресинтез медиатора и его передачу функционирующему нервному окончанию.
94 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ 5.1.8. Мозгоспецифические белки Нервные клетки не являются пассийными трансформаторами электроге- нерируемых процессов. Генетический аппарат нейронов, метаболизм их оказывает модулирующее влияние на получение и обработку нервных им- пульсов, повышая либо снижая чувствительность к приходящим сигналам. В изменении состояния нейронов большая роль принадлежит универ- сальным регуляторам внутриклеточного метаболизма — вторым посред- никам, а также простагландинам (продукты метаболизма арахидоновой кислоты), некоторым гормональным веществам, ионам. Среди последних ведущим является кальций. В то же время кальций имеет и прямое отноше- ние к регуляции состояния нейрона, выступая в качестве положительного иона. Прежде всего, кальций участвует в перераспределении ионов натрия и калия. Кроме того, он участвует в регуляции синтеза и секреции нейро- передатчиков, аксоплазматическом транспорте, синтезе РНК и белков. В нейронах эти соединения непосредственно связаны с процессами си- наптической передачи и электрогенеза. Через посредство внутриклеточ- ных мессенжеров на нейроны оказывает влияние ряд гормонов, нейропеп- тидов, другие биологически активные вещества. Наряду с генетическими механизмами, указанные выше регуляторы уже на уровне нейрона обес- печивают интегративную функцию. Особая роль в обеспечении функций нейронов принадлежит генетиче- скому аппарату клеток. Примечательно, что обычно активность генетиче- ского аппарата в нейронах более выражена, чем в большинстве других клеток организма. Активность участков ДНК нейронов превышает актив- ность клеток печени, селезенки, почки. Так, было показано, что иРНК, вы- деленные из печени и почек, вступают в гибридизацию лишь с 2-5 % ДНК, а из мозга — с 35 %. Активность большого количества генов в нейронах обеспечивает синтез более широкого спектра белковых соединений, чем в клетках других органов. Причем наиболее сложно организована актив- ность генетического аппарата нейрона тех областей, которые в большей степени ответственны за наиболее сложные функции ЦНС. Например, объем гибридизации ДНК/РНК самый высокий в коре лобных отделов, участвующих в рассудочной деятельности мозга. Можно обнаружить даже выраженные межполушарные отличия. Например, указанный выше пока- затель в три раза выше в левой половине мозга, чем в тех же областях лоб- ной коры правого полушария. А именно левая половина мозга правшей участвует в построении сложной программы целенаправленного поведе- ния, принятии решений (см. гл. 19). Генетическая активность нейронов по- степенно повышается по мере созревания мозга, при обучаемости. При этом в ответ на поступление нервных импульсов, медиаторов, нейропепти- дов в нейронах увеличивается синтез так называемых мозгоспецифических белков (МСБ). Обнаружена прямая зависимость между скоростью синтеза РНК, МСБ и генерацией ПД, выделением медиаторов. К настоящему времени из мозга выделено более 30 различных МСБ. Эти белки участвуют в деятельности хе-
Глава 5. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ 95 мочувствительной мембраны путем изменения активности специфических рецепторов, количества их на мембране. Кроме того, МСБ, участвуя в регу- ляции проникновения внутрь клетки медиаторов, гормонов, ионов, тем са- мым повышают или, напротив, снижают чувствительность нейронов, то есть модулируют функциональный ответ нейронов. МСБ и функциональ- ная активность нейрона находятся в сложной взаимообусловленной зависи- мости, основанной на принципе положительной обратной связи. 5.1.9. Электрические синапсы Кроме типичных химических синапсов, в ЦНС встречается небольшое количество электрических синапсов. В таких синапсах синаптическая щель намного уже, около 2 нм, в то время как в химических — до 20 нм. Кроме того, в них есть и прямые контакты отдельных участков пре- и по- стсинаптической мембраны, образованные белковыми молекулами. Диа- метр их внутреннего канала около I нм. В силу указанных выше обстоя- тельств сопротивление мембраны в электрических синапсах низкое, и по- этому нервный импульс в виде ПД передается непосредственно от пре- к постсинаптической мембране быстро, без синаптической задержки. Разновидностью электрической передачи ПД является эфаптическая путем влияния внеклеточных токов на соседние клетки. В связи с высо- ким сопротивлением мембраны трансмембранные токи малы, но все же они могут несколько изменять величину мембранного потенциала. Одна- ко в некоторых случаях (при повреждении, болезни) вероятность эфапти- ческой передачи возрастает. Возможно, что у больных при ряде нару- шений психических функций в связи с увеличением доли электрической передачи нервных импульсов их циркуляция может, не затухая, поддер- живаться в течение длительного времени, что естественно нарушает нор- мальную функцию ЦНС. 5.2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ МОЗГА В настоящее время широко применяются предварительные исследова- ния функций ЦНС путем отведения биотоков. Для этого существует два основных подхода: вживление электродов в любой отдел мозга для последующего снятия биотоков в хроническом эксперименте или снятие электрических потенциалов с поверхности мозга. При отведении потен- циалов с поверхности мозга регистрируется активность клеток коры. Причем биотоки коры больших полушарий можно зарегистрировать не- посредственно с кожи головы. Электрокортикограмма Метод регистрации биотоков непосредственно с коры (вводя электрод или помещая его на кору) называется электрокортикография, а получаемая кривая — электрокортикограмма (ЭКоГ). Поместив два электрода на по- верхность коры можно обнаружить непрерывные колебания потенциала. Частота их варьирует от I до 50 Гц, а амплитуда — от 100 мкВ и выше. В норме частота и амплитуда зависят от расположения электродов и сте-
96 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ пени бодрствования. ЭКоГ отражает преимущественно постсинаптическую активность нейронов коры (но не потенциал действия нейронов и не актив- ность глиальных клеток). Конкретные особенности зубцов ЭКоГ во многом идентичны происхождению ЭЭГ (см. ниже). К примеру, альфа-ритм коры индуцируется главным образом активностью подкорковых структур, осо- бенно таламуса. На таламус, в свою очередь, большое влияние оказывает восходящая импульсация ретикулярной формации (см. ниже). Кроме спонтанной активности коры, в ней можно зарегистрировать колебания ПД в ответ на какие-либо психологические, двигательные или сенсорные процессы (см. гл. 6). Колебание потенциалов, которые возника- ют в ЦНС в ответ на раздражение рецепторов, периферических нервов, ядер или других отделов органов чувств, называется вызванным потенциалом. Электроэнцефалография Снятие биотоков с кожи головы — электроэнцефалография, а кривая — электроэнцефалограмма (ЭЭГ). Первым исследователем биотоков был Бергер. Применяются биполярные отведения, когда оба электрода являются отводящими, и монополярные, когда только один' электрод является ак- тивным, а другой, индифферентный, помещается на мочке уха. Электри- ческое сопротивление тканей, находящихся между кожей и корой боль- ших полушарий, накладывает свой отпечаток, поэтому волны ЭЭГ не- сколько отличаются от ЭКоГ: меньше как амплитуда, так и частота зуб- цов, что обусловлено еще и удаленностью электродов от поверхности мозга. Разновидности ЭЭГ В зависимости от активности головного мозга регистрируется различ- ный тип ЭЭГ. Принято характеризовать их в зависимости от амплитуды и частоты (рис. 5.8). В спокойном состоянии бодрствующего человека, находящегося с закрытыми глазами, в большинстве отделов коры регист- рируется регулярный ритм с частотой 8-13 Гц — так называемый альфа- ритм. В состоянии активной деятельности он сменяется более частыми (более 13 имп./с) колебаниями небольшой амплитуды — бета-ритмом. При этом в различных отделах ЦНС ритм будет своим, то есть произой- дет десинхронизация ЭЭГ. Во время перехода ко сну и самого сна появ- ляются медленные волны: тета-ритм (7-4 Гц) и дельта-ритм (3,5- 0,5 Гц/с) высокой амплитуды. Однако указанная закономерность наблю- дается не во всех отделах коры. Так, в гиппокампальной области коры и при активном состоянии доминирует тета-ритм. Происхождение волн ЭЭГ — достаточно сложный процесс алгебраиче- ской суммации микропроцессов, происходящих на уровне многочислен- ных нейронов, различных синапсов в конкретном отделе коры. Наиболее эффективная суммация происходит при синхронном возбуждении многих клеток, которая проявляется ограничением сенсорного (sensus — чувство) притока импульсов. Поступление афферентных возбуждений при откры-
Глава 5. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ 97 Электроэнцефалограмма затылочной (а, в, г, ()) и моторной (е, ж, з) областей коры больших полушарий человека при различных состояниях и во время мы- шечной работы: а — при открытых гла- зах (видны по преимуществу (5-волны); б — при закрытых глазах в покое (видны a-волны); в — при дремотном состоянии; <’ — при засыпании; д — при глубоком сне; е — частая асинхронная активность при выполнении непривычной или тяже- лой работы (явление десинхронизации); ж, з - различные формы синхрониза- ции; ж — медленные потенциалы в тем- пе выполнения циклических движений; з — появление a-ритма при выполнении освоенного движения (по Е. Б. Сологуб) вании глаз приводит к десинхронизации. Основным водителем ритма ко- ры являются структуры таламуса, через которые к коре поступает аффе- рентная сигнализация, то есть условно можно сказать, что таламические отделы являются пейсмекерами корковой активности. По ЭЭГ можно судить о функциональном состоянии коры, ее отдель- ных областей. Различные повреждения, заболевания сопровождаются ха- рактерными изменениями ЭЭГ. 5.3. РЕФЛЕКС — МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ЕДИНИЦА ЦНС Взаимодействие различных нейронов обеспечивает целенаправленную деятельность ЦНС, в основе которой лежат рефлекторные акты. Совре- менные представления о рефлекторной деятельности нервной системы ос- нованы на работах Декарта (XVII в.), Прохазки (XVIII в.), И. М. Сечено- ва (XIX в.), И. П. Павлова, Шеррингтона (XIX-XX вв.). Рефлексом назы- вается стереотипная реакция организма или его отдельных органов на сен- сорный стимул, развивающаяся при участии различных образований нервной системы. Основой появления рефлекторных реакций является рефлектор- ная дуга — комплекс образований нервной системы, взаимодействие ко- торых обеспечивает рефлекторный акт. Наименьшая рефлекторная дуга содержит минимальное количество нейронов — два: афферентный и эф- ферентный. Между ними имеется всего один синапс, поэтому эта дуга именуется моносинаптической. Рефлекс запускается под влиянием раздра- жителя, который воспринимается нервным окончанием афферентного нейрона — рецептором. Большинство рефлексов полисинаптичские (рис. 5.9). Они образуются цепью восходящих и нисходящих нейронов. Между ними, как правило, вклинивается различное количество промежу- точных нейронов, а также нейронов, образующих нервные центры. Время, прошедшее после воздействия раздражителя на рецептор до по- явления ответной реакции, называется временем рефлекса. Продолжитель- 4—2006
98 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Схема рефлекторной дуги. Про- стые рефлекторные дуги: а — двухнейронная; б — трехнейрон- ная. Сложно устроенная рефлек- торная дуга: в — многонейрон- ная. Благодаря связям с головным мозгом, последний оказывает со- ответствующефвлияние на эффек- торный нейрон, вызывая усиле- ние или ослабление двигательной реакции ность его зависит главным образом от количества синапсов, через которые проходит нервный импульс, так как скорость распространения ПД по нер- вному волокну, как правило, намного превышает скорость перехода его через синапс. Время рефлекса, кроме синаптической задержки, определяет- ся и интенсивностью наносимого стимула, так как от этого зависят скоро- сть возникновения возбуждений в нервном окончании и их частота. В ЦНС существуют системы контроля рефлекторного акта, что стано- вится особенно необходимым при выполнении сложных рефлексов. Кон- троль осуществляется с помощью обратной связи (подробнее см. гл. 18). 5.3.1. Общая физиологическая характеристика нервных центров В различных отделах ЦНС можно обнаружить скопления нейронов, участвующих в регуляции отдельных функций организма. Это нервные центры. Для выявления функции нервного центра можно: - разрушить его и наблюдать за тем, какая функция организма нару- шится; - раздражать; - регистрировать нервные импульсы при выполнении данной функ- ции. Так, дыхательный центр, расположенный в продолговатом мозге, был обнаружен путем последовательных перерезок его и наблюдением за ды- ханием животного. Совокупность нейронов, участвующих в рефлекторной регуляции, объ- единяется в нервный центр данного рефлекса. Зачастую это весьма слож-
Глава 5. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ 99 ное функциональное объединение, состоящее из многих «простых» цент- ров, ответственных за выполнение простейшей функции. Динамичность образования его заключается в том, что каждый раз подключаются те структуры ЦНС, которые необходимы для выполнения конкретного сложного рефлекторного акта. Между ними может и не быть той посто- янной связи, какая имеется в простейшей рефлекторной дуге. Связь уста- навливается лишь на время выполнения какой-либо сложной функции. Возможность ее формирования обеспечивается наличием широкой взаи- мосвязи между нейронами различных отделов ЦНС и свойствами нерв- ных центров. Нейроны, образующие нервный центр, расположены в определенном порядке — по типу «точка в точку». Например, каждый участок восприни- мающей поверхности кожи передает свои сигналы в определенные области спинного и промежуточного мозга, коры больших полушарий. Наличие в нервной системе соответствующей пространственной организации получе- ния сигналов от различных органов позволяет человеку иметь необходи- мое представление как о схеме окружающего пространства, так и своего тела. Такая организация связей в ЦНС, при которой пространственное расположение нейронов, связанных с определенными рецепторами или ис- полнительными органами и отражающая специфику их пространственно- го расположения в организме, называется соматотопическим представи- тельством функций (somatic — телесный, topicus — местный). В то же вре- мя какой-то участок тела иннервирует не один нейрон — в ЦНС широко представлены зоны перекрытия (дубляжа). В соматотопической организации НС проявляется влияние функции на структурную организацию. При этом большое значение имеют: - функциональная значимость органа или его части; - роль данного участка мозга в его иннервации. В результате не всегда имеется соответствие размеров периферии и коли- чества нейронов в центре: например, в центральной извилине кисть руки представлена большим количеством нейронов, чем все туловище. Непро- порциональность площади периферии и количества иннервируемых нейро- нов представлена и в нижележащих центрах. Примером может быть шейное утолщение спинного мозга, образованное мотонейронами мышц верхних конечностей, и практическое отсутствие такового для мышц нижних конеч- ностей, движения которых, как правило, менее точны. Свойства нервных центров Процессы обработки поступающей в нервный центр информации (если это сенсорный центр) или формирования команд к исполнительным орга- нам (в эффекторном центре) обусловлены взаимодействием нейронов по- средством синаптических контактов. При этом можно обнаружить явле- ния, называемые дивергенцией и конвергенцией (рис. 5.10). Дивергенция — это способность нейрона устанавливать многочис- ленные связи с другими нейронами. Благодаря этому одна и та же клетка может участвовать в различных нервных процессах и реакциях, контроли-
100 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Схема конвергенции (а) и диверген- ции (6) в ЦНС ровать большое число других нейро- нов, то есть каждый нейрон может обеспечить распространение импуль- сов — иррадиацию возбуждения. Про- цессы дивергенции более типичны для афферентных отделов ЦНС. Конвергенция — схождение различных путей проведения нейрон- ных импульсов к одной и той же нерв- ной клетке. Конвергенция более ха- рактерна для нервных центров эффе- рентных отделов. Большинство нервных центров представлено скоплением самых раз- личных нейронов. Среди них встреча- ются как возбуждающие, так и тор- мозные нейроны, нейроны сенсорные и моторные (афферентные или эффе- рентные). Их весьма сложное взаимо- действие и обеспечивает выполнение соответствующих функций. При этом можно выделить следующие три основных свойства нервных центров: 1. Замедление проведения возбуждения Поскольку возбуждение (ПД) проводится как по волокнам, так и через синапсы, то вследствие синаптической задержки этот процесс замедляет- ся. По волокнам ПД проводится со скоростью десятков м/с, а для возник- новения постсинаптического ПД в каждом синапсе требуется не менее 0,5 мс. В наиболее сложных нервных центрах время проведения может составить даже десятые доли секунды, что обусловлено большим количе- ством синапсов, через которые проходит ПД. Так, длительность латент- ного периода двигательной реакции у человека составляет .120-220 мс. Причем в результате продолжительной работы и развития утомления, вследствие снижения функциональных возможностей нейронов, это время может увеличиваться до 300-500 мс и более. 2. Усвоение и трансформация ритма (рис. 5.11) В нейронах ЦНС различают два типа активности: фоновую и вызван- ную. Многие нейроны обладают способностью к постоянной импульсной активности, возникающей в них самих в связи с «дрейфом» мембранного потенциала, то есть обладают пейсмекерной функцией. Каждый раз, когда мембранный потенциал, постепенно снижаясь, достигает критического уровня, возникает ПД. Распространение этого импульса на другие нейроны и создает фоновую активность нервного центра. Кроме того, пейсмекерные клетки, имея более низкий исходный потенциал (до -60 мВ), легче возбуждаются при поступлении импульсов от других отделов ЦНС. Импульсные разряды нейронов, возникающие
Глава 5. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ 101 Усвоение ритма в коре больших полушарий (а) и в дыхательном центре продолговатого мозга (6). На а: ЭЭГ— запись электриче- ской активности затылочной об- ласти коры у человека (зритель- ная проекция); Р — ритм свето- вых мельканий. На б: ПГ— за- пись дыхательных движений (пневмограмма) кролика; Р — ритмическое раздражение блуж- дающего нерва, t — начало усво- ения ритма (по Е. Б. Сологуб) И---------------------- ээг р ----------мйит и ♦ р I ---Ш11ШШИПИ.1ЛШИЦПШ | Рис. 5.111___________ в ответ на внешний (пришедший) раздражитель, в пейсмекерных и других нейронах, называются вызванной активностью. При этом ответ нервной клетки может возникать в виде одиночного ПД либо серии импульсов оп- ределенной частоты. При ритмических раздражениях вызванная активность нейрона может настраиваться на ритм приходящих импульсов — происходит усвоение ритма. Однако вызванная активность нейрона нередко не соответствует ритму приходящей импульсации. Нервные клетки обладают способно- стью изменять частоту передаваемых импульсов, то есть свойством трансформации ритма. Это свойство обусловлено как наличием в данном центре различного количества тормозных и возбуждающих синапсов, так и свойствами раздражителя и функциональным состоянием клетки. При высокой возбудимости нейрона сильный раздражитель может вызвать учащение импульсации, так что даже на одиночное раздражение клетка ответит залпом ПД. 3. Сонастроенность ритмов нервных центров Если во время выполнения какого-либо сложного рефлекторного акта, объединяющего многие нервные центры, от ЦНС отводить биотоки (ЭЭГ), то можно отметить временную динамику изменений ЭЭГ. Вначале наблю- дается различная картина отводимых потенциалов (по амплитуде, частоте и другим параметрам), когда каждый нервный центр работает в своем режиме. Затем постепенно нервные центры сонастраиваются в каком-то определенном режиме активности, который является для них общим. 5.3.2. Взаимодействие рефлексов Для регуляции большинства сложных функций организма, для органи- зации рефлекторного ответа очень часто вовлекается несколько нервных центров, которые могут быть расположены даже на различных «этажах» ЦНС. Обусловлено это филогенетическими особенностями формирования ЦНС. Появление «более молодого» отдела ее сопровождалось формирова- нием в нем новых центров регуляции. Но и «старые» нервные центры, на- ходящиеся в низших отделах, сохраняли свойственные им функции. При этом утрачивалась абсолютная автономность отдельных сегментов ЦНС,
102 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ все большая часть функций «передавалась» вышележащим отделам нерв- ной системы. Этот процесс получил название энцефализация функций. Так как формирование головного мозга шло поэтапно от заднего мозга до пе- реднего с его большими полушариями, то с формированием коры боль- ших полушарий происходит подчинение ей других отделов НС, то есть происходит кортикализация функций. Так как каждый из нервных центров выполняет свои рефлексы, то при их взаимодействии можно говорить о взаимодействии различных рефлек- сов. Это взаимодействие происходит на основе определенных закономер- ностей, которые позволяют ЦНС осуществлять свои функциональные да- дачи, как по целенаправленному регулированию различных систем орга- низма, так и по организации его поведения в конкретных, постоянно ме- няющихся условиях внешней среды. Можно выделить следующие основные принципы координации функ- ций ЦНС. 1. Торможение в ЦНС Важной частью нейронных цепей, образующих рефлекторные дуги, яв- ляется наличие тормозных нейронов (рис. 5.12). Благодаря им ослабляет- ся или вовсе прекращается интенсивный процесс возбуждения, что во многом обеспечивает упорядочивание проявления рефлекса. Примером торможения является реципрокное торможение мышц-антагонистов на уровне мотонейронов спинного мозга (рис. 5.12, а). Процесс тормозящего влияния запускается через специальные тормозные клетки Реншоу, имею- щиеся в спинном мозге, которые при поступлении афферентной импуль- сации активируются одновременно с возбуждающимися нейронами. Этим обеспечивается реципрокное взаимоотношение при осуществлении двига- Торможение в ЦНС: а — участие тормозных интернейронов спинного мозга (7) в ре- гуляции деятельности мышц-антагонистов: торможение (-) мотонейрона мышцы-раз- гибателя (МР) при возбуждении (+) мотонейрона мышцы-сгибателя (МС), Р — мыш- ца-разгибатель, С — мышца-сгибатель; б — возвратное (постсинаптическое) торможе- ние: МН — мотонейрон, Т — тормозная клетка Реншоу, М — мышца; в — торможе- ние нейронов промежуточного мозга с участием тормозной корзинчатой клетки (7); г — пресинаптическое торможение: Т — тормозная клетка, Н— нейрон, Пр — преси- наптическое волокно (по Экклсу)
Глава 5. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ 103 тельных рефлексов: мотонейроны одних мышц возбуждаются, а их анта- гонистов — тормозятся. Второй достаточно распространенный тип первичного торможения — возвратное торможение (рис. 5.12, б). Клетки Реншоу располагаются еще и таким образом, что через коллатерали возбужденного мотонейрона вызывают торможение данного же мотонейрона. Это типичный пример отрицательной обратной связи, при которой подавляется избыточная импульсация. 2. Иррадиация и концентрация нервных процессов Возникшее возбуждение в одном из центров может распространяться через коллатерали и синапсы на другие центры. Процесс иррадиации ча- ще развивается при действии сильного раздражителя. Например, при сильном давлении на лапку лягушки сокращаются не одна, а все конеч- ности. Через некоторое время иррадиация сменяется явлением концентра- ции возбуждения в необходимом центре. Это обусловлено действием тор- мозных синаптических связей. В основе процессов иррадиации и концен- трации лежат свойства конвергенции и дивергенции. 3. Явления суммации и окклюзии Суммация (облегчение) проявляется при действии нескольких подпоро- говых стимулов (с различных рецепторов), каждый из которых, действуя отдельно, не вызывает ответа. Суммация же их (при условии рядом рас- положенных синаптических полей) способствует проявлению ответа нерв- ного центра (явление облегчения) (рис. 5.13). Схема, иллюстрирующая явления облегчения (а) и окклюзии (б) нервного импульса: а — в цент- ральных кругах изображены нейроны, возбужда- ющиеся как при изолированном, так и при одно- временном раздражении нервных волокон (7, /7); пунктирными линиями окружены нейроны, воз- буждающиеся только при одновременном раз- дражении обоих нервных волокон; б — в цент- ральной части, образованной пересекающимися окружностями, расположены нейроны, возбуж- дающиеся как при изолированном, так и при од- новременном раздражении нервных волокон Противоположное явление — окклюзии (заклинивания) развивается при том же условии расположения синаптических полей, но при одновремен- ном действии нескольких раздражителей надпороговой силы. Суммарный ответ может быть меньше, чем арифметическая сумма ответов на каждый из раздражителей в отдельности, что происходит в связи с «перекрытием» как на уровне рецептора, так и общих центральных нейронов.
104 Раздел I, ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ 4. Принцип «общего конечного пути» В основе его лежит явление конвер- генции. Афферентных входов в ЦНС значительно больше, чем эфферентных выходов. В результате один и тот же рефлекс можно вызвать, раздражая различные рефлекторные поля (рис. 5.14). Схема общего эфферентного пути: а—клет- ки спинальных ганглиев; б — промежуточные нейроны; в — мотонейроны; г — мышца. За- чернены тела нейронов, которые тормозят нервные импульсы (по Шеррингтону) 5. Доминанта Смысл принципа заключается в том, что при одновременном возбуж- дении нескольких нервных центров один из очагов может стать доми- нантным. В результате к нему могут активно притягиваться (иррадииро- вать) возбуждения из других очагов, что приведет к суммации возбуж- дения, которая усиливает доминантное возбуждение. Высокую возбуди- мость нейронов создает соответствующая афферентная импульсация (к примеру, с переполненного мочевого пузыря), гуморальные влияния. В результате оказывается, что для организма функция этого центра в кон- кретный временной промежуток становится наиболее важной. Основными чертами доминантного очага являются: - стойкость возбуждения во времени; - повышенная возбудимость; - способность к суммации. Благодаря этим свойствам, доминанта является физиологической осно- вой возникновения взаимосвязей между отдельными нервными центрами при формировании условных рефлексов, основа внимания. 5.4. ИНТЕГРАТИВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ МОЗГА Нервная система, регулирующая функции всех органов и систем орга- низма, организующая поведение человека, устроена столь сложно, что для ее функционирования должны существовать свои механизмы регуляции. Можно выделить наличие двух основных нейронных систем, регулирую- щих (интегрирующих) функцию самого мозга, его отдельных образований: - ретикулярная формация, - аминоспецифические нейроны ствола. К интегративным механизмам мозга может быть отнесена и лимбиче- ская система, организующая эмоции (о ее функции см. гл. 18).
Глава 5. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ 105 5.4.1. Ретикулярная формация В структурах ствола мозга выделяют сеть нейронов, которые могут об- разовывать ядерные скопления, выполняющие жизненно важные функ- ции— ретикулярную формацию (rete — сеть). Функционально сюда же относится ряд ядерных образований таламуса — таламический отдел ре- тикулярной формации (рис. 5.15). Схема восходящей активирующей ре- тикулярной системы в мозге обезьяны: I — ретикулярная формация; 2 — моз- жечок; 3 — кора Ядра ретикулярной формации ствола мозга участвуют в обеспечении многих функций ЦНС — начиная от относительно простых (регуляции движений, регуляции сердечно-сосудистой и дыхательной систем организ- ма) до чрезвычайно сложных (к примеру, рассудочной деятельности). Ре- тикулярная формация выполняет интегрирующие функции путем неспе- цифических влияний. Раздражение структур ретикулярной формации не сопровождается возникновением каких-то определенных ощущений. В то же время активность ретикулярной формации влияет на функциональное состояние многих других отделов ЦНС. Различают нисходящее и восходя- щее влияние ретикулярной формации. Нисходящее влияние ретикулярной формации заключается во влиянии ее на функцию образований спинного мозга. Эти воздействия ре- ализуются через различные возбуждающие и тормозящие интернейроны, а также через непосредственные контакты нисходящих аксонов на мото- нейроны, преганглионарные вегетативные нейроны и тормозные клетки Реншоу. В результате формирование рефлекторных ответов может акти- вироваться (облегчающее влияние ретикулярной формации) или затормо- зиться (тормозящее влияние). Восходящее влияние ретикулярной формации заключается во влиянии верхних отделов ретикулярной формации ствола головного моз- га и таламуса на другие образования ЦНС, вплоть до коры больших по- лушарий. Эти влияния поддерживают определенный уровень активности нейронов коры, участвуют в формировании общей активности, внима- ния, бодрствующего состояния. Понижение тонизирующего влияния ре- тикулярной формации на кору приводит не только к снижению функци- онального состояния коры, но и к засыпанию (подробнее об этих влияни- ях ретикулярной формации см. в гл. 18). Восходящие влияния ретикулярной формации ствола мозга и таламуса несколько отличаются. Так, если ретикулярная формация ствола мозга
106 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ оказывает постоянное как бы разлитое, диффузное активирующее влия- ние на все отделы коры, то ретикулярная формация таламуса способству- ет дополнительной активации тех отделов ее, которые в данный момент непосредственно обрабатывают поступившую информацию. Активиза- ция самой ретикулярной формации происходит в значительной степени за счет коллатералей всех путей, проходящих через соответствующие от- делы мозга. Поэтому люди с поражением основных органов чувств вслед- ствие резкого ограничения потока афферентной информации, как прави- ло, находятся в своеобразном, «сонном», состоянии. 5.4.2. Аминоспецифические системы мозга Нейроны, медиаторами которых являются моноамины {серотонин, норадреналин и дофамин), также участвуют в объединении различных структур мозга в единое функциональное образование, то есть участвуют в регуляции функций мозга. Их значение наиболее наглядно проявляется при смене фаз «бодрствование — сон», организации сложных поведенче- ских реакций организма. Тела этих нейронов располагаются преимущественно в структурах ствола мозга, а отростки простираются почти ко всем отделам ЦНС — начиная от спинного мозга и до коры больших полушарий (рис. 5.16). Тела серотонинергических нейронов располагаются у средней линии ствола мозга, начиная от продолговатого мозга вплоть до нижних отделов среднего мозга. Отростки этих нейронов поступают практически ко всем отделам промежуточ- ного мозга, переднего мозга, обнаружены они также в мозжечке и спинном мозге. К серотонину имеется три типа рецепторов (А/, D, Т). В большинстве структур мозга возбуждение серотонинергических нейро- нов вызывает различной степени выражен- ности торможение: тормозятся рефлексы спинного и продолговатого мозга, подав- ляется передача возбуждения через ядра та- ламуса, угнетается активность нейронов ре- тикулярной формации и коры больших по- лушарий. Моноамииергические структуры мозга: Д — дофа- минергические; И—норадренергические; С—се- ротонинергические нейроны; 1 — кора больших полушарий; 2 — лимбические структуры; 3— не- остриатум; 4—палеостриатум; 5 — таламус; б — гипоталамус; 7 — медиальный пучок переднего мозга; 8 — средний мозг; 9—мост; /0—продол- говатый мозг; 11 — спинной мозг
Глава 5. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ 107 Благодаря своим обширным связям с различными структурами мозга серотонинергическая система участвует в формировании памяти, регуля- ции сна и бодрствования, двигательной активности, сексуальном поведе- нии, выраженности агрессивного состояния, терморегуляции, болевой ре- цепции. Тела норадренергических нейронов расположены отдельными группами в продолговатом мозге и мосту, особенно много их в голубом пятне. Го- лубое пятно связано почти со всеми областями мозга: с различными структурами среднего мозга, таламуса и таких отделов переднего, как миндалина, гиппокамп, поясная извилина и новая кора. В ЦНС имеется четыре типа адренорецепторов: at, a2, Pi, р2. Альфа- рецепторы сконцентрированы в основном в коре, гипоталамусе, гиппо- кампе. Бета-рецепторы находятся в коре, стриатуме и гиппокампе. Но ме- сторасположение, как и функциональное назначение, этих рецепторов су- щественно отличается. Так, агрецепторы располагаются на пресинапти- ческой мембране и, по-видимому, обеспечивают регуляцию выхода но- радреналина, то есть оказывают модулирующее влияние. В отличие от этого р,-рецепторы локализованы на постсинаптической мембране, и че- рез их посредство норадреналин оказывает свое влияние на нейроны. Так, а2-, р2-рецепторы обнаружены на терминалях серотонинергических ней- ронов, где модулируют выделение этого медиатора, а также на нейрогли- альных клетках. Возбуждение норадренергических структур сопровождается торможе- нием активности различных нейронов, в том числе и серотонинергиче- ских, подавлением или, напротив, облегчением передачи афферентной ин- формации на различных уровнях ЦНС. Кроме того, эти структуры участ- вуют в регуляции состояний «сон — бодрствование», что, очевидно, обус- ловлено воздействием на ретикулярную формацию, влияют на скорость обучения, память. Тела дофаминергической системы лежат в вентральных отделах средне- го мозга, их особенно много в черной субстанции. Отростки их поступа- ют как к базальным двигательным ядрам (стриопаллидарной системе), так и к лимбической системе, гипоталамусу, лобной доле коры больших полушарий. В силу этого дофаминергическая система участвует в регуля- ции движений, формировании чувства боли, положительных и отрица- тельных эмоций. К дофамину имеется два типа рецепторов, при взаимо- действии с которыми дофамин «запускает» различные внутриклеточные посредники: -рецепторы связаны с аденилатциклазой (стимуляция об- разования цАМФ), а £>2-рецепторы не связаны с этим ферментом. Хорошо видна роль моноаминергических систем в опытах с саморазд- ражением. Так, если вживить электрод в область латеральных отделов ги- поталамуса (медиальный пучок переднего мозга) и показать животному, как через нажатие на педальку посылать электрические импульсы в мозг, то можно добиться эффекта постоянного самораздражения. Животные нажимают на педаль, посылая в мозг электрические импульсы, с часто-
108 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ той, доходящей порой до 7000 в час, так что может возникнуть угроза гибели от голода. В этих экспериментах проявляется эффект возникнове- ния положительных эмоций, причем эмоции даже более выражены, чем при раздражении лимбической системы — структурной основы эмоций. Существуют области мозга, при раздражении которых возникают отри- цательные эмоции, вызывающие эффект избегания: при наличии там электродов животное никогда не подойдет к педали. Результаты указанных экспериментов всецело применены и по отноше- нию к человеку. Участки мозга, с которых можно получить эффект само- раздражения во время хирургической операции на мозге, почти полно- стью совпадают с зонами распространения катехоламинергических ней- ронов. В последние годы широко изучается участие моноаминергических сис- тем мозга в возникновении психических заболеваний человека. Возмож- но, что в основе таких заболеваний, как шизофрения, циклотимии, леЖат нарушения активности моноаминергических систем. Многие препараты, оказывающие положительный лечебный эффект, влияют на обмен кате- холаминов в соответствующих центрах мозга. Вопросы для повторения №1 Какие ионы играют главную роль в ге- незе ТПСП: А. Са2+ Б. Na+ В. Li+ Г. СГ №2 Какой структуре нейрона принадлежит ведущая роль в восприятии информа- ции: А. Ядро Б. Рибосомы В. Мембрана Г. Аксон Д. Эндоплазматический ретикулум №3 Где раньше всего в нейроне возникает возбуждение: А. В месте отхождения аксона от тела клет- ки Б. В дендритах В. В теле клетки Г. В участках аксона, покрытых миелином №4 Какова величина синаптической задер- жки в электрических синапсах: А. 0,1-0,2 мс Б. 0,3-0,6 мс В. 0,7-0,9 мс Г. Отсутствует Д. 1,0-1,5 мс №5 Какие синапсы являются структурной основой пресинаптического торможе- ния: А. Аксо-аксонные Б. Аксосоматические В. Аксодендритические Г. Дендро-дендрические №6 В чем проявляется постсинаптическое торможение: А. В снижении мембранного потенциала нейрона Б. В гиперполяризации мембраны нейрона В. В снижении возбудимости нейрона Г. В усилении ионного тока натрия в клетку Д. В активации Na.K-насоса
109 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ №7 Какое утверждение является правиль- ным: А. ТПСП — это увеличение мембранного по- тенциала нейрона Б. ТПСП — результат активации Na.K-насоса В. ТПСП — результат ослабления Na.K-на- соса Г. ТПСП — проявляется в гиперполяризации нейрона Д. ТПСП — результат снижения критическо- го уровня деполяризации №8 В каких элементах нейрона возникает пресинаптическое торможение: А. В аксонном холмике Б. В месте перехода дендрита в тело клетки В. В теле клетки Г. В отдаленных от тела участках дендритов Д. В концевых разветвлениях аксона №9 Укажите механизм явления последей- ствия в нервных центрах: А. Увеличение запасов медиатора в синап- сах Б. Увеличение ВПСП В. Суммация ВПСП Г. Циркуляция нервных импульсов по ней- ронным цепям №10 Какова величина потенциала действия в задних корешках спинного мозга при раздражении передних корешков: А. 0,5-1,0 мВ Б. 0,1-0,2 мВ В. 0,7-0,9 мВ Г. 1,0—j 0 мВ Д. Нет правильного ответа №11 Укажите функции клеток Реншоу спин- ного мозга: А. Ограничивают поток импульсов от рецеп- торов в ЦНС Б. Тормозят передачу импульсов по восхо- дящим путям В. Тормозят активность мотонейронов Г. Возбуждают мотонейроны на противопо- ложной стороне Д. Ограничивают распространение возбуж- дения по спинному мозгу №12 Как повлияет на тонус мышц конечно- стей перерезка задних корешков спин- ного мозга: А. Тонус мышц увеличится Б. Тонус мышц не изменится В. Тонус мышц уменьшится Г. Увеличится тонус сгибателей Д. Увеличится тонус разгибателей №13 При поступлении возбуждающего ме- диатора на постсинаптическую мемб- рану ее мембранный потенциал: А. Увеличивается Б. Уменьшается В. Не изменяется №14 Вставьте пропущенное слово. В области аксонного холмика потенци- ал покоя... , чем в других участках ней- рона. А. Меньше Б. Больше В. Такой же №15 Для выделения медиатора в синаптиче- скую щель большое значение имеет: А. Поступление ионов кальция внутрь си- наптической бляшки Б. Поступление ионов кальция на постси- наптическую мембрану В. Поступление ионов калия внутрь синап- тической бляшки Г. Поступление ионов калия на постсинап- тическую мембрану №16 Укажите функции астроцитов: А. Создание гематоэнцефалического барьера Б. Выработка фактора роста нейронов В. Образование миелиновой оболочки Г. Секреция спинномозговой жидкости Д. Поглощение ионов калия из межклеточ- ной жидкости
Глава 5. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ 110 №17 Укажите функции олигодендроцитов: А. Создание гематоэнцефалического барье- ра Б. Регуляция ионного состава межклеточной жидкости В. Выработка фактора роста нейронов Г. Образование миелиновой оболочки №18 Укажите функции микроглии: А. Создание гематоэнцефалического барье- ра Б. Выработка фактора роста нейронов В. Участие в фагоцитозе Г. Регуляция ионного состава межклеточной жидкости №19 Укажите свойство, присущее ВПСП: А. Распространяться на соседние участки мембраны Б. Не распространяться на соседние участки мембраны В. Распространяться на аксон №20 В тело мотонейрона спинного мозга введен микроэлектрод. Раздражение передних корешков спинного мозга при- водит к генерации ПД в этом мотоней- роне. Как можно объяснить это явле- ние: А. Иррадиацией возбуждения в ЦНС Б. Конвергенцией возбуждения в ЦНС В. Двусторонним проведением возбуждения в аксоне Г. Явлением доминанты Д. Суммацией возбуждения в ЦНС №21 С помощью какого медиатора осущест- вляется постсинаптическое торможе- ние: А. ГАМК Б. Глицин В. Норадреналин Г. Ацетилхолин №22 Какой вид торможения принимает уча- стие в реципрокных взаимоотношениях между нервными центрами: А. Пресинаптическое торможение Б. Постсинаптическое торможение В. Торможение вслед за возбуждением №23 Укажите признаки, характерные для пресинаптического торможения: А. Развивается в аксо-аксональных синап- сах Б. Развивается в аксодендритических си- напсах В. Длительная деполяризация постсинаптн- ческой мембраны Г. Гиперполяризация постсинаптической мембраны №24 Укажите признаки, характерные для по- стсинаптического торможения: А. Развивается в аксо-аксональных синап- сах Б. Гиперполяризация постсинаптической мембраны В. Развивается в аксосоматических синап- сах Г. Длительная деполяризация постсинапти- ческой мембраны №25 Вставьте пропущенные слова. Специфические релейные ядра тала- муса получают афферентные импуль- сы от ... систем и переключают их в ... А. Сенсорных, кору больших полушарий Б. Двигательных, спинной мозг В. Сенсорных, спинной мозг Г. Двигательных, кору больших полушарий №26 Вставьте пропущенные слова. Ассоциативные ядра таламуса получа- ют афферентные импульсы от ... и по- сылают информацию в ... А. Коры больших полушарий, спинной мозг Б. Ядер таламуса, спинной мозг В. Ядер таламуса, кору больших полушарий
Глава 6 СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 6.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СЕНСОРНЫХ СИСТЕМ ОРГАНИЗМА 6.1.1. Понятие об анализаторах Всю информацию об окружающем мире и о собственном теле человек получает посредством органов чувств. Переработка поступающих сигна- лов происходит с помощью различных структур нервной системы. Она преобразует все, что воспринимают наши органы чувств, в ощущения и восприятия, в феномены и содержание сознания. Та часть функций ЦНС, которая обеспечивает восприятие и обработку раздражений, относится к сенсорным функциям (от лат. sensus — чувство, ощущение). Сенсорные (по И. П. Павлову — анализаторные) системы воспринима- ют и обрабатывают раздражители самой разной модальности. Издревле выделяли пять основных видов чувственного ощущения: глаз — видит, ухо — слышит, кожа — ощущает, язык — различает вкус, нос — обоняет. К перечисленным необходимо добавить сенсорную систему восприятия положения тела и его отдельных частей в пространстве. Кроме того, сей- час хорошо известно, что и во внутренних органах имеются различные сенсорные системы, воспринимающие давление, растяжение, химические раздражители. Наконец, следует указать на наличие еще одной столь важ- ной для человека — болевой чувствительности. С помощью каждого из вышеуказанных восьми органов чувств ЦНС может выделять отдельные качества чувственных ощущений. К примеру, кожный анализатор способен отличить соприкосновение с теплым или холодным предметом, гладким или шероховатым, неподвижным или виб- рирующим и т. п. В целом функциональное назначение сенсорных систем может быть сведено к следующему: - запуску рефлексов, так как они являются афферентным звеном рефлек- торной дуги; - созданию ощущений; - обеспечению неспецифической активации ЦНС. 6.1.2. Общий принцип построения и функционирования сенсорных систем Несмотря на большие различия воспринимаемых раздражителей, принцип строения и функционирования сенсорных систем одинаков: на- чинаются они рецепторами. Тела восходящих афферентных нейронов в различных отделах ЦНС образуют ядерные скопления (не менее трех): в спинном мозге или стволе мозга, таламусе и коре больших полушарий. На уровне коры больших полушарий пространственное преимущество получили наиболее значимые для организма сенсорные системы: - зрительная,
112 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ - слуховая, - кожная, - вкусовая, - обонятельная, - проприорецепторная. Здесь можно выделить первичный воспринимающий центр и один или больше вторичных. Поступающие в ЦНС сигналы обрабатываются (анализируются), в ре- зультате чего возникает субъективное отражение внешнего мира и внут- ренней среды организма, то есть происходит декодирование поступившего сигнала. А это служит основой формирования адекватного эфферентного ответа (поведенческой реакции). По отношению к сенсорным стимулам по- ведение состоит из восприятия и реакций, включающих: - опознание действующего раздражителя, - возникновение чувства, - появление мотивации, - сокращение скелетных мышц (движение), - изменение функций внутренних органов. Информация, поступающая в ЦНС, перерабатывается не только в аф- ферентных системах, но и в интегративных и эфферентных отделах. При этом для анализа пришедших импульсов привлекаются такие области ее, как ассоциативные, лимбическая, двигательные и вегетативные. Сложное, еще сравнительно мало изученное их взаимодействие является физиоло- гической основой нашего сознания и поведения. Многое в цепи физико-химических процессов, происходящих при обра- ботке поступающей в ЦНС афферентной сигнализации, можно исследо- вать с помощью обычных физиологических методов. Эти данные лежат в основе объективной сенсорной физиологии, о которой и пойдет речь в дальнейшем. Однако кроме этого сенсорные стимулы позволяют челове- ку составить свои, субъективные представления, восприятия поступающей информации. Исследование в этой области, в области психологии воспри- ятия, еще не поддаются привычной приборно-химической регистрации. В основе субъективного феномена ощущения лежат физиологические (объективно регистрируемые с помощью приборов) процессы, протекаю- щие в различных отделах нервной системы. Так, рецепторы воспринима- ют раздражения и преобразуют их в потоки нервных импульсов, посылае- мых по проводящим путям (нервным клеткам и их отросткам) в ЦНС. Эти потоки импульсов на различных уровнях, в каждом из соответствующих нервных центров видоизменяются под влиянием импульсов, приходящих из других отделов ЦНС, других сенсорных систем. В результате часть ин- формации переводится в ощущения, то есть доходит до коры больших полушарий. Однако некоторую часть афферентной сигнализации мы вов- се не осознаем. Последнее означает, что до коры больших полушарий (по крайней мере, до тех отделов ее, которые ведают нашим сознанием) вся информация не доходит. Но в то же время и неосознаваемая часть аффе-
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 113 рентации служит для создания во многих структурах ЦНС вызванных ПД, поддержания деятельного состояния мозга и других эффектов, необ- ходимых для сохранения жизнеспособности организма. Морфо-физиологической основой процессов анализа афферентных сигна- лов являются общие свойства и закономерности функционирования нерв- ных центров. Нервные волокна, передающие сигналы в центры головного мозга через ряд синаптических переключений, создают основу для расхож- дения раздражения — дивергенции. В этих нейронных структурах осуще- ствляется и конвергенция сигналов от различных рецепторов. Приходящие сюда сигналы благодаря суммации могут усиливать импульс или, напро- тив, тормозить его. Этим явлениям благоприятствует близость нервных центров различных сенсорных систем в некоторых отделах ЦНС. При переработке афферентных импульсов на различных уровнях ЦНС могут запускаться соответствующие рефлексы. Эти рефлексы включают как двигательный, так и вегетативный компоненты. Принципиальная общность анализаторных систем человека позволяет выделить основные принципы их строения: - многослойность, многоуровневость расположения нервных центров; - многоканальность—наличие на каждом «этаже» множества нейронов, связанных с различным количеством клеток нижележащего и вышележа- щего уровня; - наличие сенсорных «воронок» — неодинакового количества нейронов в соседних слоях; - дифференциация по вертикали и горизонтали, за счет чего каждый «этаж» выполняет свои функции. 6.2. ОСНОВНЫЕ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЕНСОРНЫХ СИСТЕМ 6.2.1. Качественное и количественное различение сенсорного стимула Каждое ощущение характеризуют два свойства: качество и количество. Основной количественной характеристикой ощущений является интен- сивность. Любой человек с нормальным зрением легко может указать, что он видит перед собой: голубое озеро или белый пароход. Для зрения качество будет заключаться в различении яркости и цвета. Количествен- ной характеристикой для зрения является степень яркости. Изучение указанных характеристик различных сенсорных систем явля- ется далеко не простой задачей. Впервые научно обоснованный подход для определения порога количественного различения раздражителя дал Вебер. С этой целью он выполнял простейшие исследования по оценке массы груза, помещаемого в закрытые сумки, одну из которых держал в левой руке, а другую — в правой. Для того, чтобы разница была заметной, требовалось добавить в одну из сумок определенный минимальный допол- нительный груз. Оказалось, что порог различения во многом зависит от предшествующей массы груза. Так, если исходная масса была 200 г, то раз-
114 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ лцчие можно заметить при добавлении 20 г, а при исходной массе 2 кг тре- буется добавить уже 200 г. Эта зависимость выражается законом Вебера'. AS " п -£-= const, (0.1) где AS — прирост массы груза; S— исходная масса. Для определения разницы возникающих при этом ощущений формула (6.1) преобразуется в следующую: ЕЗР - к - , (6.2) где ЕЗР — едва заметная разница ощущения; к — константа. Математик Фехнер на основе многочисленных опытов Вебера предло- жил формулу, по которой можно определить взаимосвязь интенсивности предшествующего и дополнительного раздражителя: Е = а • log 5 + b , (6.3) где Е — величина ощущения; а, b — константы, характерные для разных ощущений; logS — логарифм силы раздражителя. Недостатками этого закона, названного законом Вебера — Фехнера, яв- ляются его ограниченность в определенных пределах интенсивностей и возможность использования далеко не для всех раздражителей. Поэтому позднее Стивенс вместо простых ощущений «одинаково» или «неодина- ково» предложил другой эксперимент. При этом испытуемый должен был самостоятельно установить силу раздражителя так, чтобы она ему каза- лась наполовину меньше исходной. Стивенсом предложена формула с. ЕЗР = к А—^- • п , (6.4) So где Si, So — соответственно исходная и половинная величина раздражи- теля; п— степень относительного прироста интенсивности раздражителя. Показатель степени п не одинаков для всех видов чувств. 6.2.2. Пространственная и временная размерности ощущений Подавляющее большинство сенсорных систем позволяет оценить про- странственное расположение раздражителя. В каждом случае это обеспе- чивается морфологическими и физиологическими особенностями конк- ретной системы, а также жизненным опытом, то есть научением. Морфо- логической основой пространственных преобразований сигналов являет- ся изменение их масштаба в целом или искажение соотношения нейронов различных частей в нервных центрах (рис. 6.1). Для пространственного различения двух стимулов необходимо, чтобы при их совместном действии между возбужденными рецепторами находил- ся хотя бы один невозбужденный элемент. Возбуждение соседних рецепто- ров будет восприниматься как одно целое раздражение. (При изложении частной физиологии сенсорных систем этому свойству будет уделено осо- бое внимание.) В связи с тем, что, как правило, у каждого афферентного нейрона име- ется несколько ветвей, оканчивающихся рецептором или иннервирующих
Глава 6, СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 115 его, это волокно будет возбуж- даться стимулами в пределах оп- ределенной зоны. Эта зона имену- ется рецептивным полем. Размер его зависит от степени ветвления. Жизненно важной размерно- стью сенсорных стимулов являет- ся время. Продолжительность стимуляции заметно влияет как на силу ощущения, так и на само возникновение ощущения. Мож- но выявить временные пороги влияния стимулов разной дли- тельности, а для периодической Корковое представительство кожной чув- ствительности в задней центральной изви- лине стимуляции еще и частоту слия- ния. Все сенсорные системы об- ладают инерционностью. Требует- ся какое-то время для того, что- бы возбуждение и ощущение раз- вились полностью. Точно так же необходимо время для прекращения всех физиологических процессов, вызванных раздражителем во всех структу- рах сенсорной системы. Для временного различения раздражителей необ- ходимо, чтобы сигнал, вызванный последующим стимулом, не попадал в рефрактерный период от предыдущего раздражения, чтобы нервные процессы не сливались во времени. Для глаза временной порог ощущения около 50 мс, для уха— 180 мс, а для осязания он составляет примерно 1,2 с. Причем для отдельных осязательных ощущений продолжительность развития и исчезновения неодинакова. Она последовательно возрастает для чувства положения по глубине и движется от чувства тепла к холоду и боли. Это хорошо известно каждому, кто по неосторожности брал го- рячий чайник с плиты, но успевал быстро поставить его на подставку до возникновения болевого ощущения. Причем за это время можно полно- стью успеть почувствовать прикосновение ручки чайника, положение от- дельных частей ее и температуру. Инерционность зрительного восприятия используется в кинематогра- фе: на киноэкране действие нам представляется непрерывным, хотя вос- производится оно из отдельных кадров. 6.3. ФИЗИОЛОГИЯ РЕЦЕПТОРОВ 6.3.1. Классификации рецепторов Рецепторы, располагающиеся на наружных образованиях тела, называ- ются экстерорецепторами, а в различных внутренних органах — интеро- рецепторами (висцерорецепторами). В зависимости от природы действу- ющего раздражителя рецепторы подразделяются на:
116 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ - механорецепторы (воспринимают воздействие при механическом сме- щении или деформации рецепторного участка); - хеморецепторы (активируются различными химическими соединениями); - фоторецепторы (воспринимают электромагнитное излучение в диапа- зоне волн от 400 до 750 нм); - терморецепторы и др. Рецепторы, воспринимающие раздражитель при непосредственном контакте с ним, носят название контактные, а не требующие такого кон- такта — дистантные. В зависимости от действующего раздражителя, от значимости для ор- ганизма информации, получаемой с помощью конкретной сенсорной си- стемы, структура рецептора различна. Это могут быть свободные оконча- ния дендритов чувствительных нейронов либо сложные структуры, обра- зующие органы чувств (глаз, ухо), в которые, кроме самого рецептора, входят и обслуживающие ткани. Морфологическая сложность рецептора отражается на его функции: сложноорганизованные рецепторы осуществ- ляют более точную первичную обработку информации. 6.3.2. Общие свойства рецепторов Функциональное назначение рецепторов заключается в обнаружении и различении раздражителей. В связи с тем, что раздражители внешней или внутренней среды имеют самую разнообразную природу, разную модаль- ность, а нервные центры «понимают» лишь один язык — нервный импульс (ПД), то к указанным выше функциям рецептора относится еще и преобра- зование различной модальности раздражения в ПД, то есть кодирование. Несмотря на большую вариабельность рецепторов, они обладают ря- дом общих физиологических свойств. Механизм возбуждения рецепторов Суммация РП в первично чувствующих рецеп- торах: а — при отсутствии раздражителя; б, в, г — при возрастании интенсивности действую- щего раздражителя По механизму возбуждения рецепторы подразделяются на первично чувствующие и вто- рично чувствующие. Приме- ром первично чувствующих рецепторов являются нервные окончания чувствительных нейронов кожи. В них при действии раздражителя повы- шается проницаемость мемб- раны для Na+, что приводит к развитию деполяризации. Эта деполяризация носит назва- ние рецепторный потенциал (РП) и является местным про- цессом. Ему присущи все свойства местных потенциа-
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 117 лов, возникающих в других отделах возбудимых тканей. Одним из основ- ных свойств РП является суммация, в результате которой при действии интенсивного раздражителя деполяризация может достигнуть критиче- ского уровня и РП переходит в ПД, проводящийся затем по афферентно- му нейрону (рис. 6.2). В отличие от этого, во вторично чувствующем рецепторе между окон- чанием чувствительного нейрона и раздражителем находятся специаль- ные рецепторные клетки. И РП возникает в этих клетках. Появление РП способствует выделению содержащегося в них медиатора из рецепторной клетки в синаптическую щель, которая расположена между рецепторной клеткой и окончанием чувствительного нейрона. Медиатор, достигая постсинаптической мембраны, вызывает ее деполяризацию. Возникает так называемый генераторный потенциал (ГП). Только затем, также При суммации, ГП переходит в ПД, проводящийся по нейрону. Вторично чувствующими рецепторами являются: зрительный, слуховой, вестибу- лярный, вкусовой. Специфичность рецепторов Вышеуказанными путями рецепторы преобразуют различную модаль- ность раздражителя в единственно понятный для нейронов язык — нерв- ный импульс. Так происходит кодирование информации. В основе кодиро- вания лежит двоичный код: либо ПД есть, либо его нет. В механизме кодирования важнейшую роль играет специфичность ре- цепторов. В процессе эволюции произошла дифференцировка рецепторов в плане резкого повышения чувствительности к конкретному раздражите- лю. Особенно высок уровень специализированной чувствительности у ди- стантных рецепторов. «Свой», адекватный раздражитель воспринимается рецептором, даже если он имеет очень низкий уровень энергии. Особенно высок уровень чувствительности у зрительного анализатора: рецепторы глаза в условиях абсолютной темноты могут воспринимать свет с энер- гией 10-17—10-18 Вт, то есть на уровне действия 1-2 квантов света. Для слуха чувствительность меньше, но это обусловлено спецификой данного рецептора. Здесь порог должен почти стократно превышать зву- ковые «шумы», так как при более высокой чувствительности появлялись бы источники ошибок, связанные с колебанием косточек при ходьбе и бе- ге, пульсацией кровеносных сосудов и т. п., что, естественно, затрудняло бы ориентацию в пространстве. В рецепторе сохраняется способность генерировать ПД и при действии других раздражителей, но для этого энергия должна быть намного больше. Так, ощущение света возникает не только при поступлении света, а и при механическом, и электрическом раздражении глаза. Или тепловые рецепто- ры кожи: кроме температурного фактора они весьма чувствительны и к уве- личению концентрации кальция во внеклеточном пространстве. Поэтому ощущение тепла возникает и при внутривенной инъекции этого иона. Наконец, для кодирования информации важное значение принадлежит возможности уже на уровне самого рецептора различать интенсивность
118 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ действующего раздражителя. Как правило, это происходит путем генера- ции афферентной импульсации различной частоты, хотя на уровне рецеп- торов этот канал оказывается ограниченным. И тогда применяется дру- гой, в частности пространственный, путь кодирования, связанный с раз- дражением пространственно разделенных рецепторов. Декодирование при этом происходит уже в нервных центрах. Фоновая активность рецепторов Многие рецепторные клетки обладают фоновой активностью. Они и в отсутствии действия раздражителя, спонтанно выделяют некоторое коли- чество медиатора, вызывая тем самым деполяризацию мембраны нервно- го окончания и ПД определенной частоты. В результате появляется воз- можность обеспечить различение интенсивности действия раздражителя не только путем повышения, но и снижения уровня фоновой активности, а значит и частоты импульсов, посылаемых в ЦНС. Адаптация рецепторов Большинству рецепторов свойственна адаптация, то есть, приспособле- ние к постоянно действующему раздражителю. Адаптация заключается в Изменение количества активируемых рецепторов клеток сетчатки глаза в зависимости от диаметра зрачка, регулирующего количество поступающих лучей света: а — широкий зрачок; б — узкий изменении чувствительности рецептора, которая может понижаться, если на рецептор длительное время воздействует сильный раздражитель, или повышаться при действии слабого. Наглядным примером изменения чувствительности является зритель- ный анализатор, в котором при ярком освещении чувствительность к све- ту постепенно понижается, а в темноте наоборот повышается. В основе механизма развития адаптации большинства рецепторов ле- жит изменение проницаемости мембраны рецепторов для Na+ или К+, благодаря чему порого- вый уровень деполяриза- ции либо отодвигается дальше, либо становится ближе к уровню мемб- ранного потенциала. Кроме того, в адаптации ряда рецепторов прини- мают участие вспомога- тельные механизмы. Так, в глаз при расширении или сужении зрачка мо- жет поступать соответст- венно больше или мень- ше световых лучей (рис. 6.3). Процесс адаптации может развиваться быст- ро, медленно или вообще
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 119 не развиваться. В зависимости от этого рецепторы подразделяются на бы- стро адаптирующиеся, медленно адаптирующиеся и неадаптирующиеся. Процессы адаптации находятся под эффекторным контролем вышележа- щих отделов ЦНС. Можно выделить как минимум два механизма воздействия: - непосредственное влияние на нейроны, - опосредованное — через изменение их кровоснабжения. В обычных условиях существования большинство рецепторов находит- ся под некоторым тормозным влиянием со стороны ЦНС. Скорость проведения импульсов в чувствительных нервах составляет от 0,5 до 120 м/с, что зависит от диаметра волокна. Чем толще волокно, тем выше скорость проведения импульса и его возможная частота. Макси- мальное количество импульсов, проходящих по волокнам нейронов сен- сорных систем, составляет до 2000 имп./с. Но такая высокая частота удер- живается лишь в течение первых 50-100 мс, а затем, в результате адапта- ции рецепторов, постепенно снижается. Таким образом, на уровне рецептора начинается первичная обработка информации, заключающаяся в различении модальности раздражителя, оценке сизы, длительности его действия. Эта обработка заканчиваемся формированием ПД, идущих с определенной частотой к вышележащим отделам ЦНС. Ввод афферентации в ЦНС от рецептора осуществляется через биполярные нейроны спинномозговых ганглиев или аналогичных обра- зований черепно-мозговых нервов. 6.4. СЕНСОРНЫЕ ФУНКЦИИ СПИННОГО МОЗГА Аксоны клеток спинномозговых узлов в составе задних корешков входят в спинной мозг, где устанавливают синаптические связи с нейронами задне- го рога. Сюда поступает афферентация от различных рецепторов сомы: - тактильных рецепторов кожи, - болевых рецепторов, - хеморецепторов, - проприорецепторов, - различных интерорецепторов, расположенных во внутренних органах. Большинство этих нейронов на уровне своего сегмента отдает коллате- рали. идущие к мотонейронам передних рогов или к вставочным нейро- нам. Посредством последних входящая афферентация передается к выше и ниже расположенным сегментам, к нейронам вегетативной системы в боковые рога. Широкая степень конвергенции и дивергенции сенсорных афферентов на уровне спинного мозга и вышележащих отделов обеспечивает одно из важнейших свойств — высокую надежность, обусловленную возможно- стью передачи информации по параллельным каналам. Поступающие в спинной мозг афферентные импульсы здесь могут слу- жить началом ответных двигательных (за счет синапсов с мотонейрона-
120 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ми) или вегетативных рефлексов (за счет связи с нейронами симпатиче- ского или парасимпатического отделов, находящихся в боковых рогах). Кроме того, входящая афферентация служит основой формирования соответствующего ощущения. Для этого нервные импульсы, войдя через задние корешки в спинной мозг, через посредство вставочных нейронов, а частично и прямо, не прерываясь, поднимаются по восходящим путям в различные структуры головного мозга. Но на уровне спинного мо5га осуществляется контроль восходящей импульсации, благодаря чему от- нюдь не все импульсы поднимаются к вышележащим центрам. В обработке этой информации так же как, и в формировании ре- флексов спинного мозга, используются как соответствующие механизмы самого спинного мозга, так и эфферентные сигналы, поступающие из раз- личных структур головного мозга. На нейронах спинного мозга наряду с возбуждающими имеется большое количество тормозных синапсов. В результате здесь могут проявляться явления конвергенции и дивер- генции, суммации и окклюзии. Это и обуславливает либо затухание пото- ка пришедшей в спинной мозг импульсации, либо ее передачу к вышеле- жащим отделам ЦНС. 6.5. СЕНСОРНЫЕ ФУНКЦИИ СТВОЛА МОЗГА Ствол мозга, с одной стороны, является таким же, как и спинной мозг, сегментарным отделом для чувствительной импульсации, приходящей сюда по соответствующим черепно-мозговым нервам. С другой стороны, через ствол мозга проходит восходящая афферентация от спинного мозга, часть которой здесь прерывается и образует скопление нейронов — ядер. Таким образом, к образованиям ствола мозга поступают импульсы от тактильных рецепторов кожи туловища и лица, проприорецепторов двига- тельного аппарата, рецепторов вестибулярного аппарата. Их взаимодей- ствие обеспечивает возможность точной оценки местоположения организ- ма и его отдельных частей по отношению к силам земного притяжения, а также состояние почти всех образований моторной системы (мышц, су- ставов). Благодаря наличию широкой сети контактов, ствол мозга участ- вует в формировании соответствующих моторных рефлексов. Кроме того, в ствол мозга поступают импульсы от зрительной и слухо- вой сенсорных систем, которые здесь начинают анализироваться. Они мо- гут участвовать как в формировании многих рефлекторных ответов, так и в их контроле. По афферентным волокнам V, VII, IX, X пар в ствол мозга адресуется информация от рецепторов внутренних органов грудной и брюшной по- лости, полости рта, трахеи, гортани, пищевода. Эти афференты участву- ют в выполнении множества рефлекторных реакций внутренних органов на различные раздражители внутренней и внешней среды, обеспечивая регуляцию дыхания, кровообращения, пищеварения и т. д. Здесь же про- исходит сопряжение различного типа реакций между собой. Например, изменение дыхания и кровообращения при выполнении мышечной рабо-
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 121 ты является следствием сопряжения соматических и вегетативных рефлек- сов, а изменение кровообращения в различные фазы дыхательного цик- ла — следствием сопряжения различных вегетативных функций. Принципы анализа поступающей информации в стволе мозга такие же, как и в спинном мозге, и в первую очередь они обусловлены общими свой- ствами нервных центров. Кроме того, весьма важная роль в обработке афферентации в области ствола отводится ретикулярной формации. (В свя- зи с тем, что ретикулярная формация ствола мозга участвует в регуляции и других отделов ЦНС, ее функции рассмотрены ранее более подробно). 6.6. СЕНСОРНЫЕ ФУНКЦИИ ТАЛАМУСА Одним из важнейших образований, участвующих в выполнении сен- сорных функций, является таламус. Он представляет собой коллектор сен- сорных путей, куда поступают почти все виды чувствительности (исклю- чение составляет часть обонятельных путей, которые достигают коры больших полушарий, минуя таламус). В таламусе насчитывают более 40 пар ядер, подавляющее большинство которых получает афферентацию по различным чувствительным путям. Между всеми нейронами таламуса имеется широкая сеть контактов, обеспечивающая как обработку инфор- мации от отдельных специфических сенсорных систем, так и межсистем- ную интеграцию. В таламусе заканчивается подкорковая обработка восходящих афферен- тных сигналов. Здесь происходит частичная оценка ее значимости для ор- ганизма, благодаря чему не вся информация отсюда отправляется к коре больших полушарий. Так, подавляющая часть афферентации от вегета- тивных органов доходит лишь до таламуса и к коре не поступает. Хотя в неокортексе и есть висцеральная зона, в которой появляются ПД при раздражении любого внутреннего органа, но в ней не зарождается осо- знанное ощущение состояния наших внутренних органов. Не всегда по- ступают к коре и афферентные импульсы от сомы. Благодаря этому кора больших полушарий как бы освобождается от оценки менее значимой информации и имеет возможность заниматься «решением лишь наиболее существенных вопросов» организации поведения человека. В оценке зна- чимости поступившей к таламусу афферентации большая роль отводится интеграции информации от различных сенсорных систем, а также тех отделов мозга, которые ответственны за мотивацию, память и т. д. Все многообразие ядерных структур таламуса можно разделить по функциональному признаку на четыре большие группы: 1. Специфические ядра переключения (релейные) Эти ядра получают афференты от трех основных сенсорных систем — соматосенсорной, зрительной, слуховой — и переключают их к соответст- вующим зонам коры больших полушарий. 2. Неспецифические ядра Получают афференты от всех органов чувств, а также от ретикулярной формации ствола мозга, гипоталамуса. Отсюда посылается импульсация
122 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ во все зоны коры (как к сенсорным отделам, так и к другим частям), а также к лимбической системе (ответственной за эмоциональное поведе- ние). Эти образования таламуса выполняют функции, сходные с ретику- лярной формацией ствола мозга, и относятся к единой ретикулярной формации мозга. 3. Ядра с ассоциативными функциями (филогенетически наиболее молодые) Получают афферентацию от ядер самого таламуса, выполняющих ука- занные выше специфические и неспецифические функции. После предва- рительного анализа информация от этих ядер направляется к тем отделам коры больших полушарий, которые выполняют ассоциативные функции. Эти области коры локализованы в теменной, височной, лобной долях. Причем у человека они более развиты, чем у животных. Таким путем та- ламус участвует в объединении (интеграции) этих далеко расположенных друг от друга участков коры. 4. Ядра, связанные с моторными зонами коры (релейные несенсорные) Они получают афферентацию от мозжечка, базальных ядер переднего мозга и передают ее к моторным зонам коры, то есть тем отделам, кото- рые участвуют в формировании осознанных движений (см. разд. 7.4). Нужно сказать, что связи таламуса с корой больших полушарий не яв- ляются односторонними. Кора поставляет нисходящие, эфферентные им- пульсы к различным образованиям таламуса. Таким путем регулируется обработка пришедшей к таламусу информации. За счет мощной тормоз- ной системы самого таламуса и нисходящих влияний коры создается сво- его рода «свободный коридор» для прохождения к коре лишь наиболее значимой в данный временной отрезок информации. Таким образом, в таламусе, благодаря широкому взаимодействию раз- личных сенсорных систем, вытормаживается менее значимая информация, которая отсюда не поступает в расположенные выше корковые отделы сенсорных систем. 6.7. СЕНСОРНЫЕ ФУНКЦИИ КОРЫ БОЛЬШИХ ПОЛУШАРИЙ Соответствующие ядра таламуса связаны восходящими путями с корой больших полушарий, где образуются корковые центры анализаторных систем (в различных структурах новой коры). К коре поступают также те пути обонятельной системы, которые минуют таламус. Восприятие и ана- лиз обонятельной информации производится в древней и старой коре. Подавляющее большинство нейронов, образующих кору больших по- лушарий, выполняет аналитико-синтетическую функцию, обеспечиваю- щую оценку поступающей афферентной информации и организующую программы целенаправленной деятельности. В коре (см. гл. 19) выделяют более 50 полей (по Бродману). В плане рассматриваемого вопроса соответ- ствующие зоны коры можно подразделить на две группы:
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 123 1. Сенсорные зоны коры К ним адресуются сигналы от релейных ядер таламуса. Различают три основные зоны: - соматосенсорные: - 5i, расположенную на постцентральной извилине; - 5ц— на верхней стенке боковой борозды, разделяющей теменную и височную доли; - слуховые, находящиеся в височной доле; - зрительные — в затылочной доле. 2. Ассоциативные зоны Сюда, прежде всего, адресуются сигналы от ассоциативных ядер тала- муса. Выделяют две основные ассоциативные зоны: - в области лобной доли впереди от прецентральной извилины; - на границе между теменной, затылочной и височной долями (в обла- сти теменной доли). По развитости именно этих отделов мозг человека существенно пре- восходит мозг всех животных. Функциональные колонки В коре больших полушарий нейроны располагаются по типу функцио- нальных колонок диаметром от 0,2 до 1,0 мм. Все шесть слоев клеток ко- ры, лежащих перпендикулярно к коре, имеют отношение к переработке информации от соответствующих периферических рецепторов. Анатоми- чески такие колонки складываются из тысяч нейронов, в которых возни- кает ПД при нанесении раздражения на соответствующий рецептор. В каждой колонке существует своего рода иерархия нейронов, осно- ванная на различных возбудительных и тормозных взаимодействиях. В зависимости от конкретной сенсорной системы, ее значимости для организма в коре встречаются нейроны различного типа реагирования. В простых нейронах характер возникающих импульсов очень близок к характеру импульсов в связанных с ними рецепторах. В сложных — в от- вет на периферические стимулы импульсация может существенно отли- чаться от той, которая возникла в рецепторе. Например, среди нейронов тактильных зон коры можно обнаружить такие, которые реагируют лишь на стимул, движущийся по коже в определенном направлении. В сенсорных зонах коры взаимодействие различных нейронов и цент- ров обеспечивает узнавание соответствующего раздражителя, его иденти- фикацию. В ассоциативные зоны коры адресуются импульсы от различных рецеп- торов. Благодаря этому появляется возможность более точной и всесто- ронней оценки какого-либо сигнала, определение ценности и биологиче- ской значимости его. Здесь завершается формирование соответствующих ощущений. Причем окончательное формирование ощущений происходит лишь при совместном действии сенсорных и ассоциативных зон коры и ряда важнейших подкорковых структур (см. гл. 19). С функцией ассоциа-
124 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ тивных зон связаны процессы обучения и памяти. Анализ поступающей информации служит основой формирования программ целенаправленно- го поведения. Это наиболее сложный процесс, совершающийся в ЦНС благодаря взаимодействию многих ее образований. Для выполнения пол- ного объема всех этих жизненно важных функций мобилизуются также лимбическая система (организация эмоций), ВНС (регуляция функций внутренних органов, обмена веществ), моторные области коры и подкор- ки (регуляция движений). Кроме того, кора больших полушарий выполняет еще одну очень важ- ную функцию: путем нисходящих (эфферентных) влияний она участвует в регуляции процесса поступления сенсорной информации, в контроле ее об- работки во всех нижележащих отделах ЦНС. В результате поступление афферентации, начиная от периферических рецепторов и вплоть до тала- муса, может либо затормаживаться, либо, напротив, облегчаться. 6.8. КОЖНАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ Тела нейронов, иннервирующих кожу, лежат в передних рогах серого вещества спинного мозга. Афферентные волокна их не образуют специ- альных чувствительных нервов, а распределены по многим перифериче- ским нервам. В коже и связанных с ней структурах находятся нервные окончания этих волокон: - механорецепторы; - терморецепторы; - рецепторы, воспринимающие боль. Они не собраны в отдельные органы чувств, а рассеяны по всей коже. Плотность расположения кожных рецепторов не везде равномерна. Механорецепция (осязание) включает ряд качеств, таких как ощущение: - давления, - прикосновения, - вибрации, - щекотки. Полагают, что для каждого вида ощущений имеются свои рецепторы. В коже они расположены на различной глубине и в различных ее струк- турных образованиях. Большинство рецепторов является свободными нер- вными окончаниями чувствительных нейронов, которые лишены миелино- вой оболочки (рис. 6.4). Часть их заключена в различного рода капсулы. Рецепторы кожной чувствительности: а — тельца Пачини; б — тельца Мейснера; в — тельца Руффини; г — колбочка Краузе; д — свободное нервное окончание; е — чувст- вительный волосок; ж — диски Меркеля
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 125 Рецептор кожи каждого типа отвечает преимущественно на «свою» модуляцию раздражителя, к которой он более чувствителен. Однако не- которые рецепторы отвечают и на раздражитель другого рода, но к ним чувствительность его значительно ниже. Тельца Мейснера являются датчиками скорости. Раздражение в них воспринимается лишь при движении объекта. Располагаются они в ли- шенной волосистого покрова коже (пальцы, ладони, губы, язык, половые органы, соски груди). Скорость воспринимают также и свободные нервные окончания, находящиеся вокруг волосяных луковиц. Диски Меркеля воспринимают интенсивность (силу) давления. Они имеются в волосистой и лишенной волос коже. Тельца Пачини являются рецепторами давления и вибрации. Обнаруже- ны они не только в коже, но и в сухожилиях, связках, брыжейке. Ощуще- ние вибрации возникает в результате быстро меняющихся стимулов. Все указанные образования являются окончаниями дендритов миели- новых волокон группы II, скорость проведения возбуждения в которых 30 70 м/с. Наряду с ними в кожном нерве можно обнаружить и немиели- низированные волокна. В некоторых нервах они составляют до 50 % всех волокон. Часть их передает импульсы от терморецепторов, другие — ре- агируют на слабые тактильные стимулы. Но большинство этих волокон относится к ноцицепторам, воспринимающим боль. В тактильных рецеп- торах указанной группы точность локализации ощущения невелика. Ско- рость проведения импульсов по этим нервам еще ниже. Они сигнализиру- ют о слабых движущихся по коже механических стимулах. Полагают, что при совместном раздражении их и ноцицепторов зарождается ощущение щекотки. 6.8.1. Механизм возникновения возбуждения При механическом воздействии на кожу, а следовательно, и на нервное окончание происходит деформация его мембраны. В результате в этом участке проницаемость мембраны для Na+ возрастает. Поступление этого иона приводит к возникновению РП, обладающего всеми свойствами ме- стного потенциала. Его суммация обеспечивает возникновение потенциа- ла действия (ПД) в соседнем перехвате Ранвье. Только после этого ПД распространяется центростремительно без декремента. Среди механорецепторов имеются быстро и медленно адаптирующиеся рецепторы. К примеру, благодаря свойству адаптации кожных рецепто- ров человек вскоре после одевания перестает замечать наличие на себе одежды. Но стоит «вспомнить» о ней, как благодаря повышению чувст- вительности рецепторов мы вновь начинаем ощущать себя «одетыми». 6.8.2. Афферентация кожной чувствительности В реальных условиях при действии на кожу раздражителя ПД возника- ет в рецепторах нескольких типов. Отсюда возбуждение передается в спинной мозг, а затем через боковые и задние столбы — к таламусу и коре
126 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ больших полушарий (рис. 6.5). По ходу передачи на каждом из уровней (спинной мозг, ствол, таламус, кора больших полушарий) афферентная информация анализируется. Афферентные пути кожной чувствительности: 1 — осязание, давление, проприорецеп- ция; 2 — болевая и температурная чувствительность; 3 — задний спиноцеребелляр- ный путь; 4 — передний спиноцеребеллярный путь При этом на каждом уровне возможно формирование соответствующих рефлексов. Для рефлекторного ответа большое значение имеет рефлексо- генная зона — место нанесения раздражителя. Афференты, входящие в спинной мозг по задним корешкам, в каждом сегменте иннервируют огра- | Рис. 6.6 L Сегментарная чувствительность кожи ниченные участки кожи, называ- емые дерматомами (рис. 6.6). В спинном мозге смежные дерма- томы сильно перекрываются вследствие перераспределения пучков волокон в перифериче- ских сплетениях. В результате каждый периферический нерв со- держит волокна от нескольких задних корешков, а каждый ко- решок — от разных нервов. На уровне спинного мозга происходит тесное взаимодейст- вие афферентных нейронов как с мотонейронами, так и с вегета- тивными нервами (естественно, в тех отделах спинного мозга, где они есть). В результате при дей- ствии раздражителя на кожу мо- гут возникать двигательные или вегетативные рефлексы. Появля-
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 127 ются они или нет, сколь выраженными будут — во многом зависит от конкретного качества раздражителя, а также от нисходящих импульсов вышележащих отделов ЦНС, контролирующих функции спинного мозга. Второй нейрон соматосенсорной афферентации располагается в спин- ном мозге или в стволе головного мозга. Волокна их доходят до вентро- базальных ядер таламуса контрлатералъной половины, где располагаются вторые нейроны восходящих путей. Здесь так же, как и в спинном мозге, имеется достаточно четко выраженное соматотопическое представитель- ство от конкретного участка периферии к соответствующему отделу та- ламуса. От указанных ядер таламуса импульсы направляются либо к дру- гим ядрам таламуса, либо к соматосенсорным зонам коры больших полу- шарий. 6.8.3. Обработка кожной чувствительности в коре больших полушарий В каждой половине больших полушарий мозга в коре имеется две со- матосенсорные зоны (рис. 6.7): - в задней центральной извилине (Si); - в верхнем отделе боковой борозды (Sii), разделяющей теменную и ви- сочные доли. В л; представлена проекция противоположной стороны тела с хорошо выраженной соматотопичностъю (см. рис. 6.1). Соматотопичность кожи представлена и в 5ц, хотя здесь она выражена менее четко. Важно то, что в Sn имеется представительство обеих половин тела в каждом полушарии. Соматотопическая карта коры является значительным искажением периферии: кожа наиболее важных для человека отделов — рук и рта (имеющих на периферии самую вы- сокую плотность рецепторов) зани- мает большую площадь. В сомато- сенсорной коре нейроны сгруппи- рованы в виде вертикальных коло- нок диаметром 0,2-0,5 мм. Здесь можно обнаружить четкую специа- лизацию, выражающуюся в том, что колонки нейронов связаны с определенным типом рецепторов. Область 5) посылает множество эфферентных аксонов к другим уча- сткам коры. Так, связь с моторной зоной коры обеспечивает коррек- цию движений по принципу обрат- ной связи. В соматосенсорных зонах противоположного полушария осу- ществляется билатеральная коорди- нация. Отсюда нисходящие воздей- ствия на таламус и ядра спинного Местоположение двух зон кожной чув- ствительности в коре больших полуша- рий
128 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ мозга обеспечивают эфферентный контроль обработки восходящей им- пульсации. Но наиболее существенно то, что в коре происходит осознание ощуще- ния. Для этого большое значение имеют предшествовавшие воздейст- вия — научение. Повреждение соматосенсорных зон коры приводит к то- му, что прикосновение к коже воспринимается как таковое без способ- ности точно распознать пространственную и другие характеристики раздражителя. Кроме того, кора вместе с нижележащими подкорковыми структурами через нисходящие влияния может участвовать и в осознан- ном контроле всех восходящих путей, оказывая либо облегчающее, либо тормозящее влияние. 6.8.4. Терморецепция В коже располагаются также и терморецепторы. Терморецепторы по- мимо кожи имеются в некоторых внутренних органах и различных отде- лах ЦНС. Указанные рецепторы обеспечивают возникновение ощущения тепла и холода, а также участвуют в регуляции теплообмена. Различают два типа терморецепторов: - холодовые, - тепловые. Сюда же, хотя и с некоторой оговоркой, можно отнести два типа тер- морецепторов, которые дают ощущение боли при действии очень низкой или слишком высокой температуры. Холодовых рецепторов больше, чем тепловых, к тому же лежат они более поверхностно: в эпидермисе и сразу под ним, а тепловые — в верхних и средних слоях собственно кожи. Раз- мер поля, «обслуживаемого» терморецептором, около 1 мм2. Их плот- ность на различных участках кожи неодинакова: максимальная плотность обоего типа рецепторов — на коже лица. Холодовых рецепторов здесь 16-19 на 1 см2, а, к примеру, на бедре они отстоят друг от друга на не- сколько сантиметров. Терморецепцию осуществляют свободные нервные окончания. Тепловые относятся к немиелинизированным типа С, у кото- рых скорость распространения нервного импульса 0,4-2 м/с. Холодо- вые — миелинизированные нервы А-дельта, со скоростью распростране- ния ПД до 20 м/с. Различаются собственно тепловые рецепторы и неспе- цифические, возбуждающиеся от охлаждения и давления. Механизм стимуляции терморецепторов связан с изменением их мета- болизма в зависимости от действия соответствующей температуры (изме- нение температуры на 10 °C в 2 раза меняет скорость протекания фермен- тативных реакций). При длительном воздействии температурного раздражителя терморе- цепторы способны адаптироваться, то есть чувствительность в них посте- пенно понижается. К тому же необходимым условием появления соответ- ствующего температурного ощущения является определенная скорость изменения температурного воздействия и температурный градиент. Поэ- тому если охлаждение происходит медленно, не более чем на 0,1 °С/с (6 °С/мин), то можно и «не заметить» обморожение.
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 129 Восходящие пути от терморецепторов идут: - в ретикулярную формацию ствола головного мозга, - в вентробазальный комплекс таламуса. Из таламуса они могут поступать в соматосенсорные отделы коры. (Подробно механизм возникновения ощущения холода или тепла описан в гл. 17.) 6.9. ПРОПРИОРЕЦЕПЦИЯ К восприятию пространства, расположения отдельных частей тела имеют отношение проприорецепторы. К истинным проприорецепторам относятся мышечные веретена, сухожильные органы и суставные рецепто- ры. С их помощью без участия зрения можно достаточно точно опреде- лить положение отдельных частей тела в пространстве. Проприорецепто- ры участвуют в осознании направления, скорости движения конечности, ощущения мышечного усилия. Близкую функцию, но по отношению к движению головы, выполняют рецепторы вестибулярного анализатора. В связи с большим значением проприорецепции в регуляции движения, подробная характеристика физиологии проприорецепторов приводится ниже (гл. 7). Проприорецепторы, наряду с механо- и терморецепторами кожи, по- зволяют не только правильно оценить положение отдельных частей тела, но и построить трехмерный осязаемый мир. Главным источником инфор- мации для этого служит рука, когда она находится в движении, прикаса- ясь и ощупывая предмет. Например, без движения и ощупывания невоз- можно представить такие качества, как жидкий, клейкий, твердый, эла- стичный, гладкий и т. д. 6.10. ЧУВСТВО РАВНОВЕСИЯ (физиология вестибулярного аппарата) 6.10.1. Общие представления о чувстве равновесия В ориентации человека в пространстве, помимо проприорецепторов, большую роль играет вестибулярная сенсорная система. Она информиру- ет ЦНС о положении головы, ее движении, причем как активном, так и пассивном. Рецепторный отдел ее — вестибулярный орган является одним из час- тей перепончатого лабиринта внутреннего уха (рис. 6.8). Перепончатый лабиринт заполнен одной жидкостью, называемой эндолимфой, а погру- жен в другую — перилимфу. Эндолимфа имеет более высокую плотность: вязкость ее в 2-3 раза больше, чем у воды. Вестибулярный орган состоит из двух частей: - статолитового аппарата, образованного маточкой и мешочком; - трех полукружных каналов. Филогенетически более юный, чем предыдущие сенсорные системы, возникший для восприятия сложного воздействия, каковым является дей- ствие сил земного притяжения, вестибулярный рецептор и устроен значи- 5—2006
130 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Схема расположения вестибу- лярного и слухового аппара- та: 1 — эндолимфатический мешочек; 2, 3, 4 — полукруж- ные каналы; 5—улитка; 6— улитковый нерв; 7—лицевой нерв; 8 — вестибулярный нерв; 9— верхний вестибуляр- ный узел; 10—нижний вести- булярный узел; 11 — оваль- ный мешочек; 12 — круглый мешочек; 13 — ампула полу- кружного канала тельно сложнее их. В эмбриональном периоде вестибулярный аппарат-за- кладывается рано — уже на 4-й неделе. Однако у детей первых лет жизни возбудимость его ниже, чем у взрослых. В первые годы жизни ребенка чувствительность его повышается постепенно, а в период между 10 и 20 годами более резко. Рецепторы вестибулярной сенсорной системы относятся к вторично чув- ствующим механорецепторам. В них перед чувствительными нейронами имеются специальные рецепторные клетки, в которых при действии соот- ветствующего раздражителя возникает возбуждающий рецепторный потен- циал (ВРП). На афферентный нейрон возбуждение передается с помощью выделяющегося из этой клетки медиатора — ацетилхолина. Причем к рецепторной клетке подходит и эфферентное волокно, кото- рое регулирует функциональное состояние клетки, а значит, и ее чувстви- тельность. Во время продолжительного действия раздражителя примерно две трети рецепторов вестибулярного анализатора могут адаптироваться (частота отходящих от них импульсов постепенно снижается). Хотя про- цессы адаптации, как и чувствительность, у данных рецепторов значи- тельно менее выражены, чем, к примеру, у кожных, они у различных лю- дей весьма вариабельны. Реснитчатого типа рецепторные клетки (рис. 6.9) вестибулярного ор- гана сгруппированы в пяти местах: в трех ампулах полукружных каналов и макулах маточки и мешочка. Каждая клетка содержит один длинный, наиболее подвижный волосок, называемый киноцилием, и 50-60 более ко- ротких — стероцилий. По вестибулярному нерву от рецепторной клетки постоянно отходят ПД с частотой около 200 имп./с (фоновая импульсация). При сгибании пучка коротких ресничек в сторону киноцилия в мембране клетки повы- шается проницаемость для Na+. Это приводит к деполяризации — воз- никновению ВРП, следствием чего в' синапс, имеющийся между клеткой
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 131 Схема формирования электрического ответа вторичного рецептора: РП—рецептор- ный потенциал; РК—рецептор с эффекторным (ЭН) и афферентным (АН) нервным окончанием; С — синапс; К — киноцилий; Ст — стероцилии. Стрелками обозначено направление раздражителя (по Флоку) и афферентным волокном, выделяется медиатор — АХ. Взаимодействие АХ с холинорецептором обеспечивает появление в постсинаптической мембране афферентного волокна генераторного потенциала (ГП), кото- рый при суммации переходит в ПД, Так как и в условиях отсутствия действия раздражителя от рецепторных клеток вестибулярного анализа- тора постоянно отводятся ПД, то при наклоне ресничек в сторону длинно- го волоска частота ПД увеличивается. В отличие от этого, при наклоне ре- сничек в противоположную сторону частота ПД снижается. Таким пу- тем в обоих случаях ЦНС оказывается «осведомленной» об изменении воздействия раздражителя. 6.10.2. Статолитов аппарат Конкретный механизм за- рождения ВРП в двух типах рецепторов вестибулярного ап- парата несколько отличается. В мешочке и маточке ре- снички входят в структуру отолитовой мембраны, содер- жащей кристаллики карбона- та кальция (рис. 6.Ю). В ре- зультате удельная плотность отолитовой мембраны стано- вится в 2 раза больше, чем эн- долимфы. Рецепторы маточки и ме- шочка контролируют прямо- линейные движения человека. Раздражаются они при изме- Схема строения купулы и отолитового аппара- та (по Guyton)
132 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ нении скорости такого движения, при так называемых линейных ускорени- ях. Сила инерции, возникающая при линейных ускорениях во время на- чала или окончания движений «вверх-вниз», «вперед-назад», действует на эндолимфу и отолитовую мембрану по-разному. Более тяжелая, а следо- вательно, и более инерционная мембрана в начале движения отстает от движения эндолимфы, а при торможении позже останавливается. В ре- зультате именно в эти моменты и создаются условия для возникновения возбуждения. Отолитовая мембрана маточки расположена в плоскости, близкой к горизонтальной, а мешочка — к вертикальной. В связи с этим начало и окончание горизонтальных движений воспринимаются главным образом рецепторами маточки, а вертикальных — мешочка. Наклоны головы так- же приводят к «соскальзыванию» мембраны, изгибанию ресничек и уси- лению деполяризации в соответствующем отделе. Таким образом, при любом положении головы каждая из отолитовых мембран, занимая опре- деленное положение относительно своих рецепторных клеток, создает возможность для постоянного контроля положения головы. Рецепторы мешочка наиболее чувствительны к диапазону частот коле- баний до 2000 Гц, в силу чего они лучше рецепторов маточки восприни- мают линейные ускорения, появляющиеся при вибрации. 6.10.3. Полукружные каналы Естественным стимулом для рецепторов полукружных каналов явля- ются угловые ускорения. Здесь рецепторные клетки в каждом канале сгруппированы в cristae ampularis и лежат глубоко утопленными среди клеток сенсорного эпителия. Реснички их заключены в желатинозную массу, называемую купулой. Их омывает эндолимфа, удельная масса ко- торой мало отличается от желатинозной массы, поэтому реснитчатые клетки данных отделов почти не реагируют на линейные ускорения . Перепончатый лабиринт каждого канала благодаря наличию общей части образует замкнутый, хотя и не совсем идеальный круг. Тело рецеп- торной клетки и их реснички при вращательном движении головы нахо- дятся в различных условиях. В силу того, что жидкость (эндолимфа) в начале движения остается еще какое-то время неподвижной по отношению к твердому матриксу, а оста- навливается позже его, движение ресничек более зависит от движения лимфы, чем движение самих клеток, прочно связанных с матриксом. Раздражение в этих рецепторах возникает в начале и конце вращатель- ных движений головы. Изменение фоновой импульсации вестибулярного нерва наблюдается в течение 15-20 с после начала равномерного враще- ния, а заканчивается спустя 15-30 с после остановки (это обусловлено инерцией эндолимфы и купулы). При равномерной скорости вращения тело клетки и реснички двигают- ся вместе, раздражение рецептора в это время отсутствует. Хотя силы, приводящие к появлению реакции купулы и связаны с угловым ускорены-
Глава 6. СЕНСОРНЫЕСИСТЕМЫ 133 ем, но более правильно говорить, что естественным стимулом рецептор- ных клеток является моментальная угловая скорость. В связи с тем, что полукружные каналы лежат в трех плоскостях (хотя передняя часть горизонтального канала несколько приподнята, примерно на 30°), рецепторы каждого из них воспринимают изменения движения вокруг соответствующей оси вращения. В горизонтальных каналах все рецепторы ориентированы таким образом, что их киноцилии обращены к утрикулусу. Поэтому при отклонении купулы в ту же сторону актив- ность генерации ПД в них возрастает. В левом полукружном канале это происходит при вращении влево, в правом — вправо. В вертикальных ка- налах афференты активируются при отклонении головы от утрикулуса. 6.10.4. Центральные отделы вестибулярной системы Первые центры вестибулярного анализатора находятся в ядрах ствола мозга, куда подходит большинство нервных волокон от рецепторов. Не- которая часть волокон вестибулярных нервов идет к различным образо- ваниям мозжечка. Нейроны вестибулярных ядер контактируют со многими -отделами ЦНС (рис. 6.П), как-то: - а- и у-мотонейронами мышц-разгибателей спинного мозга; - ядрами глазодвигательных нервов; - мозжечка; - ретикулярной формации; - таламусом (а отсюда с сенсомоторными отделами коры); - гипоталамусом (связь с регуляцией функций внутренних органов). Пример рефлексов, реализуе- мых с участием вестибулярно- го анализатора: а — рефлекс «сгибание-разгибание»; б — рефлекс перераспределения тонуса мышц для сохранения устойчивости; в — возвраще- ние вертикальной оси глаз при изменении наклона голо- вы (внизу показаны рефлек- торные пути этого рефлекса)
134 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ В результате при интенсивном раздражении рецепторов вестибулярно- го анализатора возникают: - моторные рефлексы; - глазной нистагм (вначале происходит медленный поворот глазного ябло- ка в сторону, противоположную вращению, а затем быстрое движение в сторону вращения, когда глаз как бы «догоняет» вращающуюся голову); - вегетативные расстройства: - изменение частоты сердечных сокращений, - сужение сосудов кожи, - потоотделение, - тошнота, - другие проявления, характерные для кинетоза — «морской болезни». Сильное раздражение вестибулярного анализатора приводит к кинето- зам в результате расхождения между зрительными и вестибулярными сиг- налами. Афференты от полукружных каналов вместе с мозжечком и ядрами глазодвигательных нервов обеспечивают зрительный контакт с окружа- ющей средой при движении головы. В результате сопряжения активности нейронов вестибулярного нерва (это главным образом функция отолитового аппарата) с двигательными ядрами ствола и мозжечка зарождаются многие моторные рефлексы, на- правленные на поддержание позы. Однако одни лишь афферентные импульсы от вестибулярных рецепто- ров не в состоянии обеспечить точное представление о положении тела в пространстве, поскольку угол поворота головы из-за подвижности в шей- ном сочленении не всегда соответствует положению корпуса. Поэтому при зарождении моторных рефлексов в центрах ствола мозга, наряду с рецепцией вестибулярных нервов, используется афферентация шейных проприорецепторов, информирующих о положении головы по отноше- нию к туловищу (подробнее об этих рефлексах сказано в гл. 7). Проходящие через таламус импульсы от вестибулярного анализатора поступают в постцентральную извилину, где обеспечивается осознание поступившей информации, а значит, и сознательная ориентация в про- странстве. Чувствительность вестибулярной системы очень велика. Нижняя гра- ница восприятия линейных ускорений 2 см/с, а угловых — 2-3 7с. 6.11. ФИЗИОЛОГИЯ СЛУХА 6.11.1. Рецепторы Звук можно представить как колебательные движения упругих тел, рас- пространяющиеся в различных средах в виде волн. Для восприятия зву- ковой сигнализации сформировался еще более сложный, чем вестибуляр- ный, рецепторный орган. Формировался он рядом с вестибулярным аппа- ратом, и поэтому в их строении есть много схожих структур. Костный и перепончатый каналы у человека образуют 2,5 витка (см.
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 135 рис. 6.8). Для человека слуховая сенсорная система является второй после зре- ния по значимости и объему информации, получаемой от внешней среды. Рецепторы слухового анализатора относятся к вторично чувствующим. Рецепторные волосковые клетки (у них редуцирован киноцилий) образуют кортиев орган, находящийся в улитке внутреннего уха, в ее средней лест- нице на основной мембране, длина которой около 3,5 см. Она состоит из 20000 30000 волокон (рис. 6.12). Начиная от овального отверстия, длина волокон постепенно увеличивается (примерно в 12 раз), в то время как толщина их постепенно уменьшается (примерно в 100 раз). Образование спирального (кортиева) органа завершает текториальная мембрана, расположенная над волосковыми клетками. На основной мем- бране располагаются рецепторные клетки двух типов: - внутренние — в один ряд, - наружные — в три-четыре ряда. На их мембране, обращенной в сторону покровной мембраны, у внут- ренних клеток находится 30-40 относительно коротких (4—5 мкм) волос- ков, а у наружных клеток имеется 65-120 более тонких и длинных волос- ков. Между отдельными рецепторными клетками нет функционального равенства. Об этом свидетельствует и морфологическая характеристика: сравнительно небольшое количество (около 3500) внутренних клеток дает 90% афферентов кохлеарного нерва, в то время как от 12000-20000 на- ружных клеток отходит лишь 10% нейронов. Кроме того, волосковые клетки базального и особенно среднего витков улитки снабжены нервны- ми окончаниями более богато, чем верхушечного витка. Пространство средней лестницы заполнено эндолимфой. Над вестибу- лярной и под основной мембранами пространство соответствующих ка- Схема кортиевого органа (по Guyton) налов заполнено перилим- фой. Она сообщается не только с перилимфой вес- тибулярного тракта, но и с субарахноидальным пространством мозга. Со- став ее весьма близок ликвору. Эндолимфа от- личается от перилимфы прежде всего тем, что в ней в 100 раз больше К+ и в 10 раз меньше Na+. То есть по концентрации указанных ионов эти жидкости отличаются так же, как внутриклеточная от межклеточной. Эти и другие отличия эндолим- фы являются результатом активной функции эпите-
136 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ лия сосудистой полоски, находящейся на боковой стенке средней лестни- цы. Большую роль й поддержании ионного состава эндолимфы играет функция ионных насосов сосудистой полоски. Их функциональная актив- ность сходна с эпителием почечных канальцев, и применение некоторых мочегонных препаратов может приводить к нарушению ионного состава эндолимфы и глухоте. Такой состав эндолимфы способствует повышению чувствительности рецепторного аппарата, и поэтому снижение активно- сти этих клеток приводит к ухудшению слуха. 6.11.2. Механизм передачи звуковых колебаний Прежде чем звуковые колебания достигнут внутреннего уха, они про- ходят через наружное и среднее ухо. Наружное ухо служит главным об- разом для улавливания звуковых колебаний, поддержания постоянства влажности и температуры у барабанной перепонки (рис. 6.13). Схема передачи звукового сигнала За барабанной перепонкой начинается полость среднего уха, с другого конца закрытая перепонкой овального отверстия. Заполненная воздухом полость среднего уха соединяется с полостью носоглотки посредством ев- стахиевой трубы, служащей для выравнивания давления по обеим сторо- нам барабанной перепонки. Барабанная перепонка, воспринимая звуковые колебания, передает их на систему расположенных в среднем ухе косточек (молоточек, наковальня и стремечко). Косточки не только передают колебания на мембрану оваль- ного отверстия, но и усиливают колебания звуковой волны. Происходит это в силу того, что сначала колебания передаются более длинному рыча- гу, образованному рукояткой молоточка и отростком наковальни. Этому же способствует и различие поверхностей стремечка (около 3,2-10-6 м2) и барабанной перепонки (710-5 м2). Уже одно последнее обстоятельство примерно в 22 раза (70:3,2) усиливает давление звуковой волны на бара-
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 137 банную перепонку. Но усиление колебаний барабанной перепонки сопро- вождается снижением их амплитуды. Указанные выше и последующие звукопередающие структуры создают чрезвычайно высокую чувствительность слухового анализатора: звук вос- принимается уже тогда, когда давление на барабанную перепонку стано- вится выше 0,0001 мг/см2. При этом мембрана улитки перемещается на расстояние меньшее, чем диаметр атома водорода. Роль мышц среднего уха Расположенные в полости среднего уха мышцы (т. tensor tympani и т. stapedius), влияя на натяжение барабанной перепонки и ограничивая амплитуду движения стремечка, участвуют в рефлекторной адаптации слухового органа к интенсивности звука (рис. 6.14). Схема «вокализационного ре- флекса» стременной мышцы: 1 — связки молоточка; 2 — связка на- ковальни; 3 — молоточек; 4 — стременная мышца; 5 — лицевой нерв; 6—наковальня; 7—стре- мечко: 8 — преддверно-улитко- вый нерв; 9— сухожилие мыш- цы, напрягающей барабанную перепонку; 10—мышца, напря- гающая барабанную перепонку; 11— евстахиева труба; 12 — на- ружный слуховой проход; 13— барабанная перепонка Сильный звук может вызвать нежелательные последствия как для слу- хового аппарата (вплоть до повреждения барабанной перепонки и воло- сков рецепторных клеток, нарушения микроциркуляции в улитке), так и ддя ЦНС. Поэтому для предотвращения указанных последствий рефлек- торно уменьшается натяжение барабанной перепонки. В результате, с од- ной стороны, снижается возможность травматического разрыва барабан- ной перепонки, а с другой — снижается интенсивность колебания косто- чек и расположенных за ними структур внутреннего уха. Рефлекторная реакция мышц наблюдается уже через 10 мс после начала действия силь- ного звука и проявляется при звуке в 30-40 дБ. Этот рефлекс замыкается на уровне стволовых отделов мозга. В ряде случаев воздушная волна бы- вает столь мощной и быстрой (например, при взрыве), что защитный ме- ханизм не успеет сработать и могут произойти различные повреждения слуха.
138 Раздел К, ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Значение рефлекса стременной мышцы в обеспечении слуха Выше уже указывалось на значение рефлексов мышц среднего уха в обеспечении приспособления уха к действию различной по силе звуко- вой волны. Наиболее важную роль при этом играет стременная мышца. При ее сокращении подвижность сочленения наковальни и стремечка уменьшается, в результате чего изменяется передача колебаний на мемб- рану овального окна. Это обеспечивает проявление двух эффектов: - акустической реакции на громкий звук, - предвокализационного рефлекса. Акустический рефлекс стременной мышцы заключается в том, что при действии слишком громкого звука, который может оказывать отрица- тельный эффект, сокращение мышцы снижает интенсивность его при передаче на структуры внутреннего уха. Закрепление сустава ухудшает звукопередачу и снижает громкость на 20 дБ и более. Рефлекс вызывают звуки, которые на 80-90 дБ превышают порог слышимости. Но этот рефлекс может не успеть предохранить ухо при резком громком звуке в связи с некоторым его отставанием (рефлекс проявляется через 0,1 с). Однако имеется еще один механизм, знание которого может помочь человеку предотвратить повреждение при действии таких звуков. Это — предвокализационный рефлекс. Дело в том, что когда человек говорит, то рефлекторно начинается сокращение стременной мышцы, напрягающей ко- стное сочленение. Поэтому разговор (крик) во время действия громкого зву- ка весьма полезен, так как он обеспечивает указанное выше предохранение. Физиологическое назначение предвокализационного рефлекса заключается в обеспечении возможности слышать голос другого человека во время звучания своего. Если бы этого рефлекса не было, то человек «глох» бы от своего голоса, особенно когда он звучит громко. Напряжение мышцы и последующее повышение жесткости суставных связок в среднем ухе приводит к ослаблению преимущественно низкочастотных компонентов сложного звука. А именно такие колебания возникают в ухе под влияни- ем собственного голоса. Таким образом, предвокализационное сокраще- ние мышц среднего уха предотвращает маскирующее действие собствен- ной речи на восприятие внешних высокочастотных звуков, характерных для диапазона речи человека. 6.11.3. Механизм восприятия звуковых колебаний рецепторными клетками внутреннего уха Колебание мембраны овального окна вначале передается перилимфе вес- тибулярной лестницы, а затем через вестибулярную мембрану — эндолим- фе (рис. 6.15). На вершине улитки между верхним и нижним перепонча- тыми каналами имеется соединяющее отверстие — геликотрема, через ко- торое колебание передается перилимфе барабанной лестницы. В стенке, от- деляющей среднее ухо от внутреннего, кроме овального имеется еще и круглое отверстие со своей мембраной. Эта мембрана обеспечивает демпфирование колебаний всех жидкостей через перилимфу барабанной
Глава 6, СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 139 лестницы, так как если бы это- го механизма не было, то, в си- лу несжимаемости жидкости, под влиянием звука ее колеба- ния были бы невозможны. Возникающая волна приво- дит к движению базиллярной и покровной мембран, волосков рецепторных клеток, которые касаются покровной мембраны, деформируются, что и приво- дит к зарождению РП. С рецеп- торными клетками связаны афференты кохлеарного нерва, передача импульса на которые опосредуется медиатором. Даже в тишине по волокнам Механизм передачи колебаний эндолимфы на покровную мембрану и рецепторные клетки кортиева органа слухового нерва проводится до 100 имп./с (фоновая импульса- ция) Деформация волосков приводит к повышению прони- цаемости клеток к Na+, в результате чего в отходящих от данных рецеп- торов нервных волокнах частота импульсации возрастает. Наличие в эн- долимфе высокого уровня К+ создает в ней положительный заряд, рав- ный +80 мВ, так что в покое между внутренним и наружным содержи- мым рецепторной клетки мембранный потенциал равен около 150 мВ (при- плюсовывается внутриклеточный заряд, равный 70 мВ). Столь высокий мембранный потенциал обеспечивает высокую чувствительность рецеп- торных клеток к слабым звуковым колебаниям. Кроме того, малая концентрация натрия и высокая калия в эндолимфе, омывающей рецеп- торные клетки, облегчает в них работу Na,K-Hacoca, так как снижается градиент указанных ионов. Микрофонный потенциал улитки Поместив микроэлектроды вблизи рецепторов в барабанную лестницу или на круглое окно, можно записать микрофонный потенциал улитки. Для него характерно: - синхронное звуковому стимулу возникновение, - отсутствие рефрактерного периода, - отсутствие утомления и измеримого порога. Микрофонный потенциал улитки отличается от нейронного потенциа- ла действия, но происхождение его не совсем ясно. Звуковая волна к кортиеву органу кроме воздушного пути может посту- пать и через кости черепа. (Убедиться в наличии костной проводимости достаточно легко, если поставить на темя ножку колеблющегося камерто- на.) Однако эффективность костного пути значительно ниже воздушного.
140 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Возникновение раздражения при этом происходит в связи с тем, что при- ходящая по костям черепа волна «сжатия — разрежения» колеблет жид- кость вестибулярного лабиринта. Возможно, что определенную роль иг- рает и несинхронность колебаний косточкового аппарата среднего уха и костей черепа. Вероятно, наличие этого пути передачи звука является од- ним из механизмов неузнавания собственного голоса, записанного.на магни- тофонную пленку. 6.11.4. Различение высоты тона Основными характеристиками звуковой волны являются: - частота колебаний, - амплитуда колебаний, - время воздействия. Ухо человека способно воспринимать звук при колебании воздуха в диапа- зоне от 16 до 20000 Гц. Однако наибольшая чувствительность лежит в пределах от 1000 до 4000 Гц, а это диапазон человеческого голоса. Имен- но здесь чувствительность слуха близка к уровню броуновского шума — 210-5. В пределах области слухового восприятия человек может ощущать около 300000 различных по силе и высоте звуков. Предполагают наличие двух механизмов различения высоты тонов. Зву- ковая волна, представляющая собой колебание молекул воздуха, распрост- раняется в виде продольной волны давления. Передаваясь на пери- и эндо- лимфу, эта бегущая волна между местом возникновения и затухания имеет участок, где амплитуда колебаний максимальна (рис. 6.16). Местонахождение этого амплитудного максимума зависит от частоты колебания: при более высоких частотах он ближе к овальной мембране, а при низких частотах — к геликотреме. В результате амплитудный макси- мум для каждой слышимой частоты располагается в специфической точке эндолимфатического канала. Так, амплитудный максимум для частоты Схема механизмов переда- чи звуковой волны по структурам кортиева орга- на: а — распространение звуковой волны по улитке; б — частотный максимум в зависимости от длины волны: I—700 Гц; II — 3000 Гц (по DespopouJos)
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 141 колебаний 4000 Гц находится на расстоянии 10 мм от овального отвер- стия, а для 1000 Гц— 23 мм. На верхушке (у геликотремы) амплитудный максимум — для частоты 200 Гц. Этому же способствует различная жес- ткость основной мембраны по ходу улитки: она наиболее жесткая у осно- вания. Градиент жесткости мембраны обеспечивает продвижение колеба- тельных волн от основания к вершине. Начальная, самая жесткая часть мембраны служит высокочастотным фильтром — волновые колебания их дальше не распространяются. Расположенные в соответствующем отделе волокна основной мембраны и лежащие на них сенсорные клетки, естест- венно, колеблются наиболее сильно, так что по отходящим от них нерв- ным волокнам идет наиболее мощная импульсация. Из указанных представлений исходит так называемая пространствен- ная (принцип мера) теория кодирования высоты воспринимаемого тона в самом рецепторе. Амплитудный максимум начинает проявляться при ча- стотах выше 200 Гц. Наиболее высокая чувствительность уха человека в диапазоне человеческого голоса (от 1000 до 4000 Гц) отражается и мор- фологическими особенностями соответствующего отдела улитки: в ба- зальных и средних витках улитки наибольшая плотность афферентных нервных окончаний. Кроме того, полагают, что при небольшой частоте колебаний (до 1000 Гц) может использоваться и телефонный (залповый) механизм кодиро- вания: ПД в кохлеарном нерве возникает с частотой, резонансной частоте звуковых колебаний. На уровне рецепторов лишь начинается различение звуковой информа- ции, окончательная ее обработка происходит в нервных центрах. Причем в диапазоне частот человеческого голоса (1000-4000 Гц) на уровне нерв- ных центров может проявиться суммация возбуждения нескольких нейро- нов, так как каждый из них по отдельности не способен надежно воспро- извести своими разрядами звуковые частоты выше нескольких сот герц. 6.11.5. Различение силы звука Более интенсивные звуки воспринимаются ухом человека как более громкие. Этот процесс начинается уже в самом рецепторе, структурно со- ставляющем целый орган. Основными клетками, где зарождается рецеп- торный потенциал улитки, являются внутренние волосковые клетки. На- ружные клетки, вероятно, несколько усиливают это возбуждение, переда- вая саой рецепторный потенциал внутренним. Не исключено, что наруж- ные волосковые клетки могут усиливать возбуждение и механическим пу- тем: у них имеются сократительные белки и к ним подходят эфферентные нейроны. Возбуждение в рецепторных клетках возникает при деформации волосков, контактирующих с покровной мембраной. Диапазон амплитуды колебаний эндолимфы сопряжен с амплитудой колебания мембран. В ре- зультате с ростом амплитуды увеличивается число возбужденных рецеп- торных клеток, к находящимся на амплитудном максимуме присоединя- ются соседние клетки. В пределах наиболее высокой чувствительности различения силы звука
142 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ (1000-4000 Гц) человек слышит звук, имеющий ничтожно малую энергию (до Г10-9 эрг/с см2). В то же время чувствительность уха к звуковым ко- лебаниям в другом диапазоне волн значительно ниже, и на границах слы- шимости (ближе к 20 или 20 000 Гц) пороговая энергия звука должна быть не ниже 1 эрг/с-см2. Слишком громкий звук может вызвать ощущение боли. Уровень громко- сти, при котором человек начинает ощущать боль, равняется 130-140 дБ над порогом слышимости. Если на ухо длительное время действует звук, особенно громкий, то постепенно развивается явление адаптации. Сниже- ние чувствительности достигается, в первую очередь, сокращением т. ten- sor timpani и т. stapedius, изменяющих интенсивность колебания косточек. Кроме того, ко многим отделам обработки слуховой информации, в том числе и к рецепторным клеткам, подходят эфферентные нервы, могущие изменять их чувствительность и тем самым участвовать в адаптации. 6.11.6. Центральные механизмы обработки звуковой информации Волокна кохлеарного нерва (рис. 6.17) достигают вентрального и дор- сального кохлеарных ядер. Эти волокна имеют разную толщину и скорость распространения ПД по аксонам — от 0,5 до 100 м/с. После переключения на клетках кохлеарных ядер ПД поступают к следующему скоплению ядер. От вентрального ядра они направляются как к ипси-, так и к контралате- ральным оливарным комплексам. Дорсальный кохлеарный тракт переходит Центральные отделы слуховой сенсорной системы: 1 — кортиев орган; 2— переднее кохлеарное ядро; 3 — заднее кохлеарное ядро; 4 — олива; 5 — добавочное ядро; 6 — латеральная петля; 7 — нижние бу- горки четверохолмия; 8 — медиальное ко- ленчатое тело; 9 — височная область коры (по Despopoulus) на противоположную сторону и дает окончания в ядре латераль- ной петли. Выходящие из оливы нейроны, содержащие пути уже от обеих улиток, также отдают колла- терали в ядра латеральной петли. Далее волокна направляются к нижним бугоркам четверохолмия и медиальным коленчатым телам, являющимся главными релейны- ми отделами слуховой системы та- ламуса. Затем они заходят в тала- мус, и только после этого звуко- вые пути поступают к первичной звуковой коре больших полушарий, расположенной в височной доле. Рядом с ней находятся нейроны, относимые к вторичной слуховой зоне коры. Информация, содержащаяся в звуковом стимуле, пройдя все ука- занные ядра переключения, мно- гократно (по крайней мере не ме- нее 5-6 раз) «переписывается» в
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 143 виде нейронного возбуждения. При этом на каждом этапе происходит ее соответствующий анализ, причем нередко с подключением сенсорных сиг- налов других, «неслуховых» отделов ЦНС. В результате могут возникать рефлекторные ответы, характерные для соответствующего отдела ЦНС. Но узнавание соответствующего звука, его осмысленное осознание проис- ходит лишь тогда, когда импульсы достигают коры больших полушарий. В повседневной жизни чистые тона почти не встречаются. Нейроны вентрального ядра еще воспринимают чистые тона, то есть возбуждение в них возникает при действии строго определенных тонов. В дорсальном же ядре лишь небольшая часть нейронов возбуждается чистыми тонами. Другие — реагируют на более сложный стимул, например на переменные частоты, на прекращение звука и т. п. На более высоких уровнях посте- пенно увеличивается количество отдельных нейронов, специфически реа- гирующих на сложные звуковые модуляции. Так, одни нейроны возбужда- ются лишь при меняющейся амплитуде звука, другие — при меняющейся частоте, третьи — при варьировании длительности расстояния от источ- ника, его перемещении. Таким образом, каждый раз при действии реаль- но существующих в природе сложных звуков в нервных центрах возника- ет своеобразная мозаика одновременно возбуждающихся нейронов. Про- исходит запоминание этой мозаичной карты, связанной с поступлением соответствующего звука. Осознанная оценка различных свойств звука человеком возможна только при соответствующей предварительной тренировке. Наиболее полно и со- вершенно эти процессы происходят лишь в корковых отделах. Корковые нейроны активируются по-разному: одни — контралатеральным ухом, другие—ипсилатеральными стимулами, третьи — только при одновре- менной стимуляции от обоих ушей. Возбуждаются они, как правило, це- лыми звуковыми группами. Повреждение этих отделов ЦНС затрудняет восприятие речи, пространственную локализацию источника звука. Кроме того, от височной слуховой области коры (главным образом, от первичной) отходят и нисходящие пути практически ко всем подкорковым слуховым ядрам. Такие же пути идут и от каждого вышележащего подкор- кового отдела к нижележащему. К различным уровням слухового тракта подходят пути и от неслуховых отделов головного мозга. Так, к медиаль- ному коленчатому телу идут пути от зрительной области коры, ядер шатра мозжечка. Широкие двусторонние связи слуховых областей ЦНС, с одной стороны, служат для улучшения обработки слуховой информации, а с дру- гой — для взаимодействия сенсорных систем и образования различных ре- флексов. К примеру, при возникновении резкого звука происходит бессоз- нательный поворот головы и глаз в сторону источника его и перераспреде- ление мышечного тонуса (стартовая позиция). Слуховая ориентация в пространстве Слуховая ориентация в пространстве достаточно точно возможна лишь при бинауральном слухе. При этом большое значение имеет то об- стоятельство, что одно ухо находится дальше от источника звука. Учиты-
144 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ вая, что в воздушной среде звук распространяется со скоростью 330 м/с, то 1 см он проходит за 30 мс и малейшее отклонение источника звука от средней линии (даже менее 3°) обоими ушами уже воспринимается от- ставленно во времени. То есть, в данном случае имеет значение фактор разделения и по времени, и по интенсивности звука. Ушные раковины, являясь рупорами, способствуют концентрированию звуков, а также ог- раничивают поток звуковых сигналов с тыльной стороны головы. Нельзя исключить участие формы ушной раковины в некотором, инди- видуально обусловленном изменении звуковых модуляций. Кроме того, ушная раковина и наружный слуховой проход, обладая собственной ре- зонансной частотой около 3 кГц, усиливают интенсивность звука для то- нов, близких к указанной частоте, а это диапазон голоса человека. 6.12. ФИЗИОЛОГИЯ ЗРЕНИЯ Электромагнитное излучение в диапазоне волн от 400 до 750 нм воспри- нимается как свет. Подавляющее количество (до 90%) информации о внешнем мире человек получает через зрительную сенсорную систему. В силу этого уже сам рецептор — глаз является достаточно сложным ор- ганом, в котором имеются структуры не только для восприятия световых сигналов, но и для начальной, уже нейронной обработки содержащейся в них информации. Для этого кроме воспринимающих рецепторных клеток — палочек и колбочек — в глазу содержится сложно устроенный вспомогательный аппарат и четыре типа нейронов. Сложнее остальных сенсорных систем устроены нервные центры, обеспечивающие обработку зрительной ин- формации в ЦНС. 6.12.1. Оптическая система глаза Влага передней Оптические и жидкостные среды глаза Прежде чем световая волна достигнет рецепторных кле- ток, расположенных в сетчат- ке, луч света проходит через роговицу, влагу передней каме- ры глаза, хрусталик и стекло- видное тело, составляющие оп- тическую систему глаза (рис. 6.18). Она преломляет световые лучи и фокусирует их на сетчатке. Суммарная преломляющая сила глаза молодого человека составляет 59 D при рассмат- ривании далеких предметов и 70,5 D — при рассматривании находящихся вблизи.
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 145 Слезная жидкость Наружная поверхность роговицы глаза постоянно покрыта тонким слоем слезной жидкости, которая вырабатывается слезными железами. При движении век жидкость равномерно распределяется по роговице и конъюнктиве. Жидкость, не испарившаяся с поверхности, стекает по слез- ным протокам в полость носа. Функции слезной жидкости: - улучшение оптических свойств роговицы; - предохранение роговицы и конъюнктивы от высыхания; - «смазка» трущихся при мигании поверхностей глазного яблока и век; - удаление инородного тела при его попадании между веками и глазным яблоком (при этом происходит рефлекторное увеличение секреции жидкости). Кроме того, слезы: - за счет содержания ряда ферментов обладают бактерицидным дейст- вием', - служат одним из выражений эмоций (при плаче). Секреция слезной жидкости регулируется вегетативными нервами. Ре- флексы запускаются с рецепторов глазного яблока, а так же рецепторов носовой полости, глотки, гортани. Центр парасимпатического нерва рас- положен в области ствола мозга, а симпатического в верхних грудных сегментах. Запускающие секрецию импульсы исходят из гипоталамуса и лимбической системы. Сюда импульсы поступают от различных отделов ЦНС (вплоть до коры больших полушарий) или с периферических рецеп- торов, расположенных в глазу. Рефракция В глазу, начиная от роговицы и до сетчатки, находятся среды, по-раз- ному преломляющие свет. Луч света с различной скоростью проходит че- рез роговицу, влагу передней камеры, хрусталик и стекловидное тело. Ес- ли скорость света в воздухе составляет 300000 км/с, то в других средах глаза она снижается почти до 200000 км/с. В результате на поверхности двух сред происходит преломление света — рефракция. Отношение ско- рости света в воздухе к соответствующей прозрачной среде называется рефракционным индексом. Рефракционный индекс роговицы равен 1,38, влаги передней камеры глаза—1,33, хрусталика—1,4, стекловидного тела — 1,34. Если одна среда находится под углом к свету, идущему по другой сре- де, то направление света меняется. Угол изменения направления зависит как от угла падения света, так и от рефракционного индекса. Границы каждой из сред действуют как линзы. Причем даже хрусталик не является > однородным телом, поэтому при точных расчетах необходимо учитывать i переднюю и заднюю поверхности его ядра. В клинической практике мож- но наблюдать различную степень неравномерности этих поверхностей, которая, естественно, отражается на преломляющей функции глаза.
146 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Для упрощения оценки преломляющей силы глаза пользуются мо- делью «редуцированного глаза», в котором все преломляющие среды складываются как бы в единую сферическую поверхность. При этом на сетчатке получается уменьшенное перевернутое изображение предмета. Преломляющие среды глаза не только фокусируют лучи на рецепторах сетчатки, но и фильтруют их. Так, влага передней камеры глаза практи- чески полностью не пропускает все инфракрасные лучи (с длиной волны более 760 мкм). Хрусталик также поглощает инфракрасные лучи. Ультра- фиолетовые лучи начинают поглощаться уже роговицей и остальными средами, так что и эти лучи до сетчатки не доходят. 6.12.2. Аккомодация Для ясного видения предмета необходимо, чтобы лучи от отдельных его точек были сфокусированы на сетчатке. Эту функцию выполняют глазные мышцы, поворачивающие глаз, и преломляющие среды глаза. В обычных условиях преломляющая сила глаза молодого человека обеспе- чивает фокусировку на сетчатке лучей, поступающих от далеко располо- женного предмета. Близкие предметы при этом видны расплывчато, так как лучи от них сфокусированы за сетчаткой. Чтобы ясно видеть близкие предметы, необходимо увеличить преломляющую силу глаза. Отсюда ста- новится понятным, почему одновременно нельзя ясно видеть далекие и близкие предметы. Приспособление глаза к ясному видению различно удаленных предме- тов называется аккомодацией. Оптическая система глаза имеет два основных приспособительных ме- ханизма, позволяющих активно регулировать интенсивность светового потока и его направленность,— зрачок и хрусталик. Аккомодация обеспечивается хрусталиком, кривизна которого может меняться (рис. 6.19). У молодого человека рефракционная возможность |рис.6.19|. Механизм аккомодации: 1 — роговица; 2 — вы- пуклый хрусталик при сокращении цилиарной мышцы (5) хрусталика может меняться от 15 до 29 D. Хрусталик за- ключен в тонкую капсулу, переходящую по краям в циннову связку, радиальные волокна которой прикреп- ляются с другого конца к ресничному телу. Кривизна хрусталика зависит от взаи- модействия сил эластично- сти его структур и упруго- сти, возникающей в цили- арном аппарате и склере, к которой прикреплена цили- арная связка. Механическое натяжение склеры, в свою очередь, за-
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 147 висит от внутриглазного давления. Так как обычно волокна связки натя- нуты, то форма хрусталика менее выпуклая, чем свойственно его эласти- ческим элементам. Регуляция аккомодации В регуляции натяжения цилиарного аппарата ведущее значение принад- лежит цилиарной мышце. В ней имеется два типа волокон: меридианные и циркулярные. Меридианные волокна тянутся от места перехода роговицы в склеру до цинновой связки и при своем сокращении «снимают» натяже- ние цинновой связки. Активно уменьшается натяжение связки и при сокра- щении циркулярных волокон. В результате под влиянием эластических сил хрусталика кривизна его увеличивается. Диапазон аккомодации (интервал изменения преломляющей способности) хрусталика наибольший в моло- дом возрасте человека, когда максимальная величина диапазона аккомо- дации достигает 14 D. При максимальной кривизне хрусталика точка бли- жайшего максимума видения глаза находится на расстоянии 7 см. С возра- стом хрусталик теряет эластичность, и после 45-50 лет диоптрическая сила его начинает снижаться так, что в старости диапазон аккомодации может составлять лишь около 2 D. При этом ближайшая точка нормального ви- дения постепенно отодвигается, и способность ясно видеть близкие пред- меты утрачивается. Это явление именуется пресбиопией (старческой дально- зоркостью). Цилиарная мышца иннервируется парасимпатическими волокнами глазодвигательного нерва, и при их возбуждении глаз начинает ясно ви- деть близко расположенные предметы. Стимулируется рефлекс с нейро- нов фовеальной области коры (зрительное поле 18). Если закапать в глаз лекарственные препараты, блокирующие медиаторную передачу сигна- лов парасимпатического нерва (атропин), то глаз перестает видеть близ- кие предметы. Поскольку для видения предметов, находящихся недалеко, цилиарная мышца должна сокращаться, то, например, при продолжи- тельном чтении глаза начинают «уставать». 6.12.3. Оптические несовершенства глаза Как и у всех линз, у роговицы и хрусталика различные участки имеют не- одинаковое фокусное расстояние: оно больше у центральной части, чем у периферической. За счет этого возникает явление сферической аберрации, делающее изображение нерезким, если лучи проходят через весь хрусталик. Кроме сферической аберрации оптические среды глаза человека созда- ют еще и хроматическую аберрацию. Она возникает вследствие того, что более короткие волны (синие цвета) преломляются сильнее, чем длинные (красные цвета). Поэтому лежащие на одинаковом расстоянии предметы синего цвета кажутся более отдаленными, чем красные. Художники поль- зуются этим явлением, изображая человека в красной одежде на синем фоне. Появляется пространственная перспектива — человек «выдвигает- ся» вперед и видится ближе к зрителю.
148 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Зрачок В глазу существует механизм, снижающий влияние сферической абер- рации,— зрачок: уменьшение его диаметра снижает участие перифериче- ских отделов оптической системы глаза в построении изображения, а зна- чит, уменьшается искажение. Радужная оболочка, отверстие в центре которой и составляет зрачок, содержит пигмент, цвет которого зависит от пигментации клеток и их распределения. В норме зрачки обоих глаз круглые и имеют одинаковый диаметр. Диаметр зрачка изменяется сокращением соответствующих мышц: кольцевые мышцы суживают зрачок, радиальные — расширяют. Реакция зрачка на изменение освещенности носит адаптивный характер, так как в определенном диапазоне позволяет стабилизировать уровень ос- вещенности сетчатки. Если прикрыть глаза от света, то зрачок расширяется, при поступлении света—суживается. Это — зрачковый рефлекс. В регуляции зрачкового рефлекса принимают участие парасимпатические волокна глазодвига- тельного нерва, вызывающие сужение зрачка посредством сокращения т. sphincter. Симпатические волокна, поступающие вместе с внутренней сонной и глазной артериями, обеспечивают расширение зрачка при со- кращении т. dilatator. У здорового человека реакция зрачков обоих глаз со- дружественна, то есть оба зрачка либо сужены, либо расширены. Реак- ция зрачков на освещенность, их состояние могут быть косвенными по- казателями возбуждения соответствующего отдела ВНС. Мускулатура радужной оболочки, изменяя величину зрачка, регулиру- ет поток света, поступающий в глаз. Для более четкого видения необхо- димо сохранить лишь центральные лучи. Днем в условиях хорошей осве- щенности оптимальный диаметр зрачка 2,4 мм. На ярком свету он стано- вится еще меньше (до 1,8 мм), а в темноте расширяется (до 7,5 мм), бла- годаря чему свет поступает на большее поле сетчатки. Реакция расшире- ния зрачка до максимального происходит очень медленно (до 5 мин), а сужение намного быстрей (менее 5 с). Негативным результатом расшире- ния зрачков в темноте является снижение остроты зрения, так как лучи света попадают и на периферические отделы хрусталика (явление сфери- ческой аберрации) и сетчатки (см. ниже). Аномалии рефракции В клинической практике кроме указанной выше старческой дальнозор- кости, обусловленной снижением эластических свойств хрусталика, чаще всего встречаются два основных дефекта преломления лучей: • миопия (близорукость), • гиперметропия (дальнозоркость). Они могут быть следствием изменения продольной формы глазного яб- лока. Для получения четкого изображения лучи от одной точки предмета должны сходиться на сетчатке. Но если глаз в продольном направлении удлинен или укорочен, то при нормальной степени преломляющей силы оптического аппарата лучи будут сходиться не строго на сетчатке: при мио-
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 149 пии — перед сетчаткой, а при гипер- метропии — за ней (рис. 6.20). Естест- венно, коррекция должна состоять в изменении преломляющей силы опти- ческого аппарата глаза. Миопам помо- жет двояковогнутая линза, а гипермет- ропичному глазу — двояковыпуклая. Диоптрическая сила соответствующей линзы должна быть различной в зави- симости от выраженности дефекта. У большинства людей вертикальная кривизна роговицы больше, чем гори- зонтальная (различие может достигать 0,5 D). Это несовершенство прелом- ления называется астигматизмом. Обычно небольшой астигматизм ис- правляется центральными механизма- ми зрительной сенсорной системы. Но у некоторых людей астигматизм быва- ет столь выраженным, что для ясного видения требуется дополнительная коррекция. Для этого применяются стекла с цилиндрической поверхностью. При указанных выше аномалиях рефракции коррекция может быть произведена не только с помощью соответствующих линз, но и изменени- ем кривизны роговицы путем оперативного вмешательства. Старческая катаракта (непрозрачность хрусталика) является следст- вием снижения содержания воды в хрусталике и его уплотнения. При пол- ной катаракте для частичного восстановления зрения необходимо уда- лять хрусталик. При этом требуются очки для зрения вдаль более +13 D. | Рис. 6 20 Некоторые виды нарушений оптиче- ской системы глаза и исправление их с помощью соответствующих линз: а — норма; б — миопия; в — гипер- метропия 6.12.4. Восприятие и обработка сигналов в сетчатке Рецепторные клетки сетчатки Сетчатка является внутрен- ней оболочкой глаза (рис. 6.21). Здесь располагаются фоторе- цепторы (палочки и колбочки), несколько видов нервных кле- ток и слой пигментных клеток. Светочувствительные членики фоторецепторов обращены в сторону пигментных клеток. Схема расположения клеточных эле- ментов сетчатки: слева — на перифе- рии; справа — в центре
150 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Носов яя Височная 1003/мм2 90° 60 30° | 0 30° 60° 90° Слепое пятно Центральная |Рис. 6.221______________Ямка____________ Плотность размещения палочек и колбочек в различных отделах сетчатки В центре сетчатки можно вы- делить два образования: - центральную ямку диаметром 0,4 мм {fovea centralis), - слепое пятно — место входа зрительного нерва. Прошедший через оптиче- скую систему глаза свет попада- ет на сетчатку, где воспринима- ется рецепторными клетками. Слой рецепторов в глазу челове- ка состоит приблизительно из 120 млн палочек и 6 млн колбо- чек. Они отличаются даже по внешнему виду (см. рис. 6.21), по местоположению на сетчатке и функциональному назначению. Максимальная плотность колбо- чек — в центре fovea. Наиболь- шая плотность палочек — в па- рафовеалъной области, а в самой центральной ямке палочки пол- ностью отсутствуют (рис. 6.22). В состав каждого фоторецеп- тора входят: - светочувствительный наружный сегмент, содержащий зрительные пигменты и ядро; - внутренний сегмент, содержащий большое количество митохондрий и других субклеточных структур; - синаптическое тело. Наружный сегмент палочки состоит примерно из 400-800 тонких дис- ковидных пластинок. Диск представлен двойной мембраной, с молекулами белка которой связан зрительный пигмент — родопсин. Примерно такую же структуру имеет и наружный сегмент колбочек, но у них мембранные структуры образуют складки. С мембраной складок связаны зрительные пигменты. Колбочки различаются по наличию трех типов зрительного пигмента: - йодопсина, - хлоролаба, - эритролаба. Структура всех зрительных пигментов очень близка, но имеющееся не- большое различие ее обеспечивает специфическую чувствительность каж- дого из пигментов к действию определенной длины волны (см. ниже). Диаметр наружного сегмента палочек от 2 до 5 мкм, а колбочек от 5 до 8 мкм.
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 151 Пигментный слой В пигментном слое сетчатки содержится черный пигмент — меланин, принимающий активное участие в обеспечении ясного видения. Пигмент, поглощая свет, препятствует его отражению от стенок и попаданию на другие рецепторные клетки. Участие пигмента наглядно видно у альбино- сов — людей с врожденным отсутствием его. У них через зрачок видны красные сосуды. В ярко освещенном помещении альбинос терйет способ- ность ясно различать предметы. Кроме того, пигментный слой содержит большое количество витамина А, участвующего в ресинтезе зрительных пигментов в наружных сегментах палочек и колбочек, куда он может лег- ко передаваться. Эти процессы особенно интенсивно совершаются в па- лочках. Поэтому при недостаточном поступлении в организм витамина А может развиться так называемая куриная слепота — нарушение зрения при плохом освещении, когда за счет расширения зрачка присоединяется палочковый аппарат. Механизм возбуждения фоторецепторов В фоторецепторах происходит взаимодействие кванта света с пигмен- том. Рассмотрим эти процессы на примере хорошо изученного взаимо- действия света с родопсином. Родопсин представляет собой высокомолекулярное соединение (мол. масса 270000), состоящее из альдегида витамина А—ретиналя и белка опсина. Фотохимические превращения зрительных пигментов начинаются с поглощения ими фотона и перехода на более высокий энергетический уровень, сопровождающийся их стереоизомеризацией. При этом происхо- дит поэтапное образование ряда промежуточных продуктов, конечным итогом чего является разрыв связи ретиналя с опсином (рис. 6.23). В рецепторных клетках ионы кальция слабо связаны с метародопсином либо с соседними мембранными белками. Запускаемый цикл фотохими- ческих процессов при участии кальмо- дулина активирует ионы Са2+. Свобод- ный кальций и другие вторичные по- средники (цГМФ) диффундируют к плазматической мембране, где изменя- ют ее проницаемость для Na+: возни- кает рецепторный потенциал (РП) (рис. 6.24). Но РП, возникающий в фо- торецепторах под действием кванта света, обусловлен не деполяризацией, как в других рецепторах, а гиперполя- ризацией мембраны рецепторной клет- ки. В темноте мембрана их сравни- тельно хорошо пропускает ионы на- трия, что приводит к низкому уровню ее поляризации (около -25 мВ). При действии света проницаемость натрие- Родопсин+квант света i Метародопсин I I Метародопсин II ? ZZ Прелюмород олеин I Люмиродопсин I Трансретиналь+олеин |Рис.6.23|______________________ Превращение молекулы родопсина при поступлении кванта света
152 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Схема строения сетчатки (слева), палочка (в центре) 1,5 — мембраны с фикси- рованными на них пиг- ментами; 2 — митохонд- рии; 3 — ядро; 4 — синапс вых каналов снижается, поэтому потенциал мембраны возрастает. При- чем амплитуда гиперполяризации растет с увеличением освещенности (максимально до -90 мВ). Родопсин палочек наиболее чувствителен при действии волны 505 нм. Цветочувствительные пигменты колбочек, состоящие из ретиналя и фото- псина (белковая часть его несколько отличается от скотопсина палочек), имеют пики чувствительности: голубочувствительные — при 445 нм, зеле- ночувствительные — при 535 нм и красночувствительные — при 570 нм (рис. 6.25). Рецепторный потенциал в палочках развивается медленнее, чем в кол- бочках. Обусловлено это скорее всего тем, что в палочках ион кальция должен пройти большее расстояние до ближайшего натриевого канала, чем в колбочках: в палочках большая часть молекул пигмента находится в мембране дисков, в то время как в колбочках—"в складках самой кле- точной мембраны. Поэтому при изменении освещенности палочковая си- стема более инерционна (см. «Адаптация рецепторов»). Спектральная чувствительность трех типов колбочек (по Me Nihol)
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 153 Обработка зрительной информации в нейронах сетчатки Нейроны сетчатки включают четыре типа клеток (см. рис. 6.24): - горизонтальные, - биполярные, - амакриновые, - ганглиозные. Фоторецепторные клетки с помощью синаптических контактов переда- ют сигналы на биполярные клетки. Биполярные клетки, в свою очередь, через синапс, расположенный на другом их полюсе, передают возбужде- ние на дендриты ганглиозных клеток. Горизонтальные клетки объединяют несколько синапсов биполярных клеток с фоторецепторами, а амакриновые клетки — синапсы биполяр- ных клеток с ганглиозными. Поскольку биполярные, горизонтальные и амакриновые нейроны имеют крайне ма^гые размеры, то возбуждение они могут проводить пассивно в виде РП, без возникновения ПД. Последний воз- никает лишь на уровне ганглиозных клеток, дающих начало зрительному нерву. В нейронах сетчатки при передаче сигналов активно проявляются про- цессы конвергенции и дивергенции. Биполярные клетки объединяют не- сколько фоторецепторов, а каждая ганглиозная клетка на входе получает импульсы от нескольких биполярных клеток. В результате происходит конвергенция (схождение) зрительных стимулов. В конвергенции ведущее значение принадлежит горизонтальным и амакриновым клеткам, которые ответственны за передачу сигналов латерального торможения. Степень дивергенции (расхождения) зависит от величины дендритного дерева ганглиозной клетки и контактирующих с ней нейронов. В цент- ральной ямке и вблизи нее колбочки и палочки через биполярные клетки контактируют преимущественно с индивидуальными ганглиозными клет- ками. Это обеспечивает высокую остроту зрения данного отдела сетчат- ки. Чем дальше к периферии сетчатки, тем степень дивергенции гангли- озных клеток более выражена. На периферии до 300 палочек конвергиру- ет на одну ганглиозную клетку, что обеспечивает суммацию ВПСП. В ре- зультате такой суммации при расширении зрачка чувствительность глаза в сумерках повышается. Хотя при этом одновременно снижается острота зрения. Суммарно в сетчатке преобладают процессы конвергенции над дивер- генцией, о чем свидетельствует несоответствие рецепторных клеток (125 млн) афферентным нейронам ганглиозных клеток (1 млн). Механизм преобразования светового сигнала в нейронах сетчатки Механизм передачи светового сигнала на уровне рецепторных клеток заключается в следующем (рис. 6.26). В связи с тем, что в темноте рецеп- торные клетки сетчатки имеют низкий уровень мембранного потенциала, через их пресинаптическую мембрану постоянно выделяется некоторое
154 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Возникновение РП и ПД в нейронных структурах сет- чатки: 1 — рецептор; 2, 4—синапсы; 3— биполярная клетка; 5 — ганглиозная клетка количество медиатора. Но этот медиатор явля- ется тормозным и не вызывает деполяриза- ции постсинаптической мембраны. Поступление кванта света приводит к гипер- поляризации мембраны, что снижает (прекра- щает) выделение меди- атора. Дальнейшее зависит от того, с какой бипо- лярной клеткой кон- тактирует рецепторная клетка. Биполярные клетки В сетчатке имеется два типа биполярных клеток — деполяризующиеся и гиперполяризующиеся. Эти клетки обладают спонтанной пейсмекерной ак- тивностью (способностью деполяризоваться). В деполяризующихся клет- ках в темноте, под влиянием выделяющегося из рецепторной клетки тор- мозного медиатора, спонтанная деполяризация угнетается. Напротив, при поглощении рецепторной клеткой кванта света, когда выделение ме- диатора прекращается, данная биполярная клетка деполяризуется. В ре- зультате этого сама биполярная клетка выделяет медиатор в синапсе с ганглиозной клеткой. В отличие от нее, гиперполяризующиеся биполярные клетки на свету угнетены. Таким образом, при действии света биполяр- ные клетки в зависимости от типа могут возбуждать или тормозить ган- глиозные клетки. Ганглиозные клетки Только на уровне ганглиозных клеток возникают типичные ПД. Этим клеткам свойствен и пейсмекерный механизм. В ганглиозных клетках в от- сутствие стимула от биполярных возникает спонтанная деполяризация с частотой ПД около 5 имп./с. Стимулирующий сигнал биполярных клеток повышает количество импульсов, отходящих от ганглиозных клеток, а тормозной — снижает. Таким образом, при поступлении света деполяри- зующиеся биполярные клетки передают прямое возбуждающее влияние от палочек или колбочек, а гиперполяризующиеся — тормозящее спон- танную активность. Ганглиозные клетки связаны с несколькими рецепторными клетками. Происходящие в нейронах сетчатки явления конвергенции и дивергенции составляют основу образования рецептивных полей (РПл) ганглиозных клеток сетчатки. Рецептивное поле — это область сетчатки, в пределах 1
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 155 которой соответствующий зрительный стимул при действии на рецептор- ные клетки вызывает возникновение соответствующих процессов в ганг- лиозных клетках. Через деполяризующиеся биполярные клетки ганглиоз- ная клетка возбуждается, а через гиперполяризующиеся — тормозится. В сетчатке имеется три класса ганг- лиозных нейронов с антагонистиче- ской организацией их РПл (рис. 6.27). Нейроны с оп-центром (включение) от- вечают деполяризацией на освещение центра рецепторных клеток, соединя- ющихся с ними, а это приводит к уве- личению частоты ПД по сравнению со спонтанной. В то же время освещение периферии этих РПл ведет к уменьше- нию частоты импульсации. При одно- временном освещении центра и пери- ферии реакция центра преобладает, хотя суммарный ответ становится бо- лее низким. В нейронах с off-центром (выключе- Рецептивные поля ганглиозных кле- ток палочкового аппарата ние) происходит противоположное: адекватным стимулом их является уменьшение освещенности центра РПл или же увеличение освещенности периферии. Ганглиозные клетки on-off-ттг. дают короткие ответы на пе- ремещение света через их рецептивное поле границы света и темноты. Однако сетчатка не представляет собой простую, морфологически за- крепленную сумму рецептивных полей, которые, как мозаика, контактиру- ют друг с другом своими границами. На самом деле соседние ганглиозные клетки получают входные сигналы от сильно перекрещивающихся и обыч- но лишь незначительно разнящихся групп рецепторов. Кроме того, у раз- личных ганглиозных клеток площадь рецептивных полей не одинакова. Особенно значительно различаются размеры центров: они минимальны в центральной ямке сетчатки и постепенно возрастают к ее периферии. Примечательно, что площадь РПл не постоянная, под влиянием лате- рального торможения она может трансформироваться. Так, при улучше- нии освещенности предмета рецептивное поле уменьшается. Функция горизонтальных и амакриновых клеток заключается в органи- зации РПл ганглиозных клеток, в расширении или сужении их площади. Горизонтальные клетки Основная роль горизонтальных клеток проявляется главным образом в боковых отделах сетчатки, где они соединяют несколько рецепторных и биполярных клеток. Горизонтальные клетки отвечают на медиатор ре- цепторов точно так же, как и деполяризующиеся биполярные клетки, то есть на свету возбуждаются. Но при этом они сами выделяют ингибирую- щий медиатор, который выполняет функцию латерального торможения биполярных клеток.
156 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Амакриновые клетки Амакриновые клетки возбуждаются биполярными клетками при депо- ляризации последних. Большинство этих клеток также обеспечивает лате- ральное торможение, но уже на уровне ганглиозных клеток. Во времени этот процесс контрастен угнетающему сигналу горизонтальных клеток. Для амакриновых клеток характерно кратковременное возбуждение. Таким образом, за счет формирования РПл ганглиозная клетка уже в сетчатке выполняет пространственную суммацию. 6.12.5. Обработка сигналов в центральных отделах зрительной сенсорной системы У основания черепа оба зрительных нерва сливаются и носовые полови- ны нервных волокон переходят на контралатеральную сторону (рис. 6.28). Перекрещенная часть волокон несет импульсацию от тех отделов сет- «Зрительный тракт»: перерезка (а) левого зри- тельного нерва приведет к утрате левого зри- тельного поля, перерезка (б) левого зритель- ного нерва после перекреста приведет к утра- те правой половины обоих зрительных полей, перерезка (в) на уровне хиазмы приведет к ут- рате височных зрительных полей, перерезка (?) промежуточного пучка приведет к утрате «коркового зрения» чатки, лучи на которые пада- ют от наружной половины ро- говицы. Поэтому зрительный нерв, прошедший перекрест, не- сет информацию в каждую по- ловину мозга преимуществен- но от соответствующей полови- ны зрительного поля обоих глаз. Зрительный тракт проходит через латеральные коленчатые тела. Причем часть волокон перед вступлением в- латераль- ное коленчатое тело дает от- ветвления к нейронам верхнш бугров четверохолмия. Зри- тельный сигнал, пройдя через эти структуры, а также через ядра вспомогательного зри- тельного тракта и претек- тальной области ствола, по- ступает к первичной зритель- ной коре, расположенной в за- тылочной доле мозга. Рядом с ней располагаются вторичная и третичная области коры больших полушарий. Обработка зрительной информации в подкорковых ядрах По своему размеру ганглиозные клетки сетчатки делятся на три типа. Клетки малого диаметра (до 10 мкм) равномерно распределены по всей сетчатке (их около 40 % ). Их нейроны проецируются в верхние бугорки
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 157 и соседние области. Импульсы, поступающие сюда, чрезвычайно важны для определения движущегося объекта и регуляции движения глаз. Сред- него размера нейроны (10-15 мкм), которых около 55%, получают им- пульсацию от центрально расположенных колбочек и палочек. После пе- рекреста их отростки несут информацию в латеральное коленчатое тело и зрительную кору. Очень большие (около 35 мкм) ганглиозные клетки составляют 5 % всех клеток. Они имеют широкие дендритные поля в сет- чатке, а их отростки проецируются в оба латеральных коленчатых тела и верхние бугорки четверохолмия. На уровне нейронов подкорковых ядер также можно обнаружить на- личие рецептивных полей, обеспечивающих их связь с конкретными ре- цепторами сетчатки. Рецептивные поля здесь тоже круглые, хотя и мень- шего размера, чем на уровне ганглиозных клеток. В каждом из указанных ядер происходит соответствующая обработка зрительной информации. Причем в этих ядрах осуществляется широкое взаимодействие зрительных нейронов с близлежащими структурами ЦНС. Так, в верхних бугорках четверохолмия нейроны отвечают появле- нием ПД преимущественно на движущийся стимул. При этом некоторые нейроны реагируют на движение зрительного стимула через рецепторное поле лишь в строго определенном направлении, у других — заданность направления менее выражена. То есть для появления реакции нейрона не- обходимо движение предмета. Но если предмет неподвижен, то возникает необходимость в движении глазных яблок. В глубоких слоях бугорков располагаются нейроны, которые и обеспечивают выполнение именно та- ких глазодвигательных рефлексов. Связаны они главным образом с ганг- лиозными клетками on-off-тта. К тому же нейроны верхних бугорков четверохолмия наряду со зрительными сигналами получают информацию о звуках, положении головы, а также переработанную зрительную инфор- мацию, возвращающуюся по петле обратной 'язи от нейронов первич- ной зрительной коры. Исходя из этого, полагают, :то передние бугры чет- верохолмия являются первичными центрами интегрирования сенсорной ин- формации, используемой для пространственной ориентации. В латеральном коленчатом теле три слоя нейронов связаны с сетчаткой этой же стороны, а три другие — с контралатеральным глазом. Многие нейроны здесь сгруппированы, как и в сетчатке, в виде концентрических РПл. Можно выделить два класса нейронов: отвечающие на контраст и от- вечающие на свет и темноту. В обеих группах нейронов есть РПл с on- и off- центрами. Некоторые нейроны имеют цветоспецифические РПл. Система нейронов сетчатки и латерального коленчатого тела выполняет анализ зри- тельных стимулов, оценивая их цветовые характеристики, пространствен- ный контраст и среднюю освещенность различных участков поля зрения. Зрительная кора Следующий этап анализа зрительных стимулов связан с функцией ко- ры больших полушарий. В каждом полушарии представлены лишь контрлатеральные половины полей зрения обоих глаз. Нейроны, получаю-
158 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ щие импульсацию от каждого глаза, образуют в области коры своеобраз- ную «чресполосицу». В коре нейроны сгруппированы в вертикальные колонки одинакового функционального назначения. В их формировании можно выделить ту особенность, что область коры, получающая информацию от централь- ной ямки — зоны наивысшей остроты зрения, примерно в 35 раз больше участка такой же величины периферии сетчатки. Правда, эти представле- ния весьма относительны: именно в этих отделах сетчатки плотность ре- цепторных клеток наибольшая, так что число ганглиозных клеток сетчат- ки, связанных с одной корковой колонкой нейронов, имеет примерно одинаковый диаметр — около 1 мм. В первичной зоне коры лишь небольшая часть нейронов реагирует на простые стимулы типа свет или темнота. Другая группа нейронов отвеча- ет на сравнительно простые контуры определенной ориентации, их изло- мы. Однако большинство нейронов коры обеспечивает опознание слож- ных и сверхсложных РПл. Сложные связаны с РПл, стимулом для кото- рых являются, к примеру, границы между темным и светлым, причем гра- ницы определенной ориентации или разрывы границ определенной ори- ентации и ширины и т. п. Сверхсложные РПл части нейронов реагируют на границы между светлым и темным строго определенной ориентации и ограниченной длины, определенные углы и т. п. Кроме этих отделов коры, в ней имеется еще ряд нейронных полей, причастных к обработке зрительной сигнализации. Так, в теменной дбле коры (поле 119) имеются нейроны, осуществляющие дальнейшую (после зрительных зон затылочной доли) обработку информации. Этот отдел иг- рает значительную роль в регуляции движения глаз и головы для фикса- ции объекта. Нейроны, участвующие в обработке зрительной информа- ции, имеются и в других отделах ассоциативных областей коры (височная доля, лобная доля)! В результате в коре больших полушарий, например, для восприятия ка- кой-либо буквы одновременно должны возбуждаться многие нейроны, : каждый из которых реагирует на определенную часть буквы. Их возбуж- дение создает своеобразную нейронную мозаику, которая в процессе обу- чения и позволяет узнавать эту букву как целое. Эти процессы соверша- ются во вторичной и третичной зрительных областях коры. 6.12.6. Восприятие цвета Глаз человека в состоянии различать не только формы, поверхности : или оттенки серого цвета. Ему доступны для различения волны в диапа- « зоне от 400 до 760 нм, сочетание которых воспринимается как различные ( цвета. Непосредственно примыкающие к ним области инфракрасного и I ультрафиолетового света не вызывают никаких цветовых ощущений, хо- [ тя при высокой интенсивности они могут ассоциироваться с весьма ела- f быми (серыми) тонами. Человек может различать до 7 млн различных .' цветовых оттенков. : Хроматические оттенки можно охарактеризовать тремя качествами: t £
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 159 тоном, насыщенностью и светлотой. Вся гамма цветов — от красного до фиолетового — может быть представлена постепенным переходом от од- ного оттенка к другому. Каждый цвет имеет свою волновую характеристику. Так, длина волны чисто-красного цвета 570 нм, зеленого — 536 нм, голубого — 445 нм. Смесь этих цветов дает промежуточные цвета. Указанные три цвета при- знаны международной конвенцией в качестве главных (первичных) цве- тов. Равномерное смешивание их дает белый цвет, а, к примеру, смеши- вание красного и зеленого цветов дает промежуточный, желтый, цвет. Эти представления легли в основу трехкомпонентной теории цветового зрения (Юнг, Гельмгольц). Полагают, что на уровне рецепторов цветовое зрение обеспечивается наличием в сетчатке, как минимум, трех типов колбочек, каждая из которых работает как независимый приемник (см. рис. 6.25). Одни колбочки содержат пигмент, реагирующий на красный цвет, другие — на зеленый, третьи — на фиолетовый. Любой цвет оказы- вает влияние на все три типа колбочек, но чувствительность к «своему» выше. Комбинация возбуждения их обрабатывается по всей афферентной «дорожке», вплоть до коры больших полушарий, и только комплекс воз- никающих физиологических процессов воспринимается в нашем созна- нии как соответствующий цвет. Теория оппонентных цветов (Геринг) Было замечено, что при рассматривании некоторых цветов, находя- щихся рядом, можно обнаружить появление дополнительного, третьего цвета или исчезновение какого-либо цвета. Так, например, серый круг в окружении ярко-зеленого кольца видится красным. Геринг, предложив- ший теорию оппонентных цветов, считал, что имеется четыре основных цвета, которые позволяют выделить попарные их цветоконтрастные соче- тания: зелено-красное и желто-синее. Предлагалось выделить три типа колбочек: воспринимающие указанные две пары цветовых контрастов и бело-черный контраст. Другие цветовые ощущения рождаются из сочета- ния указанных трех. Однако предположение о наличии такого типа кол- бочек в сетчатке не подтвердилось. В последующем, когда научились отводить биопотенциалы от отдель- ных рецепторов и нервных клеток, было показано, что верными, по-види- мому, являются обе указанные выше теории. Трехкомпонентная теория пригодна для описания процессов, происходящих на уровне колбочек. А вот обработка цветовой информации на более высоких уровнях, начиная с ганг- лиозных нейронных цепей, происходит по типу одновременного цветового контраста. Были обнаружены ганглиозные клетки, имеющие рецептив- ные поля указанных выше цветовых сочетаний. Освещение колбочек од- ним цветом, возбуждая деполяризующиеся биполярные клетки, возбужда- ет ганглиозную клетку. Другие цвета ингибируют ганглиозную клетку че- рез гиперполяризующиеся биполярные или горизонтальные клетки. В не- которых случаях спектральная чувствительность периферии РПл гангли- озных клеток является зеркальным отражением кривых для их центра.
160 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Нейроны латеральных коленчатых тел также представлены по типу цве- токонтрастных рецептивных полей. Хорошим клиническим доказательством наличия цветоспецифических колбочек является врожденное отсутствие у некоторых людей колбочек, воспринимающих тот или иной цвет. Наиболее часто встречаются даль- тоники (протанотропы)— люди, не воспринимающие красный цвет. Дальтонизм встречается у 8 % мужчин и обусловлен генетическим дефек- том в непарной Х-хромосоме. Протанотропы не воспринимают красный цвет, а сине-голубые лучи им кажутся бесцветными. Значительно реже встречается дейтеранопия («зеленослепые»), когда зеленые цвета люди не отличают от темно-красных и голубых. Еще реже встречаются люди с тританопией, при этом не воспринимаются лучи синего и фиолетового цвета. Встречается и полная цветовая слепота вследствие полного пора- жения колбочкового аппарата, когда человек все предметы воспринимает лишь в виде различных оттенков серого цвета. Однако цветовые характеристики на уровне сетчатки и подкорковых структур только начинают анализироваться. Окончательный их анадиз происходит на уровне коры больших полушарий. Человек, имеющий де- фект цветового зрения, в процессе обучения приспосабливается, частично компенсируя этот недостаток. Для обнаружения нарушения дефекта восприятия цветов можно вос- пользоваться специальными полихроматическими таблицами. 6.12.7. Световая и темновая адаптация Чувствительность рецепторных клеток глаза не постоянна, а зависит от освещенности и предшествующего раздражителя. Так, после действия интенсивного света чувствительность рецепторных клеток резко понижа- ется, а в темноте — возрастает. Зрение адаптируется к свету быстрее — в течение нескольких минут, а темновая адаптация достигается лишь че- рез несколько десятков минут. Это различие частично объясняется тем, что чувствительность «дневных» колбочек меняется быстрее (от 40 с до нескольких минут), чем «вечерних» палочек (их адаптация полностью заканчивается лишь спустя 40-50 мин). При этом палочковая система ста- новится намного чувствительнее колбочковой: в абсолютной темноте по- рог зрительной чувствительности достигает уровня 1-4 фотонов в секун- ду на фоторецептор. В скотопических условиях световые стимулы лучше различаются не центральной ямкой, а окружающей ее частью, где плот- ность палочек наибольшая. Кстати, различие скорости адаптации вполне объяснимо: в естественной природе освещенность после захода солнца снижается достаточно медленно. Механизмы адаптации к меняющейся освещенности начинаются с ре- цепторного и оптического аппаратов глаза. Последнее связано с реакцией зрачка: сужение на свету и расширение в темноте. Этот механизм вклю- чается с помощью ВНС. В результате изменяется количество рецепторов, на которые падают лучи света: подключение в сумерках палочек ухудша- ет остроту зрения и замедляет время темновой адаптации.
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 161 В самих рецепторных клетках процессы понижения и повышения чув- ствительности, с одной стороны, обусловлены изменением равновесия между распадающимся и синтезируемым пигментом (определенная роль в этом процессе принадлежит пигментным клеткам, снабжающим палоч- ки витамином А). С другой стороны, с участием нейронных механизмов регулируются размеры рецепторных полей, а также переключение с кол- бочковой системы,на палочковую. В причастности рецеп- торных клеток к процессу адаптации можно легко убедиться при рассматрива- нии рис. 6.29. Так, если вна- чале фиксировать глаз на левой половине рисунка, а затем перевести его на пра- вую, то в течение несколь- ких секунд можно будет ви- деть негатив рисунка. Те участки сетчатки, на кото- рые падали лучи от темных мест, становятся более чув- ствительными, чем сосед- ние. Это явление именуется последовательным образом. Рисунок, позволяющий определить постепенное разложение зрительного пигмента: после 20-30- секундного рассматривания черного крестика пе- ревести взгляд на рядом расположенное белое по- ле, где можно будет увидеть более светлый кре- стик Последовательный образ может быть и цветным. Так, если в течение нескольких секунд рассматривать какой-либо цветной предмет, а затем перевести взгляд на белую стену, то можно увидеть тот же предмет, но окрашенным в дополнительные цвета. По-видимому, это обусловлено тем, что белый цвет содержит комплекс световых лучей различной длины волны. И когда на глаз действуют лучи той же длины волны, что и рань- ше, чувствительность соответствующих колбочек оказывается снижен- ной, и этот цвет как бы вычленяется из белого. 6.12.8. Восприятие пространства Движение глаз Для нормального видения предметов глаз должен постоянно-двигаться (рис. 6 30). В связи с тем, что импульсы в рецепторных клетках возникают в момент «включения» либо «выключения» света, необходимо постоянно переводить луч света на новые рецепторы. При регистрации непроизволь- ного движения глаза можно обнаружить, что продолжительность каждо- го отдельного скачка (саккады) равна сотым долям секунды, а размер его не превышает 20 градусов. Кроме скачков, глаз непрерывно мелко дро- жит и дрейфует, смещаясь с точки фиксации взора. Эти движения необхо- димы для дезадаптации зрительных нейронов. Оба глаза обычно движутся содружественно. Двигательный аппарат 6-2006
162 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Запись движения глаз при рассматривании неподвижно- го предмета в течение 2 мин (по Я. Л.Ярбусу) глаз состоит из шести наружных мышц, иннервированных тремя черепно- мозговыми нервами (рис. 6.31). Мотонейроны их сгруппированы в стволе мозга и находятся под влиянием как ретикулярной формации его, так и восходящей и нисходящей импульсации. Здесь начинаются рефлекторные пути, обеспечивающие наилучшее видение неподвижных и движущихся объектов. Большую роль в возникновении непроизвольных движений глаза играют нейроны верхних бугров четверохолмия. Сходящиеся в стволе мозга афферентные пути других сенсорных систем обеспечивают соответствующее движение глаз при их раздражении: нистагм и движение глаз при действии вестибулярных стимулов, поворот головы и глаз в на- правлении шума и т. п. Результатом связи с вестибулярным анализатором являются и вращательные движения глаз для установки горизонтальной Произвольная фиксация глаз Рис. 6.311 Нервы: Ш пара IV пара VI пара. Непроизвольная — фиксация глаз I Вторичная -/-зрительная g-— область ) Первичная • -/^'зрительная . _ область Знсцеральное ядроШ пары Верхние бугорки 'четверохолмия 5лазодвнгательное ядро Ядро блокового "д нерва —V Отводящее ч J ядро (^^-Вестибулярное Схема путей, управляющих : движениями глаз ’Й
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 163 оси при наклоне головы (см. рис. 6.11). Сюда же поступают команды и от коры больших полушарий (теменная и лобная доли) для выполнения как бессознательных, так и сознательных движений глаз. Оценка скорости движения предмета в пространстве В оценке скорости движения решающее значение принадлежит цент- ральным механизмам зрительной коры. В основе оценки скорости движу- щегося предмета лежит обучение сравнения неподвижного объекта и сме- щающегося, лучи от которого перемещаются по сетчатке. Чувствитель- ность к движению уменьшается при увеличении расстояния стимулируе- мого участка сетчатки от центральной ямки. Поэтому при появлении дви- жущегося объекта на периферии сетчатки глаз переводит его в область центральной ямки. Центральные механизмы переработки зрительной ин- формации осуществляют комплексное сравнение раздражений, поступаю- щих на сетчатку от движущихся и неподвижных предметов, с командами от движения глаз и головы. Оценка расстояния Для оценки расстояния важно то, как расположен предмет относительно глаза: чем ближе к глазу, тем большее количество рецепторов сетчатки его воспринимает. Значительно облегчает- ся определение расстояния при би- нокулярном зрении. Восприятие и оценка глубины одним глазом возмож- на лишь при длительной тренировке, то есть они связаны с выработкой ус- ловных рефлексов. Бинокулярное зрение обеспечивает точное восприятие глуби- ны пространства. При бинокулярном зрении изображе- ние предмета попадает на идентичные участки сетчатки, и в центральном звене зрительной системы оно воспри- нимается как единое целое. А, напри- мер, если при этом пальцем сместить один глаз из его естественного положе- ния, то эффект воздействия лучей на идентичные участки сетчатки нарушит- ся, отчего предмет раздваивается. Большое значение для оценки рас- стояния, а также размеров предмета имеет сравнение его с окружающими, благодаря чему субъективное восприя- тие истинных форм может и изменить- ся (рис. 6.32). Рисунок, показывающий механизм научения при определении размеров предметов: одинаковой величины фигура человека на фоне уходящего вдаль «тоннеля» представляется ги- гантской
164 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Острота зрения Максимальная способность зрения воспринимать отдельные объекты называется остротой зрения. Для этого, вероятно, необходимо, чтобы возбуждение возникло в двух ганглиозных клетках. Острота зрения зави- сит как от плотности расположения рецепторов, так и от размера рецеп- тивных полей, определяющих контраст, а последнее зависит еще и от ос- вещенности. Этому условию для нормального глаза удовлетворяет ход лучей под углом в 1° (рис. 6.33). Схема исследования ост- роты зрения (расстояние 5 м) Максимальная острота зрения — при попадании лучей на желтое пят- но, где плотность рецепторов наибольшая, а размеры центров рецептив- ных полей наименьшие. К периферии от желтого пятна острота зрения становится ниже. Для измерения остроты зрения существуют специально разработанные таблицы, на которых детали букв или символов видимы под соответству- ющими углами с определенного расстояния. Поле зрения Когда предмет фиксируется взгля- дом, то его изображение падает на желтое пятно. В этом случае предмет видится наиболее отчетливо с по- мощью так называемого центрально- го зрения. Предметы, изображение которых падает на остальные отделы сетчатки, за счет периферического , зрения видны менее ясными. То про- странство, которое различается гла- ; зом при фиксации взгляда в одной > точке, называется полем зрения. Из- ; меряют поле зрения с помощью при- [ бора периметра. ; Границы поля зрения (рис. 6.34) ) для обоих глаз несколько отличают- | ся, но в среднем для бесцветных ' предметов составляют: нижняя — 70, j верхняя — 60, внутренняя — 60, на- !
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 165 ружная — 90°. В связи с тем, что на периферии сетчатки очень мало кол- бочек, которые обеспечивают видение цветных предметов, для них, есте- ственно, поля зрения намного уже. Причем величина поля зрения для раз- ных цветов не одинакова. 6.13. НОЦИЦЕПТИВНАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ 6.13.1. Биологическое назначение боли Особое положение среди других видов чувствительности занимает бо- левая рецепция. Боль дает относительно мало информации о внешнем мире, но в то же время предупреждает организм о грозящей ему опасно- сти, способствуя сохранению целостности организма, а порой и самой жизни. «Боль — сторожевой пес здоровья», — говорили древние греки. Полноценное возникновение ощущения боли возможно лишь при сохра- нении сознания, так как в противном случае исчезают многие реакции, свойственные боли. Несмотря на важность проблемы боли для медицины (ведь именно боль, лишая больного покоя, заставляет обратиться к врачу), только в по- следние два десятилетия появились исследования, позволяющие сформу- лировать научно обоснованную концепцию болевой сенсорной системы. Однако и сегодня многие аспекты этой проблемы еще далеки от решения. Какое раздражение вызывает боль? Согласно современным представ- лениям, боль вызывают ноцицептивные (noces — вредный) раздражители (то есть такие, которые повреждают целостность тканей). Например, яд только тогда вызывает боль, когда разрушает или умерщвляет ткань. Чувство боли вызывает поведенческую реакцию организма, которая на- правлена на устранение опасности. В связи с чрезвычайной важностью для организма устранения раздражителя, который вызывает боль, рефлектор- ные реакции, вызванные этим раздражителем, подавляют большинство других рефлексов, которые могут возникать одновременно с ними. Пока боль предупреждает организм о грозящей опасности, о наруше- нии целостности его, она нужна. Но как только информация учтена, боль может превращаться в страдание, и тогда ее желательно «выключить». К сожалению, боль не всегда прекращается после того, как защитная ее функция выполнена. Как правило, человек не в состоянии по собственно- му желанию прекратить боль, когда она становится излишней. И тогда она по принципу доминанты может полностью покорить его сознание, направлять его мысли, расстраивать сон, дезорганизовать функции всего организма. Иными словами, боль из физиологической превращается в па- тологическую. Патологическая боль обуславливает развитие структурно-функцио- нальных изменений и повреждений в сердечно-сосудистой системе, во внутренних органах, дистрофию тканей, нарушение вегетативных реак- ций, изменение деятельности нервной, эндокринной, иммунной систем. Вместе с тем многие заболевания внутренних органов (например, такое опаснейшее, как рак) возникают, не Вызывая боли. Лишь только при да-
166 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ леко зашедшем процессе, когда излечение становится почти невозмож- ным, развивается боль. 6.13.2. Виды боли Различают два вида боли: - физическую, - психогенную. Физическую боль, в зависимости от причины возникновения, подразде- ляют на три разновидности: - обусловленная внешним воздействием, - обусловленная внутренним процессом, - обусловленная повреждением нервной системы. Психогенная боль обусловлена психологическим статусом человека и возникает в связи с соответствующим его эмоциональным состоянием. Психогенная боль так или иначе возникает по воле человека. Источник боли может находиться в коже, двигательном аппарате или внутренних органах. Возникающая в коже соматическая боль называется поверхностной, а в мышцах, костях, суставах, соединительной ткани — глубокой. Соматическая боль бывает: - ранняя, - поздняя. Полагают, что ранняя боль необходима организму для ориентировки в окружающей среде, являясь сигналом опасности. Поздняя боль, как более продолжительная, позволяет ЦНС разобраться в происхождении ноци- цептивного воздействия и принять меры к его устранению. Возникающая с латентным периодом в 0,5--1 с, поздняя боль может быть жгучей или ту- пой (ноющей). По сравнению с ранней болью, точно локализовать ее труднее. Соматическую боль вызывают воздействия многих физических и химических факторов. Попытка отыскать универсальный посредник, по- являющийся в тканях при действии раздражителя, успеха не имела. Висцеральная боль отличается от соматической как по интенсивности, так и по механизму развития. Она, как и глубокая боль, часто бывает диффузной или тупой, плохо локализуется и имеет тенденцию иррадии- ровать в окружающие области. Во внутренних органах боль возникает: - при резком растяжении органа (например, кишечника, желчного пузы- ря, при потягивании за брыжейку); - затруднении оттока крови (ишемии); - спазме гладких мышц (печеночная, почечная). Особенно болезненны наружная стенка артерий, париетальная брюши- ; на, перикард, париетальная плевра. Имеется еще один вид боли — отраженная. Это болевые ощущения, * вызванные ноцицептивным раздражением внутренних органов, которые; локализуются не в данном органе, а в отдаленных участках тела. Особен- но часто отраженные боли возникают в соме. Механизм их сводится к тому, что некоторые кожные болевые афференты и болевые афференты, J
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 167 идущие от внутренних органов, при вхождении в спинной мозг широко конвергируют на один и тот же нейрон. Так, при заболевании сердца че- ловек ощущает боль в левой руке, лопатке, эпигастральной области; при заболевании желудка — в области пупка; при поражении диафрагмы — в затылке или лопатке; при почечной колике — в яичках и в области гру- дины; при заболевании гортани — в ухе. Заболевания печени, желудка и желчного пузыря нередко сопровождаются зубной болью, при камнях в мочевом пузыре больные могут жаловаться на боли в области головки полового члена. Так как взаимодействие между отдельными участками кожи (дерматомами) и внутренними органами в сегментах спинного моз- га хорошо известно (см. гл. 7), подобные отраженные боли играют боль- шую роль в диагностике различных заболеваний. 6.13.3. Нейрофизиологические механизмы боли Существуют ли специфические рецепторы, реагирующие только на бо- левое раздражение, или ноцицептивные стимулы зарождаются и в других рецепторах? При ответе на этот вопрос суть менее распространенной те- ории интенсивности заключается в том, что возникновение боли происхо- дит при избыточной силе или продолжительности действия обычных сен- сорных стимулов на обычные (неспецифические) рецепторы. Однако в настоящее время большинство исследователей являются сто- ронниками теории специфичности. Основные ее положения следующие: - существование специфических рецепторов, воспринимающих действие патологического агента; - наличие специфических проводящих афферентных путей; - наличие в головном мозге специфических структур, обеспечивающих переработку соответствующей информации. Рецепторы Болевой раздражитель воспринимают свободные нервные окончания. Установлено, что, например, на коже болевых точек значительно больше, чем чувствительных к давлению (9:1) или к холоду и теплу (10:1). Одно это свидетельствует о наличии самостоятельных ноцицепторов. Ноцицеп- торы есть в скелетных мышцах, сердце, внутренних органах. Много но- цицепторов имеется в легких, их раздражителем являются газы, пылевые частицы. Все соматические рецепторы можно подразделить на низко- и высоко- пороговые. Низкопороговые рецепторы воспринимают давление, темпера- туру. Ноцицепторы являются, как правило, высокопороговыми и возбуж- даются при воздействии сильных повреждающих раздражителей. Среди них различают механо- и хеморецепторы. Механорецепторы располага- ются преимущественно в соме. Их основной задачей является сохранение целостности защитных покровов. Этим рецепторам боли присуще свой- ство адаптации, так что при длительном действии раздражителя острота воспринимаемой боли уменьшается. Как правило, механоноцицепторы являются свободными нервными
168 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ окончаниями тонких миелинизированных волокон, проводящих импуль- сы со скоростью около 11 м/с. Хеморецепторы располагаются преимущественно в коже, мышцах, внутренних органах (главным образом, в стенках мелких артерий). В сво- ем большинстве они передают импульсацию по С-афферентам (скорость проведения около 1 м/с). Возбуждение хеморецепторов обуславливают те вещества, которые отнимают у тканей кислород. Непосредственным раз- дражителем ноцицепторов являются вещества, которые до этого находят- ся внутри клеток. К примеру, ими являются ионы калия, брадикинины. У химических ноцицепторов практически отсутствует свойство адапта- ции (в плане понижения чувствительности). Напротив, при воспалении, повреждении тканей чувствительность хемоноцицепторов постепенно возрастает. Это обусловлено повышением в тканях содержания гистами- на, простагландинов, кининов, которые модулируют чувствительность ноцицептивных хеморецепторов. Эти соединения воздействуют либо пря- мо на мембрану рецептора, либо опосредованно, через состояние сосудов, приводя к гипоксии тканей. Таким образом, можно сказать, что с по- мощью хеморецепторов контролируется тканевое дыхание. Чрезмерное нарушение этих процессов является опасным для организма, о чем и сиг- нализируют ноцицепторы. Ноцицепторы наряду с химическими и меха- ническими раздражителями реагируют и на температурные стимулы. Но- цицептивные терморецепторы начинают возбуждаться при действии на кожу температуры выше 45 °C. Спинной мозг Проводящими путями болевой чувствительности являются задние ко- решки соматических нервов, симпатические и некоторые парасимпатиче- ские афференты. Первые передают раннюю боль, вторые— позднюю. В целом восходящие пути ноцицептивной сенсорной системы примерно та- кие же, как и у других видов чувствительности. Для большинства афферентов (естественно, кроме ноцицепторов, рас- полагающихся на голове) первым уровнем переработки восходящей боле- вой сигнализации является спинной мозг. Здесь в сером веществе заднего рога в краевой зоне располагаются нейроны, от которых начинаются вос- ходящие спиноталамические пути. Первичная боль проводится от нейро- нов I, IV-VI пластин, которые после перекреста по боковому канатику доходят до вентрального постеролатерального ядра зрительного бугра. В спинном мозге в переработке информации, поступающей от рецепто- ров, принимают участие как другие афференты, так и нисходящие сигна- < лы от различных отделов головного мозга. Благодаря широкой сети кон- - тактов ноцицептивных интернейронов с неболевыми, порог чувствитель- Ё ности ноцицепторов может модулироваться. Участие вышележащих цен- тров в регуляции поступления ноцицептивных стимулов по афферентным | путям на уровне спинного мозга основано на широком проявлении меха- t низмов конвергенции, суммации, облегчения и торможения. Так, пониже- | ние чувствительности вставочных нейронов спинного мозга приведет к г
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 169 тому, что далеко не все импульсы, поступившие с периферии, будут пере- даны выше. К примеру, боль, возникающая при порезе пальца, уменьша- ется при давлении на окружающие ткани. Указанный механизм обработки ноцицептивной информации на уров- не спинного мозга получил название «воротный механизм». Если тормо- зится передача импульсации, то говорят о «закрытии ворот», при усиле- нии — об «открытии ворот». В основе указанного механизма лежат сле- дующие представления. Передача ноцицептивных сигналов модулируется системой нейронов заднего рога, получающих сигналы от различных аф- ферентов большого и малого диаметра. В основе его лежит как количест- во импульсов, поступающих от ноцицептивных и других афферентов, так и источник их. Высокая интенсивность импульсов, поступающих по ней- ронам большого диаметра, ограничивает восходящую импульсацию ней- ронов малого диаметра, к которым относятся и ноцицептивные волокна. И наоборот, высокая интенсивность импульсации по волокнам малого диаметра увеличивает вероятность проведения восходящей ноцицептив- ной афферентации. Кроме того, обработка ноцицептивной импульсации на уровне спинного мозга корректируется нисходящими влияниями вы- шележащих нервных цетров (особенно ретикулярной формации ствола) вплоть до коры больших полушарий. На уровне системы воротного кон- троля проведение боли осуществляется с помощью пептида Р, который часто называют медиатором боли (от англ, pain — боль). Результатом деятельности спинного мозга по анализу болевой импуль- сации может быть, не только передача ее к вышележащим отделам ЦНС, но и формирование ответных рефлекторных реакций. Так, использование в качестве эфферентов мотонейронов приводит к мышечному движению (например, отдергиванию руки от горячего предмета), а вегетативных нервов — к соответствующим изменениям со стороны внутренних орга- нов, сосудов, обменных процессов. Однако на уровне спинного мозга само ощущение боли еще отсутству- ет, оно возникает лишь в центрах головного мозга. Уровень центров головного мозга Нейроны серого вещества спинного мозга для передачи болевой сигна- лизации не образуют четко сгруппированных восходящих путей. Хотя можно отметить, что наиболее значительный поток ноцицептивной ин- формации передается в латеральных отделах вместе с тактильной чувст- вительностью. Эта информация поступает ко многим нейронам мозга: - ретикулярной формации, - центральному серому веществу, - ядрам таламуса, - гипоталамусу, - соматосенсорной области коры больших полушарий. Вторичная боль проводится от нейронов VII—VIII пластин спинного мозга через переднебоковые столбы вначале до ядер ретикулярной формации серого вещества, лежащих около водопровода. Ретикулярные
170 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ноцицептивные области выполняют несколько функций в организации болевой рецепции: - благодаря многочисленным связям ретикулярных нейронов афферен- тные ноцицептивные импульсы усиливаются и поток их поступает к соматосенсорным и соседним отделам коры больших полушарий; - через ретикулоталамические пути импульсы поступают к ядрам зри- тельного бугра, к гипоталамусу, полосатому телу, лимбическим отде- лам мозга. Таламус, его вентропостеролатеральные ядра (VPL), среди всех много- численных структур мозга является главными подкорковыми центрами болевой чувствительности. Таламусу принадлежит способность грубой, ничем не смягченной (протопатической) чувствительности. В отличие от этого кора головного мозга способна дифференцировать сигналы тонкой (эпикритической) чувствительности, смягчать и локализо- вать чувство боли. Самое важное, что именно кора играет ведущую роль в восприятии и осознании боли. Здесь возникает субъективная ее оценка, В этом плане роль ретикулярной формации сводится к резкому повыше- нию тонической, возбуждающей кору сигнализации при поступлении бо- левого раздражения. Гипоталамические структуры через подключение лимбических отделов мозга участвуют в эмоциональной окраске болевых ощущений (страх, страдание, ужас, отчаяние и т. д.). Через этот отдел подключаются разно- образные вегетативные реакции. В результате столь обширного расположения ноцицептивных нейронов создаются присущие только болевой чувствительности качественно отли- чительные реакции организма на повреждение: - спинной мозг реализует двигательные и симпатические рефлексы; - ретикулярная формация контролирует дыхание и кровообращение; - гипоталамус поддерживает гомеостаз и регулирует выделение гормо- нов; - лимбическая система реализует аффективно-мотивационные компо- ненты; - кора больших полушарий — компоненты внимания и тревоги в боле- вом поведении. Таким образом, ответная реакция на боль является результатом слож- ного взаимодействия нейронных систем. При этом получаемая информа- ция о положении, величине и времени действия болевого стимула сравни- вается с другими сенсорными воздействиями, с опытом прошлого. В со- ответствующих отделах ЦНС происходит определение вероятности раз- личных ответов на болевой стимул, принимается решение о защите или нападении. Так, в случае внезапного повреждения кожи ответная реакция на боль заключается в непроизвольных движениях (сгибательный ре- флекс, реакция вздрагивания, изменение положения других частей тела, ориентировка головы и глаз для рассматривания поврежденного участ- ка), сосудистых и других реакциях кожи (побледнение или покраснение
Глава 6. СЕНСОРНЫЕСИСТЕМЫ 171 кожи, потоотделение, сокращение мышц вокруг волосяных луковиц ко- жи), кардиоваскулярных и респираторных изменениях. Ощущение боли сопровождается эмоциональными и психическими проявлениями: состоя- нием тоски, вскрикиванием, стонами, гримасами. 6.13.4. Антиноцицептивные системы Поступление в ЦНС всех видов сенсорной импульсации, а особенно ноцицептивной, воспринимается не пассивно. На всем пути следования ее, начиная от рецепторов, осуществляется соответствующий контроль. В результате запускаются не только защитные механизмы, направленные на прекращение дальнейшего действия болевого стимула, но и адаптивные. Эти механизмы приспосабливают функцию всех основных систем самой ЦНС для деятельности в условиях продолжающейся болевой стимуляции. Основную роль в перестройке состояния ЦНС играют антиноцицептив- ные (анальгетические) системы мозга. Антиноцицептивные системы мозга образованы группами нейронов или гуморальными механизмами, активация которых вызывает угнетение или полное выключение деятельности различных уровней афферентных систем, участвующих в передаче и обработке ноцицептивной информа- ции. Происходит это путем изменения чувствительности к медиатору постсинаптической мембраны ноцицептивного нейрона. В результате, не- смотря на то, что к нейрону импульсы по ноцицептивным путям подхо- дят, возбуждения они не вызывают. Отличительной особенностью анти- ноцицептивных факторов является большая продолжительность (несколь- ко секунд) их эффекта. В настоящее время можно говорить о четырех видах антиноцицептив- ных систем: двух нейронных и двух гормональных/ Нейронные системы Нейронная опиатная система Она получила свое название в связи с тем, что рецепторы медиаторов этих нейронов обладают способностью соединяться с фармакологически- ми препаратами, полученными из опия. Из-за структурно-функциональ- ного сходства с экзогенными опиатами медиаторы указанных антиноци- цептивных нейронов получили название эндорфины. К эндорфинам отно- сится группа веществ пептидной природы, образующихся в нейронах из предшественника — проопиомеланокортина. Пептидами являются также и близкие к эндорфинам энкефалины. Накапливающиеся в гранулах эндорфины при возбуждении нейрона под влиянием поступающего кальция (при взаимодействии его с цАМФ) секретируются в синаптическую щель. Взаимодействие эндорфина с опи- атным рецептором постсинаптической мембраны нарушает чувствитель- ность к медиатору тех ее рецепторов, которые передают болевую сигна- лизацию (рис. 6.35). Таков же механизм обезболивания и при введении экзогенного морфи-
172 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ | Рис. 6.35|___|~а~|__—pH. Схема действия нейронной анти- ноцицептивной системы: 1 — но- цицептивный афферент; 2 — аксон антиноцицептивного нейрона; 3 — тело нейроны, а — передача ноци- цептивного импульса; б — блокада передачи на, который вступает в длительное вза- имодействие с опиатными рецепторами. Плотность опиатных рецепторов в различных отделах ЦНС отличается по- рой в 30-40 раз. Наибольшее их количе- ство обнаружено в медиальных ядрах таламуса, миндалевидном теле, цент- ральном сером веществе, гипоталамусе. Такие рецепторы есть в задних рогах се- рого вещества спинного мозга. То есть эти рецепторы обнаружены во всех под- корковых центрах, куда поступает ноци- цептивная импульсации. Опиатные нейронные структуры мо- гут вовлекаться и через возбуждение не- болевых рецепторов при повреждании кожи и других участков сомы. Различают несколько типов опиат- ных рецепторов. В гипоталамусе и тала- мусе превалируют ^-рецепторы, в стволе мозга, гиппокампе, лимбической систе- ме — т-рецепторьг, в коре и стриатуме число m-рецепторов и р-рецепто- ров примерно одинаково. М-рецепторы опосредуют аналгетический эф- фект опиантов, а Р-рецепторы — эйфорические влияния. В последние годы стало известно, что при взаимодействии опиата с ре- цептором не только блокируется передача болевого импульса, но и изме- няется состояние ряда важнейших ферментных систем данного нейрона. Так, развивающееся угнетение аденилатциклазы приводит к уменьшению образования цАМФ. Нарушение образования указанного вторичного внутриклеточного посредника при многократном применении морфия может привести к явлению привыкания — морфинизму. Нейронная неопиатная система К ней относят моноаминергические структуры (см. подразд. 5.4.2), ме- диатором которых являются: - серотонин, - норадреналин, - дофамин. Аксоны их нейронов имеют широкий выход на передаточные структу- ры ноцицептивных путей. Моноаминергические нейроны не имеют ти- пичных синапсов, они оканчиваются многочисленными гроздевидными расширениями. Выделяющиеся здесь медиаторы могут воздействовать на все нейроны, расположенные вблизи их. Оказывая тормозящее влияние на многие структуры мозга, моноамины тормозят передачу и ноцицеп- тивной информации.
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 173 Гормональные системы В ЦНС при обработке ноцицептивной информации участвуют еще две антиноцицептивные системы, относящиеся к эндокринной системе. Гормональная опиатная система Афферентная неболевая импульсация, стимулированная повреждаю- щим раздражителем, достигая гипоталамуса, вызывает выделение гормо- на кортиколиберина. Под влиянием либерина из гипофиза освобождаются АКТГ и полипептид p-эндорфин. Поступая в русло крови и спинномоз- говую жидкость, эндорфин приносится к ноцицептивным нейронам, тор- мозя их активность. Полагают, что эффект обезболивания при иглоука- лывании обусловлен активацией именно этой системы. Гормональная неопиатная система Гормональная неопиатная система представлена гормоном нейрогипо- физа вазопрессином. Этот пептид, с одной стороны, является типичным гормоном, выделяемым в кровь, а с другой — он через отростки вазо- прессинергических нейронов достигает нейронов, участвующих в воспри- ятии боли, то есть является нейромедиатором. Рецепторы к вазопрессину обнаружены в нейронах спинного мозга, таламусе, среднем мозге. Обра- зование этого гормона возрастает при стрессе. В естественных условиях антиноцицептивные системы всегда находят- ся на определенном уровне своей активности, то есть несколько подавля- ют болевые центры. Когда воздействует болевой стимул, то в первую оче- редь угнетается активность нейронов антиноцицептивных систем, и тогда возникает ощущение боли. Но сама по себе боль может вызвать одно лишь снижение антиноцицептивного влияния, что наблюдается при де- прессии (психогенная боль). Все указанные анальгезические структуры и системы функционируют, как правило, в комплексе. С их помощью подавляется чрезмерная выра- женность отрицательных последствий боли. Эти системы участвуют в пе- рестройке функций важнейших систем организма во время развития но- цицептивных рефлексов, начиная от простейших защитных ответов до сложных эмоциональных и стрессорных реакций высших отделов мозга. Активность антиноцицептивных систем подвержена соответствующей тренировке. В результате при действии одного и того же болевого раздра- жителя человек может кричать от боли либо скрывать ее улыбкой. 6.13.5. Компоненты системной болевой реакции организма В результате поступления ноцицептивных импульсов в организме фор- мируются ответные реакции, одним из наиболее характерных признаков которых является комплексность, вовлечение почти всего организма. Можно выделить несколько их компонентов. Алгезия Возникновение ощущения боли — алгезия (от греч. algesis — ощуще- ние боли). Если ноцицептивные импульсы достигают коры больших по- лушарий, то возникает осознание боли.
174 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Такие характеристики боли, как «ужасная, невыносимая, душераздира- ющая» и т. п., обусловлены тем, что в мозг ноцицептивная сигнализация проводится с помощью медиальной системы. А она участвует в передаче сигналов и в лимбическую систему, организующую эмоции. Импульса- ция, передающаяся по медиальным путям, является стойкой. В отличие от этого сигналы, поступающие по латеральной системе, за- тухают быстро. Поэтому поступление ноцицептивных импульсов по лате- ральным путям создает такие, менее эмоционально окрашенные и менее выраженные, качества боли, как пульсация, укол, жжение и им подобные. Это различие обусловлено тем, что латеральная система подвержена мощному торможению со стороны других структур мозга. К примеру, ни- сходящие тормозные пути, идущие из центрального околоводопроводно- го серого вещества среднего мозга, действуют на латеральную систему более сильно, чем на медиальную. Торможение ноцицептивных импуль- сов и в данном случае происходит под влиянием эндогенных опиоидов. Мотивация избавления от боли Активация ассоциативных областей коры больших полушарий (лоб- ной и теменной) формирует ярко выраженную мотивацию, направленную на избавление от боли. Двигательные защитные реакции Поступление импульсов, особенно тех из них, которые обусловливают раннюю боль, еще до осознания ее, может вызвать защитную двигатель- ную реакцию. Бодрствование Поступление потока ноцицептивных импульсов в ретикулярную фор- мацию ствола мозга неспецифически активирует ее, что, в свою очередь, приводит к свойственной ей функции — активации коры больших полу- шарий. Сказывается это даже тогда, когда человек находится под общим наркозом. Хирурги хорошо знают, как тяжело выходят из общего нарко- за больные. Хотя больной из-за выключения сознания во время операции боли как таковой и не чувствует, но у него можно зафиксировать все ве- гетативные проявления ее, мимику страдания (чего нет при местном обез- боливании, когда прерывается поток импульсов по нервным стволам). Вегетативный комплекс Вовлечение гипоталамуса приводит к формированию вегетативного компонента, сопровождающего боль: повышение ЧСС, АД, одышка, ус- корение свертывания крови, лейкоцитоз, повышение активности фагоци- тоза и выработки антител, выброс гормонов тревоги-, перестройка обмена веществ и т. д. То есть эти реакции направлены на устранение гипоксии, избавление от инфекционного повреждающего фактора.
Глава 6. СЕНСОРНЫЕСИСТЕМЫ 175 Эмоциональный статус Через гипоталамус и ретикулярную формацию вовлекается лимбиче- ская система, что приводит к формированию отрицательных эмоций. 6.13.6. Некоторые аномалии болевой рецепции Патологическая боль Нередко боль из «нормальной», то есть призванной защищать орга- низм, предупреждая о повреждении, превращается в свою противополож- ность — патологическую боль. Нормальные болевые ощущения возможны лишь при «правильной» активации корковых и подкорковых отделов ЦНС, ее ноцицептивных центров. Но если в ЦНС происходит нарушение процесса переработки болевых импульсов, то чувствительность, как пра- вило, не исчезает — она видоизменяется. Причиной возникновения пато- логической боли может быть нарушение функционального состояния лю- бого уровня ноцицептивной системы, нарушение взаимоотношения ноци- цептивных восходящих структур и антиноцицептивных систем. Так, если повреждение затрагивает таламические структуры, участвующие в прове- дении болевых сигналов, включается также и эмоционально-мотивацион- ный компонент боли и болевые стимулы вызывают чрезвычайно непри- ятные ощущения. При этом могут возникать невыносимые спонтанные (таламические) боли в контралатеральной половине тела. Не исключено, что некоторые виды патологической боли обусловлены самоподдерживающейся активностью, то есть обусловлены возникнове- нием своеобразного генератора алгической системы (ГА С). Под воздейст- вием постоянно поступающей болевой афферентации возбудимость ней- ронов может повышаться, и для функционального состояния некоторых из нейронов характерной становится длительная (патологическая) актив- ность. Под влиянием такого первичного генератора может измениться функциональное состояние других отделов болевой чувствительности. Нарушение состояния антиноцицептивных структур, ослабление их тормозящего влияния приведет к тому, что приступ боли может возник- нуть, например, при эмоциональном стрессе. Характер протекания боли, интенсивность и продолжительность при- ступов, ее особенности зависят, с одной стороны, от того, какие образо- вания системы болевой чувствительности входят в нее, а с другой — от особенностей раздражающего сигнала. При наличии ГАС приступ боли может возникнуть при поступлении одиночного стимула или даже без не- го (некоторые виды фантомных болей). Боль может возникнуть и от не- алгического стимула (например, сильного звука). При появлении указанного патологического очага возбуждения при- ступ боли может возникнуть при самых различных условиях. Чаще всего причиной патологической боли может быть периферический источник, вызывающий хроническое раздражение периферических ноцицепторов: результат хронического воспалительного процесса, артрита, действия продуктов распада тканей, сдавливания нерва рубцом или в месте входа
176 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ его в спинной мозг. Особенно легко возникает боль при нарушении цело- стности нерва, демиелинизации его, невроме. Такие нервы становятся весьма чувствительными к действию даже «обычных» раздражителей (на- пример, к адреналину, ионам калия и др.). Пережатие нерва перед входом в мозг (чаще всего межпозвоночными хрящами) является одной из наиболее часто встречающихся патологий. Афферентные импульсы в ноцицептивных волокнах при такой патологии вызывают болевые ощущения, которые проецируются в область, связан- ную с травмируемым спинальным нервом. В связи с тем, что восходящие болевые импульсы в спинном мозге идут от Т-клеток, недостаточность торможения их или повышенное поступле- ние имульсации к ним с периферии также может привести к патологиче- ской боли. Особые виды боли Гипергезия Врачам нередко приходится сталкиваться с извращенной реакцией на ноцицептивный стимул. Одной из них является гипергезия — когда не- сильное повреждение вызывает мучительные страдания больного. Это ча- ще всего обусловлено нарушением центральных механизмов болевой си- стемы. Людям, страдающим повышенной чувствительностью, иногда ста- новится трудно даже носить одежду. Анальгезия Встречаются люди и с пониженной болевой чувствительностью — анальгезией. Вероятно, в основе такой формы нарушения также лежат из- менения в центральных звеньях. У данных людей нередко имеются пере- рождения в лобных и теменных отделах головного мозга. Полное невос- приятие боли почти всегда сочетается с дефицитом других сенсорных ме- ханизмов. Фантомные боли Особый вид патологии болевой рецепции — так называемые фантом- ные боли, то есть боли в отсутствующей конечности. Полагают, что од- ной из причин фантомных болей является раздражение симпатических сплетений крупных артерий, идущих к ней. Эти импульсы в коре больших полушарий поддерживают те условно-рефлекторные представления, ко- торые сложились у человека в течение жизни. Перестройка нервных про- цессов требует порой очень длительного времени. Физиологическая характеристика некоторых видов болей Головная боль В области головы находится много ноцицепторов. Они имеются в ко- же, подкожной клетчатке, мышцах и сухожильном шлеме, сосудах мягких покровов головы, надкостнице черепа, оболочках мозга, внутричерепных артериях и венах. Необходимо учитывать, что большинство черепных нервов, содержащих сенсорные волокна, высокочувствительны к
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 177 действию повреждающих факторов. Головная боль является полимодаль- ной. В ее генезе лежат пять основных компонентов: - сосудистый компонент, - ишемия тканей, - ликвородинамический, - мышечное напряжение, - нарушение антиноцицептивных механизмов. Наиболее часто головная боль обусловлена различными нарушениями кровообращения головного мозга, основной характеристикой которого является постоянство объема крови, протекающей через сосудистое русло (см. гл. 12). Нарушение мозгового кровообращения и головная боль Нарушение регуляции мозгового кровотока приводит к изменению со- стояния сосудов, их неадекватной реакции на колебания артериального давления и действие гуморальных регуляторов. В результате снижаются возможности компенсаторного приспособления сосудов к меняющимся условиям состояния организма. По мере развития заболеваний, приводящих к поражению сосудов моз- га, к регуляторным нарушениям присоединяются изменения в самой глад- кой мускулатуре и других структурах сосудистой стенки. Нарушения ре- активности при сочетанном расстройстве механизмов регуляции и орга- нических изменениях в сосудах становятся более выраженными. В таких случаях при действии факторов, изменяющих деятельность сердечно-сосу- дистой системы, поддержание стабильного мозгового кровотока требует большего напряжения регуляторных механизмов. Поэтому вывести систе- му мозгового кровообращения из равновесия становится намного легче, и компенсация может сменяться декомпенсацией. Одним из проявлений ее и является головная боль. Сосуды мозга имеют большое количество рецепторов, участвующих в регуляции кровотока. Причем раздражение сосудистых рецепторов может приобретать и ноцицептивный характер. Это происходит при: - избыточном растяжении сосудов пульсовым объемом крови; - переполнении кровью сосудов, находящихся в гипотонии; - натяжении сосудов. Если при утрате ауторегуляции открываются артериовенозные анасто- мозы и пульсирующий поток крови поступает в вены, то к пульсирующей артериальной боли присоединяется боль от пульсового растяжения вен. В развитии боли при гипертонических кризах кроме спазма артерий принимает участие сопутствующий отек самой сосудистой стенки, пери- васкулярный отек и ишемическая гипоксия тканей. Кроме того, различ- ного генеза нарушения микроциркуляции могут привести и к увеличению внутричерепного кровенаполнения, сопровождающемуся повышением проницаемости капилляров и периваскулярным отеком, высвобождением алгогенных веществ, тканевой гипоксией. Однако у здоровых людей сосудистые изменения не всегда приводят к
178 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ возникновению головной боли. Одним из основных условий этого явля- ется снижение порога болевой чувствительности. Нарушение антиноци- цептивных механизмов приводит к поступлению ноцицептивных импуль- сов к коре. На этом фоне сосудистые изменения, в свою очередь, обуслав- ливают определенный характер боли. В качестве примера можно привести следующие состояния. В предмен- струальный период в развитии вазомоторной головной боли играет роль изменение уровня простагландинов. Климактерический период сопро- вождается существенными эндокринными перестройками. Причем они затрагивают не только половые гормоны, но и другие. Так, зачастую по- вышается функциональная активность симпатоадреналовой системы, что приводит к вегетососудистой дисфункции. Она проявляется приливами крови к голове, ощущением жара, озноба, пятнистой гиперемией кожи лица и верхней половины грудной клетки, колебаниями системного АД (чаще повышением), тахикардией и, как правило, головной болью. Снижение функциональных возможностей сердечно-сосудистой систе- мы может быть обусловлено нарушением механизмов ее регуляции. А это более значимо проявляется при необходимости адаптации всей системы в период изменения функционального состояния организма. Как следствие ряда таких физиологических процессов может появляться головная боль. Так, она может развиться при (после) возникновения физической нагруз- ки, при (после) полового акта, кашле, чихании, смехе и т. д. Похмелье и сопровождающая его головная боль обусловлены действием не самого этанола, а его метаболитов (в печени образуются ацетальдегиды, никотинамидадениннуклеотид, углекислота, лактат и жирные кислоты). Кроме того, источником их являются и другие вещества, содержащиеся в спиртовых напитках (изобутиловый, изоамиловый, амиловый, «-пропило- вый алкоголь). Нарушение сосудистой регуляции, артериальная гипотензия и недостаточность венозного оттока из полости черепа, сдвиг КОС в сторо- ну ацидоза, снижение активности антиноцицептивной системы вызывают как головную боль, так и другие проявления состояния похмелья. Мигрень От 4 до 20 % общей популяции человечества подвержено различного ти- па мигреням. В их генезе высок процент наследственной предрасположен- ности. Головная боль по типу мигрени чаще всего обусловлена сочетанием сосудистого, нервного и эндокринно-гуморального механизмов. В этом плане она является хорошим примером такого комплекса механизмов. Во время приступа в терминалях нейронов снижается содержание кате- холаминов, что приводит к денервационной гиперчувствительности адре- нергических и дофаминергических рецепторов сосудов. Повышение чув- ствительности центральных дофаминовых и серотониновых рецепторов обуславливает появление тошноты и рвоты. Нервный механизм патогенеза мигрени определяется не только нару- шением нейрососудистой регуляции, но и нарушением центральной ноци- цепции. О вовлечении гипоталамических и лимбических отделов мозга
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 179 могут свидетельствовать такие симптомы, появляющиеся перед присту- пом, как жажда, изменение аппетита, нарушение сна, задержка воды, эмо- циональная лабильность. Антиноцицептивные механизмы, их активность зависят не только от состояния их самих, но и от уровня «посторонних» гормонов. Так, у жен- щин приступы мигрени зачастую начинаются в период полового созрева- ния, на течение их оказывает влияние беременность, отдельные фазы мен- струального цикла. Повышение в крови уровня пролактина создает фон для появления головных болей под влиянием психических травм и других подобных состояний. У больных мигренью имеется врожденная недостаточность регуляции метаболизма моноаминов мозга и эндогенной опиоидной системы. Раз- личные экзогенные и эндогенные влияния, усугубляя эту недостаточ- ность, вызывают приступ. Вполне вероятно, что в основе мигрени лежит врожденная дисфункция ноцицепции, а в основе приступа — пароксиз- мальный срыв центрального контроля боли. Все проявления болезни яв- ляются результатом центральной моноаминергической дезрегуляции, а патологическая вазодилатация возникает в связи с утратой центральных адренергических влияний и сопровождается функциональной денерваци- онной гиперчувствительностью сосудистых рецепторов. Нарушение нейроваскулярной регуляции приводит к сосудистой дисто- нии (локальному расширению и сужению артерий). На этом фоне нару- шается сосудистая проницаемость, и среди прочих изменений наступает отечное пропитывание самих стенок артерий, что, в свою очередь, затруд- няет кровоток в них. А открывающиеся артериовенозные шунты, выклю- чая из кровообращения систему микроциркуляции, приводят к гипоксии тканей мозга. Важную роль в генезе головной боли играет серотонин крови. Началь- ный рост его обусловлен распадом тромбоцитов. При этом кроме серото- нина выделяются и другие вещества (тромбоксаны А2, В2), которые также нарушают гемодинамику. Гистамин является одним из факторов, кото- рые повышают проницаемость кровеносных сосудов. У больных повы- шен синтез простагландинов £| и Е2, которые потенциируют действие ал- гогенных веществ на болевые рецепторы. Другие механизмы головной боли Головная боль может возникнуть и от нарушения водного баланса ос- новных его жидких сред: межклеточной, СМЖ и крови. Нахождение моз- га в замкнутой черепной коробке создает предпосылку для возникнове- ния внутричерепного давления. В норме соотношение величины давления в мозговой ткани, СМЖ и интерстициальной жидкости мозга— 20:10:1. При патологии это соотно- шение нарушается. Причем рядом с участками нормального давления мо- гут быть зоны с повышенным или пониженным давлением.
180 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Ликвородинамическая головная боль Механизм ликвородинамической головной боли сводится к натяжению и . сдавливанию чувствительных к боли внутричерепных структур. Можно вы- делить три основные чувствительные к боли субстанции мозга: - мозговая ткань с интерстициальной жидкостью, - полости мозга и СМЖ, - кровеносные внутричерепные сосуды. Спинномозговая жидкость, ее состав и количество, находится в состо- янии постоянного обновления — секреции и резорбции (подробнее — см. гл. 12). Продукция СМЖ может возрастать при черепно-мозговой травме и воспалительных поражениях. Замедление резорбции наступает при опу-' холях мозга, слипчивых процессах в оболочках (исход кровотечения и воспаления), при стенозе и тромбозе венозных синусов приводит к росту давления СМЖ на ткань мозга. Но необходимо иметь в виду, что давление СМЖ не полностью отра- жает истинное внутричерепное давление, особенно всех его составляю-: щих. Величина внутричерепного давления, в первую очередь, зависит от. кровенаполнения сосудов мозга. Вместе с тем процессы, повышающие ло- кальное тканевое давление, нарушают микроциркуляцию и сосудистую : авторегуляцию. Расстройство циркуляции, гипоксия и отек мозга поддер- j живаются и усугубляются сопутствующим усилением анаэробного глико- J лиза и метаболическим ацидозом. При медленном нарастании внутричерепного давления включаются ре- . зервные возможности цереброспинальной системы: - компенсаторное смещение мозга, - уменьшение внутричерепного объема СМЖ, - уменьшение интенсивности кровенаполнения. Декомпенсация ускоряет нарушение ликвороциркуляции и кровообра-! щения, приводя к отеку мозга. Клиническим проявлением декомпенсации 1 служит прежде всего головная боль. Мышечная головная боль Мышечная головная боль возникает при длительном напряжении или сдавливании мышц мягких покровов головы, шеи. При этом в качестве вторичного механизма может присоединяться уменьшение кровоснабже- ния мышц в связи с тем, что пережимаются кровеносные сосуды. Вторич- ная ишемическая гипоксия влияет на продолжительность и интенсив- ность боли, способствуя высвобождению алгогенных веществ. Боль при инфаркте миокарда В сердце ноцицепторы расположены непосредственно под эндокардом. Они являются началом афферентных волокон, проходящих в составе сим- патического нерва. По-видимому, именно они участвуют в развитии боле- вого синдрома. Поступая в спинной мозг, они за счет коллатералей вы- зывают сегментарную иррадиацию боли. Появление боли при инфаркте миокарда обусловлено накоплением в
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 181 зоне ишемии соединений, могущих служить постоянно действующим раз- дражителем для нервных окончаний ноцицептивной системы: - недоокисленных продуктов обмена, - биологически активных веществ типа брадикинина. Накапливаются они как в результате ишемического нарушения тро- фики данного отдела сердца, так и снижения оттока появляющихся здесь алгогенных соединений. Боль, вызывая эмоциональную реакцию стресса, усугубляет процесс некротизации сердечной мышцы, так как приводит к дополнительному рефлексогенному и гормональному спазму коронарных сосудов. 6.13.7. Физиологические основы обезболивания Существующие подходы к лечению при болях складываются из следу- ющих мер: - физических, - фармакологических, - нейрохирургических. К физическим способам относятся: - иммобилизация, - согревание или охлаждение, - электрообезболивание, - диатермия, - массаж, - упражнения для ослабления напряженности. Лекарственные препараты (новокаин, лидокаин, анальгин и др.) могут действовать на многих уровнях: тормозить в рецепторах генерацию по- тенциала действия или проведение его по афферентным волокнам (мест- ная анестезия) и восходящим путям (люмбальная анестезия). Возбуди- мость центральных нейронов можно подавить эфиром, электронаркозом, а структуры «эмоционального мозга» — с помощью седативных препара- тов. Для обезболивания применяют и искусственную гипотермию — ги- бернацию. Эффективным методом лечения при болях может быть: - иглоукалывание, - электроакупунктура, - другие способы рефлексотерапии. Основой анальгезирующего эффекта при рефлексотерапии является по- вышение порога возбудимости болевых рецепторов с угнетением прове- дения возбуждения по ноцицептивным путям. Одновременно с этим мо- жет возрастать активность центральной антиноцицептивной системы, что обеспечивается нейрогуморальными сдвигами, нормализацией баланса медиаторов и модуляторов боли: серотонина, норадреналина, эндоген- ных опиантов. А такой способ, как чрескожная электрическая стимуля- ция, еще и участвует в активации «воротного контроля» боли на уровне
182 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ) спинного мозга, так как при этом увеличивается объем афферентной не- болевой сигнализации. Существенное значение в борьбе с болью имеют психологические мо- менты. Каждый человек в большей или меньшей степени в силах проти- востоять боли. Не будучи в состоянии прекращать или уменьшать ее, он тем не менее может существенно ограничить ее воздействие на психику. Легче переносится боль, если переключиться на дело, требующее напря- женной умственной деятельности. Поведение при боли часто не соответ- ствует истинному раздражителю, а определяется субъективной реакцией человека. Врач должен пытаться использовать «поведенческую терапию» для борьбы с хронической болью. Люди, страдающие от боли, с по- мощью «биологической обратной связи» могут научиться существенно снижать ее или полность избавляться от нее. К хирургическим методам лечения при болях относится перерезка соот- ветствующего чувствительного нерва выше очага возникновения боли, пересечение задних корешков спинного мозга, болепроводящих путей в; спинном мозге или вышележащих отделах мозга (вплоть до разрыва пу- тей между таламусом и корой больших полушарий). 6.14. ВИСЦЕРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗАТОР 6.14.1. Интероцепция Для адекватной регуляции жизнедеятельности в ЦНС происходит ана- лиз сигналов, поступающих не только из внешнего мира, но и из внутрен- ней среды организма. Эту функцию выполняет интероцептивный (висце- ральный, или внутренний) анализатор. Интероцептивные системы обеспечивают выполнение нормальной функции внутренних органов и систем организма. Они же приспосабли- вают эти функции к изменяющимся условиям, то есть участвуют в адап- тивных реакциях. Для этого они обеспечивают поступление в ЦНС информации об изменениях внутреннего состояния организма, а также устанавливают цепи обратной связи, передающей информацию о ходе осуществления регуляторных процессов. Периферическим отделом висцерального анализатора являются много- численные рецепторы, находящиеся во внутренних органах, серозных и слизистых оболочках, стенках кровеносных и лимфатических сосудов, которые получили название интерорецепторы (интероцепторы) или вис- ', церорецепторы. Они реагируют на различные химические вещества (хемо- рецепторы), механические раздражения (механорецепторы), изменены температуры (терморецепторы), колебания гидравлического давлены; (баро- или прессорецепторы), осмотическое давление (осморецепторы), * изменения объема жидкости (волюморецепторы). Подавляющее боль-; шинство интерорецепторов является полимодальными, они обеспечивают! поступление в ЦНС нервных импульсов о действии нескольких типов раз-1 дражителей. Морфологически интерорецепторы представлены как nep-i: вично, так и вторично чувствующими рецепторами. Кроме внутренних’
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 183 органов такие рецепторы имеются и в ЦНС. Поэтому по местоположе- нию интерорецепторы подразделяются на периферические (расположены во внутренних органах) и центральные (в различных отделах ЦНС, глав- ным образом в гипоталамусе). Некоторые интероцепторы обладают свойством адаптации. Так, боль- шинство механорецепторов является медленно адаптирующимися. В на- чале действия раздражителя они отвечают залпом разрядов, частота ко- торых пропорциональна скорости нарастания стимула и его силе. Затем интенсивность импульсации постепенно снижается, но может сохраняться часами, пока действует раздражитель. Висцеральная сенсорная информация передается в соответствующие нервные центры ВНС по волокнам, относящимся к группам А, В, С. При вступлении в спинной мозг часть афферентов первично связывается с ин- тернейронами данного сегмента. Они, контактируя с промежуточными или эфферентными нейронами этого или близлежащего сегментов, обра- зуют дугу вегетативного рефлекса. Другая часть входящих афферентов образует восходящие пути к серому веществу далеко отставленных сег- ментов спинного мозга или к вышележащим отделам ЦНС (к ядрам 'за- дних столбов продолговатого мозга). Отсюда идут тела вторых нейронов, образующих бульботаламический путь. Раздражение интероцепторов вызывает появление биоэлектрических процессов во многих структурах ЦНС. В результате могут формироваться как осознаваемые (с прямой кишки, мочевого пузыря), так и неосознавае- мые (с сердца, сосудов, органов желудочно-кишечного тракта и др.) ощу- щения. Возникающие с интероцепторов различные рефлексы (висцеро-вис- иеральные, висцеромоторные, висцеросенсорныё) играют важную роль во взаимодействии и взаимосвязи внутренних органов, обеспечивая формиро- вание органных систем и организма в целом, в поддержании гомеостаза. Подробнее особенности функций висцеральных сенсорных систем излагаются в гл. 7 и при описании механизмов регуляции функций веге- тативных органов. 6.14.2. Афферентные пути висцерального анализатора Существует четыре основных коллектора, проводящих афферентные сигналы от внутренних органов: блуждающие, чревные, подчревные и та- зовые нервы. Последние три нерва содержат афферентные волокна иск- лючительно от внутренних органов. Кроме того, афферентные висцераль- ные пути проходят в нервных сплетениях кровеносных сосудов. Особым типом висцеральных афферентов являются собственные проводники сим- патической нервной системы. Афферентные проводники от одного органа могут идти в составе разных нервных стволов. Наибольшая зона иннер- вации внутренних органов — у чревных, блуждающих нервов и у сосуди- стых сплетений, несколько меньшая — у подчревных и тазовых и наи- меньшая — у синусных и депрессорных нервов. По морфологической характеристике нервные волокна, образующие афферентные висцеральные пути, различаются калибром своих волокон.
184 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Существенно отличаются они по функциональным показателям — возбу- димости и скорости проведения возбуждения. Толстые миелиновые (низ- копороговые) висцеральные афференты (группы А, В), относящиеся к чревным и тазовым нервам, связаны с механорецепторами внутренних органов. Тонкие миелиновые волокна иннервируют сердце, кровеносные сосуды, дыхательные пути, желудочно-кишечный тракт и половые орга- ны таза. Тонкие (высокопороговые) волокна (группы А, V, S, С) реагиру- ют на сильные механические, а также температурные, химические и ноци- цептивные раздражения. 6.14.3. Центральные отделы После вступления в спинной мозг висцеральные (быстропроводящие) афференты проходят в составе дорсальных и вентролатеральных канати- ков, тонкие же (группы А-8) волокна идут к спинальным вставочным ней- ронам. Висцеральная сигнализация по проводящим путям спинного моз- га поступает в ретикулярную формацию ствола мозга, ядра Голля и Бур- даха, вестибулярные ядра. На уровне таламуса висцеральные афференты переключаются в вентробазальном комплексе ядер. Причем проекции висцеральных афферентов в релейных таламических ядрах строго локаль- ны. Некоторые висцеральные афферентные системы (блуждающего и чревного нервов) достигают гипоталамуса, лимбических структур мозга, хвостатого ядра. Интероцептивная информация поступает в ряд структур ствола мозга и подкорковые образования. Так, в хвостатое ядро поступают сигналы от мочевого пузыря, в задневентральное ядро (VPL) — от органов грудной, брюшной и тазовой областей. На многие ядра таламуса конвергируют как соматические, так и вегетативные влияния. Важную роль играет ги- поталамус, где имеются проекции чревного и блуждающего нервов. Ней- роны, реагирующие на раздражение чревного нерва, обнаружены даже в мозжечке. Высшим отделом висцерального анализатора является кора больших полушарий головного мозга. Двустороннее удаление коры сигмовидной извилины резко и надолго подавляет условные реакции, выработанные на механические раздражения желудка, кишечника, мочевого пузыря, матки. При этом еще более выражено подавление «висцеро-химических» услов- ных рефлексов. Прямое отношение к висцеральным функциям имеет лимбическая сис- тема. Лимбическая система и сенсомоторные зоны коры тесно связаны и совместно участвуют в условно-рефлекторных актах, начинающихся при стимуляции интероцепторов. В коре больших полушарий представительство висцеральных систем (чревных, тазовых нервов) расположено в первичных проекционных областях кожно-мышечной чувствительности зон S) и ,8'и, а также в ассо- циативных полях (лобно-теменной, лобно-орбитальной) и лимбической системе. Исключение составляют блуждающие нервы, проекции которых
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 185 обнаружены и за пределами указанных зон. Площадь, занимаемая корко- выми проекциям висцеральных афферентных систем, может сравниться с площадью проекционных соматических полей. Таким образом, путь висцеральных сигналов к коре мозга состоит из нескольких параллельных, быстро- и медленнопроводящих систем, то есть включает те же лемнисковые и экстралемнисковые системы, которые используются для передачи соматической чувствительности. В результате: - на всех уровнях ЦНС происходит синаптическое взаимодействие аф- ферентных сигналов висцерального происхождения и сигналов иной модальности (соматической и др.); - имеется весьма тесное перекрытие путей и зон представительств висце- ральных и соматических функций. Особенно наглядно это представлено в коре больших полушарий. 6.14.4. Особенности обработки информации в висцеральном анализаторе В нормальных физиологических условиях человек обычно не ощущает состояния своих внутренних органов. Это означает, что интероцептивные сигналы не доходят до уровня сознания (см. гл. 19), хотя они, судя по биоэлектрическим реакциям, достигают проекционных зон коры боль- ших полушарий. Вероятно, это происходит потому, что сигналы, идущие по соматическим системам, блокируют висцеральные сигналы на конвер- гирующих нейронах, подавляют их своим количеством. Поэтому прохож- дение висцеральных сигналов в таламокортикальные проекции ограничи- вается. Однако внезапное или даже постепенное усиление выше нормы висцеральной афферентации дает знать о себе, постепенно (или сразу) за- гружая наше внимание. Это достаточно наглядно проявляется при запол- нении мочевого пузыря или прямой кишки, при переполнении желудка. Еще сильнее такие ощущения проявляются при различной патологии внутренних органов (язвенная болезнь желудка или двенадцатиперстной кишки, мочекаменная или желчнокаменная болезнь, воспаление червеоб- разного отростка и т. п.). Вследствие таких соматовисцеральных взаимо- отношений возникает, например, отражение висцеральной боли на по- верхность тела. Следовательно, интенсивная висцеральная афферентация, характерная для этих состояний, уже способна достигать уровня созна- ния, высвобождая для этого, очевидно, те нейронные структуры, которые были до этого загружены соматической информацией. Усиленная висце- ральная сигнализация может вызывать различные рефлексы (двигатель- ные, вегетативные) или, напротив, приводить к их нарушению. Кроме то- го, она может вызывать различные сенсорные расстройства, изменять эмоциональную сферу, настроение, самочувствие, поведение человека. Между отдельными интероцептивными системами даже в условиях интенсивной сигнализации имеется существенное различие. Так, при пе- реполнении и растяжении стенок мочевого пузыря, прямой кишки возни- кают четко локализованные ощущения. В то же время при возбуждении
186 Раздел 1. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ; интероцепторов сердца, почек, печени и ряда других внутренних органов ясных ощущений не возникает. Таким образом, роль интероцептивной сигнализации в гомеостазе за- ключается в том, что эта сигнализация обеспечивает достаточно высокую «автоматизацию» процессов поддержания постоянства внутренней среды, тем самым оставляя деятельность высших отделов ЦНС освобожденной для тонкого и точного уравновешивания функций организма с конкрет- ными, постоянно меняющимися условиями внешней среды. Интероцептивные сигналы участвуют в формировании условно-ре- флекторных связей, в том числе и «патологических» условных рефлексов. Особо важную роль они играют в формировании сложных цепных реак- ций, составляющих пищевое, половое и другие формы поведения, являю- щиеся важной частью жизнедеятельности человека. 6.15. ОБОНЯТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗАТОР 6.15.1. Рецепторы Богатая палитра запахов, окружающих человека, играет чрезвычайно важную роль в сенсорной афферентации ЦНС, в организации многих со- знательных и неосознаваемых реакций организма. Рецепторы обонятель- ной сенсорной системы расположены среди клеток слизистой оболочки в области верхних носовых ходов и в виде отдельных островков — в средних ходах. Толщина обонятельного эпителия около Ю0-150 мкм. При спо- койном дыхании обонятельные рецепторы находятся как бы в стороне от главного дыхательного пути (нижний и средний носовые ходы), поэтому при поступлении пахучих веществ человек производит более глубокие «принюхивающие» вдохи. Диаметр рецепторных клеток 5-Ю мкм. Обонятельные рецепторы яв- ляются первичными биполярными сенсорными клетками. Общее число обо- нятельных рецепторов у человека около 10 млн. На поверхности каждой обонятельной клетки имеется сферическое утолщение — обонятельная бу- лава, из которой выступает по 6-12 тончайших (0,3 мкм) волосков (цилий) длиной до 10 мкм. Обонятельные волоски погружены в жидкую среду, вырабатываемую боуменовыми железами. Слой слизи предохраняет обо- нятельный эпителий от высыхания. Наличие волосков в десятки раз уве- личивает площадь контакта рецептора с молекулами пахучих веществ. Не исключена и активная двигательная функция волосков, увеличивающая надежность захвата молекул пахучего вещества и контакта с ними. Физиологическая характеристика обонятельных рецепторов Обонятельные рецепторы относятся к хеморецепторам. В отличие от хеморецепторов, расположенных во внутренних органах и сосудах, эти рецепторы (так же, как и рецепторы вкуса) являются экстерорецепторами. Их реакция дает важную информацию о внешних стимулах, которая в ЦНС обеспечивает возникновение соответствующего ощущения и участ- вует в организации сложных поведенческих реакций. Молекулы пахучего вещества вступают в контакт со слизистой оболочкой носовых ходов, вза-
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 187 имодействуя со специализированными рецепторными белками мембраны. В результате следующей за этим сложной и пока еще недостаточно изу- ченной цепи реакций в рецепторе генерируется рецепторный потенциал. Вполне вероятно, что с одной и той же рецепторной молекулой может взаимодействовать несколько близких по структуре пахучих веществ. Кроме того, указанная реакция зависит от концентрации пахучих ве- ществ: повышение концентрации обеспечивает как возрастание количест- ва возбуждаемых клеток, так и рост частоты импульсов. Важным цитохимическим центром обонятельной клетки является була- ва, именно в ней генерируется РП. Затем импульсное возбуждение пере- дается по волокнам обонятельного нерва в обонятельную луковицу — пер- вичный центр обонятельного анализатора. Поместив электроды на поверхность обонятельного эпителия, можно зарегистрировать суммарную электрическую активность их, называемую электроолъфактограммой. Это монофазная негативная волна с амплиту- дой до 10 мВ и длительностью в несколько секунд, возникающая даже при кратковременном воздействии пахучего вещества. Нередко на элект- роольфактограмме можно видеть небольшую позитивность, предшеству- ющую основной негативной волне. При достаточной длительности воз- действия регистрируется большая негативная волна на его прекращение (off-реакция). Иногда на медленные волны электроольфактограммы на- кладываются быстрые осцилляции, отражающие синхронные импульсные разряды значительного числа рецепторов. Как показывают микроэлектродные исследования, одиночные рецепто- ры, в зависимости от качества и интенсивности стимула, отвечают увели- чением частоты импульсации. Каждый рецептор может реагировать на множество пахучих веществ, отдавая «предпочтение» некоторым из них. Считают, что на этих свойствах рецепторов, различающихся по своей «настройке» на разные группы веществ, может быть основано кодирова- ние раздражителей (запахов) и их опознание в центрах обонятельного анализатора. При электрофизиологических исследованиях обонятельных луковиц выявлено, что при действии запахов параметры регистрируемого там электрического ответа зависят от пахучего вещества. При разных запахах меняется и пространственная мозаика возбужденных и заторможенных участков луковицы. Служит ли это способом кодирования обонятельной информации, пока судить трудно. При продолжительном вдыхании пахучих веществ происходит сниже- ние остроты их восприятия — адаптация. Адаптация обонятельного ана- лизатора происходит сравнительно медленно (десятки секунд или минут) и зависит от скорости потока воздуха над обонятельным эпителием и концентрации пахучего вещества. Причем здесь проявляется явление пе- рекрестной адаптации, заключающееся в том, что при длительном по- ступлении какого-либо пахучего вещества порог чувствительности повы- шается не только к нему, но и к другим веществам.
188 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Чувствительность обонятельного анализатора человека чрезвычайно велика: один обонятельный рецептор может быть возбужден одной или несколькими молекулами пахучего вещества, а возбуждение небольшого числа рецепторов приводит к возникновению ощущения. В то же время изменение интенсивности действия вещества (порог различения) оценива- ется людьми довольно грубо (наименьшее воспринимаемое различие в си- ле запаха составляет 30-60 % от его исходной концентрации). У многих животных, в частности у собак, эти показатели в 3-6 раз выше. 6.15.2. Обработка обонятельной импульсации в нервных центрах Одной из наиболее характерных особенностей обонятельного анализа- тора является то, что большинство его афферентных волокон не переклю- чается в таламусе. К тому же они не переходят на противоположную сто- рону большого мозга. В обонятельной луковице при обработке поступающей информации ши- роко используются явления конвергенции и торможения. Здесь же происхо- дит и эфферентный контроль из вышележащих центров или контралате- ральной луковицы. Выходящий из луковицы обонятельный тракт состоит из нескольких пучков, которые направляются в разные отделы мозга: - переднее обонятельное ядро, - обонятельный бугорок, - препириформную кору, - периамигдалярную кору, - часть ядер миндалевидного комплекса. Связь обонятельной луковицы с гиппокампом, пириформной корой и другими отделами обонятельного мозга осуществляется через несколько переключений. Электрофизиологические исследования и опыты на жи- вотных с условными рефлексами показали, что наличие значительного числа центров обонятельного мозга (rhinencephalon) не является необходи- мым для опознания запахов. Большинство областей проекции обонятель- ного тракта можно рассматривать как ассоциативные центры, обеспечи- вающие связь обонятельной системы с другими сенсорными системами и организацию на этой основе ряда сложных форм поведения — пищевой, оборонительной, половой. Связь обонятельного анализатора с лимбической системой обеспечива- ет присутствие эмоционального компонента в обонятельном восприятии. Запах может вызвать ощущения удовольствия или отвращения. Вполне вероятно, что запах играет определенную роль и в половом поведении (особенно это выражено у животных). Об этом же свидетельствует тот факт, что чувствительность обонятельных нейронов находится под конт- ролем половых гормонов. С раздражения обонятельного анализатора начинаются такие рефлек- сы, как усиление дыхания при поступлении небольшого количества паху- чего вещества «для принюхивания», задержка дыхания при поступлении веществ с резким запахом (например, аммиака), чихание.
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 189 Некоторые нарушения обоняния В клинической практике встречаются различные нарушения обоняния, начиная от понижения чувствительности (гипо- или аносмии) до различно- го рода обонятельных галлюцинаций при отсутствии пахучих веществ или пароосмии — неправильного восприятия запаха. Они могут возникать при аллергических ринитах, травмах головного мозга, психических заболева- ниях. Чувствительность обонятельного анализатора зависит как от обоня- тельного эпителия, так и от центральных структур. Так, при ряде инфек- ций верхних дыхательных путей (например, при гриппе) она снижается. Гипоосмия наступает и при различных поражениях ЦНС. Примечатель- но, что свободные нервные окончания тройничного нерва в слизистой но- са, а также языкоглоточного и блуждающего нервов в глотке чувстви- тельны к пахучим веществам. Несмотря на их меньшую чувствительность и отсутствие связи с обонятельным нервом, они соучаствуют в формиро- вании обонятельного ощущения. При гипоосмии роль этих образований может сохраняться. 6.16. ВКУСОВОЙ АНАЛИЗАТОР 6.16.1. Рецепторы Вкус так же, как и обоняние, основан на хеморецепции. Но его рецеп- торы, как правило, являются мультимодальными, в них вкусовые ощуще- ния вызываются в совокупности с ощущением температуры, давления и запаха. Последнее обусловлено сообщением полостей рта и носа. Вкусо- вые рецепторы несут информацию о характере и концентрации веществ, поступающих в ротовую полость. Их возбуждение запускает сложную цепь реакций разных отделов мозга, приводящих к стимуляции секретор- ных и моторных процессов системы пищеварения или удаления вредных для организма веществ, попавших с пищей, то есть рефлексов соматиче- ской и вегетативной нервной системы. Рецепторы вкуса — вкусовые почки (рис. 6.36) расположены на языке, задней стенке глотки, мягком нёбе, миндалинах и надгортаннике. Больше их на кончике языка, его краях и задней части. Каждая из примерно 10000 вкусовых почек человека состоит из 2-6 рецепторных и опорных клеток. Вкусовая почка имеет колбовидную форму, длина и ширина ее у человека 7 Ю“5 м, она не достигает поверхности слизистой оболочки язы- ка и соединена с полостью рта через вкусовую пору. Каждая из рецепторных вкусовых клеток длиной 1-210-5 м, шириной 3-4-10-6 м имеет на конце, обращенном в просвет поры, 30-40 тончайших микроворсинок (2-10-7 м) длиной 1-210-6 м. Считают, что микроворсин- ки играют важную роль в возбуждении рецепторной клетки, воспринимая те или иные химические вещества, адсорбированные в канале почки. В области микроворсинок расположены активные центры — стереоспе- цифические участки рецептора, избирательно адсорбирующие разные ве- щества. Находящиеся между сосочками железы секретируют жидкость,
190 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ : Обонятельный эпителий: ОБ — обонятельная бу- лава; ОК — опорная клетка; ЦО — центральные отростки обонятельных клеток; БМ— базальная мембрана; ВЛ— обонятельные волоски; МБР — микроворсинки обонятельных клеток; МВО — микроворсинки опорных клеток промывающую вкусовые почки. Вкусовые клетки весьма активно регенериру- ют: продолжительность их жизни составляет около 10 дней. Вкусовые рецепторы яв- ляются типичными вторич- но чувствующими рецепто- рами. Под влиянием хими- ческого раздражителя в ре- цепторной клетке образует- ся рецепторный 'потенциал, который через синапс с по- мощью медиатора передает возбуждение афферентным волокнам черепно-мозговых нервов (лицевого и языко- глоточного). Возбуждение возникает при деполяриза- ции рецептора, а при гипер- поляризации возникает торможение. Афферентные волокна его образуют ре- цептивное поле, взаимодей- ствуя с несколькими рецеп- торными клетками. В опы- тах с введением микроэлект- рода внутрь вкусовой почки животных показано, что суммарный потенциал рецепторных клеток изменяется при раздражении языка разными веществами (сахаром, солью, кислотой). Однако механизм деполяризации рецепторных клеток различными веществами не одинаков. Так, при поступлении глюкозы происходит ее взаимодействие с рецептором мембраны рецепторной клетки вкусового сосочка, что и приводит к деполяризации. В отличие от этого при дейст- вии NaCl происходит прямое поступление раздражителя (Na+) по соот- ветствующим каналам внутрь клетки, что и вызывает ее деполяризацию. Этот рецепторный потенциал развивается довольно медленно: максимум его достигается к 10-15 с после воздействия, хотя электрическая актив- ность в волокнах вкусового нерва начинается значительно раньше. Специфичность указанного механизма деполяризации приводит к то- му, что ощущение соленого вызывает практически одна лишь поваренная соль, в то время как другие вкусовые ощущения зарождаются под влия- нием многих веществ.
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 191 6.16.2. Проводящие пути Проводниками всех видов вкусовой чувствительности служат барабан- ная струна и языкоглоточный нерв. В продолговатом мозге на каждой стороне вкусовые волокна объединяются в солитарный тракт. От соли- тарного ядра начинаются вторые нейроны к вентральным ядрам таламу- са. Далее вкусовой путь идет к коре больших полушарий в латеральную часть постцентральной извилины. В продолговатом мозге находятся пер- вые нейроны вкусового анализатора. Регистрация импульсации в отдель- ных волокнах данных нейронов показала, что многие из волокон отлича- ются определенной специфичностью, отвечая лишь на соль, сахар, кисло- ту. Наиболее убедительной сейчас считается гипотеза, согласно которой информация о четырех основных вкусовых ощущениях: горьком, сладком, кислом и соленом — кодируется не импульсацией в одиночных волокнах, а разным распределением частоты разрядов в большой группе волокон, одновременно, но по-разному возбуждаемых вкусовым веществом. Кроме того, известно, что специфичность вкусового качества зависит и от кон- центрации вещества. Так, поваренная соль в малой концентрации создает ощущение сладкого, а соленый вкус приобретает только в высокой кон- центрации. Наиболее высока чувствительность к горькому, что имеет оп- ределенное биологическое значение в связи с частой взаимосвязью горь- кого с ядовитым качеством веществ. Вкусовые афферентные сигналы поступают в ядро одиночного пучка ствола мозга. От ядра одиночного пучка аксоны вторых нейронов в со- ставе медиальной петли восходят до дугообразного ядра таламуса, где рас- положены третьи нейроны, дающие аксоны к корковым центрам вкуса. В настоящее время результаты электрофизиологических исследований еще не позволяют точно оценить характер преобразований вкусовых аффе- рентных сигналов на всех уровнях вкусового анализатора. 6.16.3. Особенности вкусовой рецепции У разных людей абсолютные пороги вкусовой чувствительности к раз- личным веществам могут существенно отличаться, вплоть до «вкусовой слепоты» к отдельным агентам (например, к креатину). Кроме того, абсо- лютные пороги вкусовой чувствительности во многом зависят от состоя- ния организма (они изменяются при голодании, беременности, эмоциях). При измерении абсолютной вкусовой чувствительности возможны две ее оценки: - возникновение неопределенного вкусового ощущения (отличающего- ся от вкуса дистиллированной воды), - возникновение определенного вкусового ощущения. Порог возникновения второго ощущения выше. Пороги различения минимальны в диапазоне средних концентраций веществ, но при перехо- де к большим концентрациям резко повышаются. Поэтому 20 % раствор сахара воспринимается как максимально сладкий, 10% раствор хлорида натрия — максимально соленый, 0,2% раствор соляной кислоты — мак-
192 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ [ симально кислый, а 0,1 % раствор сульфата хинина — максимально горь- ' кий. Пороговый контраст для разных веществ значительно колеблется. ; При длительном действии вкусовых веществ происходит снижение ин- 1 тенсивности вкусового ощущения — адаптация. Продолжительность раз- ! вития процесса адаптации пропорциональна концентрации раствора. Адаптация к сладкому и соленому развивается быстрее, чем к горькому и ; кислому. Обнаружена и перекрестная адаптация, то есть изменение чувст- i витальности к одному веществу при действии другого. Применение не- скольких вкусовых раздражителей одновременно или последовательно - дает эффект вкусового контраста или смешение вкуса. Например, адапта- । ция к горькому повышает чувствительность к кислому и соленому, а ; адаптация к сладкому обостряет восприятие всех других вкусовых ощу- щений. При смешивании нескольких вкусовых веществ может возникнуть новое вкусовое ощущение, отличающееся от вкуса составляющих смесь компонентов. В процессе эволюции вкус формировался как механизм выбора или отвергания пищи. В естественных условиях вкусовые ощущения комбини- руются с обонятельными, тактильными и термическими, также создавае- мыми пищей. Важным обстоятельством является то, что предпочтитель- ный выбор пищи лишь отчасти основан на врожденных механизмах, в значительной мере он базируется на механизмах, выработанных в онто- генезе условно-рефлекторным путем. Биологическое значение вкусовых ощущений заключается, с одной стороны, в определении съедобности пи- щи, а с другой — в регуляции процесса пищеварения. Благодаря наличию вегетативных рефлексов вкусовые ощущения участвуют в процессах сек- реции пищеварительных желез, причем влияют не только на интенсив- ность секреторного процесса, но и на состав секрета. С возрастом чувствительность вкусовых рецепторов понижается. Вопросы для повторения №1 Какими образованиями представлен периферический отдел анализаторов: А. Ганглиозными клетками Б. Биполярными нейронами В. Рецепторами Г. Интернейронами №2 В какой из перечисленных областей коры больших полушарий головного мозга располагается корковый отдел зрительного анализатора: А. Лобная область Б. Область задней центральной извилины В. Затылочная область Г. Височная область Д. Теменная область №3 Какой из перечисленных пигментов со- держится в палочках: А. Меланин Б. Родопсин В. Йодопсин Г. Хлоролаб Д. Фусцин Е. Эритролаб №4 Какие образования входят в состав . центральной ямки сетчатки глаза: А. Палочки Б. Отолиты В. Волосковые клетки Г. Колбочки :
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 193 №5 В каких частотных диапазонах воспри- нимаются звуковые колебания челове- ческим ухом: А. От 16 до 30000 Гц Б. От 6 до 20000 Гц В. От 200 до 20000 Гц Г. От 16 до 20000 Гц №6 Как изменится мембранный потенциал палочки под действием светового раз- дражения: А. Увеличится Б. Уменьшится В. Не изменится №7 Чем обусловлено изменение мембран- ного потенциала палочки под действи- ем светового раздражения: А. Увеличением потока ионов натрия в клетку Б. Увеличением потока ионов калия из клетки В. Уменьшением потока ионов натрия в клетку Г. Увеличением потока ионов калия в клет- ку Д. Увеличением потока ионов кальция в клетку Е. Уменьшением потока ионов кальция из клетки №8 Каков механизм аккомодации глаза при рассматривании близко расположен- ных предметов: А. Расслабление ресничной мышцы, натяже- ние цинновых связок Б. Сокращение ресничной мышцы, расслаб- ление цинновых связок В. Расслабление ресничной мышцы, рас- слабление цинновых связок Г. Сокращение ресничной мышцы, натяже- ние цинновых связок №9 Какую из перечисленных структур ин- нервируют у-мотонейроны: А. Гладкая мускулатура Б. Поперечно-полосатая мускулатура В. Интрафузальные мышечные волокна Г. Тельца Гольджи №10 Рецепторами, реагирующими на пере- мещение раздражителя по коже, явля- ются: А. Тельца Мейснера Б. Колбы Краузе В. Тельца Паччини Г. Диски Меркеля №11 С какой стороны глаза больше поле зрения: А. С медиальной Б. С латеральной В. Сверху №12 На экспертизу привезли человека, ут- верждающего, что он не слышит звуков. Однако анализ ЭЭГ, зарегистриро- ванной от затылочных и теменных об- ластей мозга, помог отвергнуть ложное утверждение обследуемого. Что увидел врач на ЭЭГ при включении звонка: А. Альфа-ритм Б. Бета-ритм В. Гамма-ритм Г. Дельта-ритм №13 К каким видам рецепторов относится кортиев орган: А. Первично чувствующий хеморецептор Б. Вторично чувствующий экстерорецептор В. Первично чувствующий экстерорецептор Г. Вторично чувствующий механорецептор Д. Вторично чувствующий хеморецептор №14 Действие антиноцицептивной гормо- нальной опиатной системы реализует- ся через: А. Эндорфины Б. Энкефалины В. Вазопрессин Г. Адреналин №15 Действие антиноцицептивной гормо- нальной неопиатной системы реализу- ется через: А. Эндорфины Б. Энкефалины 7-2006
194 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ В. Вазопрессин Г. Адреналин №16 Полукружные каналы воспринимают уг- ловые ускорения: А. Только в одной плоскости вращения Б. Только в трех плоскостях вращения В. Во всех плоскостях вращения №17 Корковое представительство кожной чувствительности расположено: А. В задней центральной извилине Б. В затылочной доле коры В. В теменной зоне коры Г. В лобной доле коры Д. В передней центральной извилине №18 Рецепторами болевой чувствительно- сти являются: А. Свободные нервные окончания Б. Тельца Мейснера В. Тельца Паччини Г. Колбы Краузе №19 К проводниковому отделу болевого анализатора относятся: А. Задние рога спинного мозга Б. Таламус В. Гипоталамус Г. Лимбическая система Д. Ретикулярная формация среднего мозга №20 При развитии миопии ближайшая точка ясного видения: А. Приближается к глазу Б. Удаляется от глаза В. Не изменяется №21 При развитии гиперметропии ближай- шая точка ясного видения: А. Приближается к глазу Б. Удаляется от глаза В. Не изменяется №22 Причиной астигматизма является: А. Искривление поверхности роговицы Б. Увеличение кривизны хрусталика В. Увеличение продольной оси глаза №23 Укажите правильную последователь- ность распространения возбуждения по нейронам сетчатки: А. Палочки - биполярные нейроны - гангли- озные клетки Б. Палочки - ганглиозные клетки-бипо- лярные нейроны В. Ганглиозные клетки - биполярные нейро- ны - палочки Г. Биполярные нейроны — ганглиозные клет- ки - палочки №24 Укажите механизм восприятия высоких тонов: А. Пространственное кодирование в улитке Б. Телефонный эффект слухового нерва В. Нет правильного ответа №25 Укажите механизм восприятия силы звукового раздражения: А. Пространственное кодирование в улитке Б. Телефонный эффект слухового нерва В. Разное количество возбуждающихся чув- ствительных нейронов Г. Разная возбудимость наружных и внут- ренних волосковых клеток №26 С помощью отолитового аппарата мы воспринимаем: А. Изменение положения головы в про- странстве Б. Изменение скорости прямолинейного движения В. Вибрация Г. Изменение скорости вращения №27 С помощью рецепторов полукружных каналов мы воспринимаем: А. Изменение положения головы в про- странстве Б. Изменение скорости прямолинейного движения В. Вибрацию Г. Изменение скорости вращения
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 195 №28 Гормональная опиатная антиноцицеп- тивная система представлена: А. Вазопрессином Б. Серотонином В. Адреналином Г. Дофамином Д. Эндорфином №29 Укажите расположение изображения в глазу и вид линз для коррекции при ми- опии: Изображение расположено Коррекция А. Перед сетчаткой Рассеивающие линзы Б. Перед сетчаткой Собирающие линзы В. За сетчаткой Рассеивающие линзы Г. За сетчаткой Собирающие линзы №30 Наличие амплитудного максимума в улитке обеспечивает: А. Различение высоты звуков в диапазоне высоких частот Б. Различение высоты звуков в диапазоне низких частот В. Различение силы звука в диапазоне вы- соких частот Г. Различение силы звука в диапазоне низ- ких частот №31 Телефонный механизм кодирования звуковых колебаний обеспечивает: А. Различение высоты звуков в диапазоне высоких частот Б. Различение высоты звуков в диапазоне низких частот В. Различение силы звука в диапазоне вы- соких частот Г. Различение силы звука в диапазоне низ- ких частот №32 Укажите пропущенные структуры в про- водниковой части слухового анализа- тора. Улитка — кохлеарные ядра — лате- ральная петля—... — слуховая кора. А. Медиальное коленчатое тело Б. Латеральное коленчатое тело В. Нижние бугры четверохолмия Г. Верхние бугры четверохолмия Д. Хвостатое ядро №33 Укажите пропущенную структуру в про- водниковой части зрительного анали- затора. Сетчатка — верхние бугры четверохол- мия —... — зрительная кора. А. Медиальное коленчатое тело Б. Латеральное коленчатое тело В. Хвостатое ядро Г. Латеральное вестибулярное ядро №34 Укажите, в каких клетках сетчатки глаза возникают потенциалы действия: А. Палочки Б. Биполярные В. Ганглиозные Г. Колбочки Д. Горизонтальные №35 Рецепторы прикосновения относятся: А. К проприорецепторам Б. К первично чувствующим В. К вторично чувствующим Г. К экстерорецепторам №36 Высший центр тактильной чувствитель- ности расположен: А. В мозжечке Б. В продолговатом мозге В. В задней центральной извилине коры Г. В передней центральной извилине коры Д. В височной доле коры
196 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ №37 Укажите область наименьшего про- странственного порога тактильной чув- ствительности: А. Кончики пальцев Б. Спина В. Щека Г. Ладони Д. Тыл кисти №38 Адаптивные процессы на уровне ре- цепторов определяются изменением проницаемости мембран к ионам: А. Кальция Б. Натрия В. Калия Г. Магния №39 К практически неадаптирующимся ре- цепторам относятся: А. Барорецепторы каротидного синуса Б. Механоноцицепторы В. Барорецепторы дуги аорты Г. Тактильные рецепторы Д. Кортиев орган №40 Люди, в сетчатке которых отсутствуют воспринимающие синий цвет колбочки, получили название: А. Миопы Б. Протанопы В. Дейтеранопы Г. Тританопы №41 Люди, которые не воспринимают зеле- ный цвет, называются: А. Миопы Б. Тританопы В. Дейтеранопы Г. Протанопы №42 Первые два нейрона зрительного ана- лизатора располагаются: А. В латеральных коленчатых телах Б. В верхних бугорках четверохолмия В. В нижних бугорках четверохолмия Г. В сетчатке глаза №43 Колбочки расположены преимущест- венно: А. В области слепого пятна сетчатки Б. В области желтого пятна сетчатки В. На периферии сетчатки №44 Цветное зрение определяется: А. Палочками сетчатки Б. Колбочками сетчатки В. Ганглиозными клетками сетчатки Г. Амакриновыми клетками сетчатки №45 Корковый центр зрительного анализа- тора располагается: А. В височной зоне коры мозга Б. В постцентральной извилине коры мозга В. В затылочной доле коры мозга Г. В прецентральной извилине коры мозга №46 Внутреннее ухо, как аппарат простран- ственного частотного анализа звуковых колебаний, включает: А. Улитку Б. Кортиев орган В. Полукружные каналы Г. Преддверие улитки №47 Рецепторами тактильной чувствитель- ности являются: А. Диски Меркеля Б. Проприорецепторы В. Висцерорецепторы Г. Тельца Паччини №48 Рецепторами давления и вибрации яв- ляются: А. Тельца Мейснера Б. Диски Меркеля В. Тельца Паччини Г. Свободные нервные окончания №49 Рецепторами силы (интенсивности) давления являются: А. Тельца Мейснера Б. Диски Меркеля В. Тельца Паччини Г. Свободные нервные окончания
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ 197 №50 Перепончатый лабиринт улитки запол- нен: №56 Вставьте пропущенные цифры. Преломляющая сила глаза молодого А. Перилимфой Б. Эндолимфой В. Тканевой жидкостью Г. Спинномозговой жидкостью человека составляет ... при рассматри- вании далеких предметов и ... при рас- сматривании близкорасположенных предметов. А. 36 D, 80 D Б. 59 D, 70,5 D №51 Эндолимфа улитки отличается от пери- лимфы: В. 90 D, 45,5 D Г. 20 D, 70,5 D А. Большим содержанием ионов калия Б. Меньшим содержанием ионов калия В. Большим содержанием ионов натрия Г. Меньшим содержанием ионов натрия №57 Вставьте пропущенное слово. При ... изображение предмета находит- ся перед сетчаткой глаза. А. Гиперметропии Б. Миопии №52 По отношению к перилимфе эндолим- фа заряжена: В. Астигматизме Г. Пресбиопии А. Отрицательно Б. Положительно В. Не имеет заряда №58 Вставьте пропущенное слово. При ... изображение предмета находит- ся за сетчаткой. №53 Рецепторы отолитового аппарата воз- буждаются: А. Гиперметропии Б. Миопии В. Астигматизме А. При угловых ускорениях Б. При линейных ускорениях В. При действии звука Г. При изменении положения головы в про- странстве Г. Пресбиопии №59 Вставьте пропущенные слова. Кортиколиберин гипоталамуса участву- ет в осуществлении... антиноцицептив- ной системы. №54 А. Опиатной нейронной Б. Неопиатной нейронной Рецепторы полукружных каналов воз- буждаются: А. При угловых ускорениях Б. При линейных ускорениях В. При действии звука Г. При изменении положения головы в про- странстве В. Опиатной гормональной Г. Неопиатной гормональной №60 Обонятельные рецепторы относятся: А. К механорецепторам Б. К терморецепторам В. К барорецепторам №55 Вставьте пропущенное слово. Костная проводимость звука ... воздуш- ной. А. Выше Б. Ниже В. Равна Г. К хеморецепторам №61 Вкусовые рецепторы относятся: А. К первично чувствующим Б. К вторично чувствующим В. К барорецепторам Г. К хеморецепторам
198 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ №62 Для каких рецепторов хорошо выраже- на адаптация к постоянно действующе- му раздражителю: А. Терморецепторы Б. Тактильные рецепторы В. Обонятельные Г. Вестибулорецепторы Д. Проприрорецепторы №63 Какие из перечисленных нейронов сет- чатки способны к спонтанной деполяри- зации: А. Биполярные Б. Амакриновые В. Ганглиозные №64 Укажите структуры мозга, в которых осуществляется взаимодействие аф- ферентных импульсов от разных ре- цепторов: А. Таламус Б. Гипоталамус В. Ретикулярная формация Г. Базальные ядра Д. Ассоциативные зоны коры Е. Сенсорные зоны коры №65 Вставьте пропущенное слово. Световой поток проходит последова- тельно через следующие оптические среды глаза: роговицу, переднюю каме- ру глаза...стекловидное тело. А. Склеру Б. Хрусталик В. Сетчатку Г. Заднюю камеру глаза №66 Вставьте пропущенное слово. Световой поток проходит последова- тельно через оптические среды глаза: ... , переднюю камеру глаза, хрусталик, стекловидное тело. А. Склеру Б. Сетчатку В. Роговицу Г. Заднюю камеру глаза №67 Вставьте пропущенное слово. Зрительный нерв образован аксонами ... клеток сетчатки глаза. А. Горизонтальных Б. Биполярных В. Амакриновых Г. Ганглиозных №68 Пигментный слой сетчатки: А. Препятствует отражению света Б. Содержит витамин А В. Отражает световые лучи Г. Возбуждается при действии света №69 Укажите, как изменяется сила и ампли- туда звуковых колебаний с помощью слуховых косточек среднего уха: А. Сила увеличивается, амплитуда снижается Б. Сила уменьшается, амплитуда увеличи- вается В. Сила и амплитуда уменьшаются Г. Сила и амплитуда увеличиваются №70 Элементами какого зрения являются колбочки сетчатки глаза: А. Дневного Б. Сумеречного В. Цветового Г. Нецветового №71 Рецепторы, воспринимающие горькое, сосредоточены в основном: А. На корне языка Б. На боковых поверхностях языка В. На кончике языка Г. Равномерно по всей поверхности языка №72 Аккомодация глаза — это его приспо- собление: А. К длительно действующему раздражите- лю Б. К темноте В. К свету Г. К восприятию цветов Д. К ясному видению разноудаленных пред- метов
Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ №73 Укажите неправильный ответ. К аномалиям рефракции глаза относит- ся: А. Миопия Б. Гиперметропия В. Астигматизм Г. Дальтонизм Д. Тританопия №74 Рецепторы внутренних органов: А. Хеморецепторы Б. Терморецепторы В. Тельца Паччини Г. Проприорецепторы Д. Механорецепторы 199 №75 При рассматривании предмета на да- леком расстоянии четкое изображение на сетчатке глаза возникает: А. При конвергенции глазных осей Б. При дивергенции глазных осей В. При сокращении цилиарной мышцы Г. При расслаблении цилиарной мышцы Д. При уменьшении кривизны хрусталика
Глава 7 РЕГУЛЯЦИЯ ДВИЖЕНИЙ Скелетные мышцы являются основным и практически единственным ор- ганом, обеспечивающим активное взаимодействие организма с окружающей средой. С помощью скелетных мышц человек может влиять как на внеш- нюю среду, так и воздействовать сам на себя (на этом основано примене- ние физических упражнений). Для своего сокращения мышцы должны постоянно получать возбуждающие команды от моторных центров ЦНС. У человека сокращение скелетных мышц направлено не только на выпол- нение истинных целенаправленных локомоций, но и на противодействие гравитационным силам, на сохранение позы. Такие движения называются позными. Подавляющее большинство движений человека являются ре- флекторными, и для их осуществления необходимо прохождение нервно- го импульса через звенья рефлекторной дуги. Но в моторных центрах ЦНС имеются и автоматические программы — циклические процессы, осуществляющиеся даже в отсутствие всяких внешних стимулов. Ярким примером их является дыхание (гл. 14). Хотя осуществление этих программ может запускаться и с рецепторов (чиха- ние, ходьба). Для регуляции большинства естественных движений человека простей- шей рефлекторной дуги недостаточно. Различные моторные структуры ЦНС должны постоянно получать от соответствующих рецепторов ин- формацию о положении, скорости, ускорении движения отдельных звень- ев. Они обеспечивают формирование обратной связи, благодаря которой рефлекторный ответ может измениться, значительно повыситься точность движений. Запускаются моторные рефлексы с большого количества раз- нообразных рецепторов, начиная с собственных рецепторов мышц (про- приорецепторов) и рецепторов кожи до вестибулярного, зрительного и других. Эти же рецепторы обеспечивают коррекцию движений через об- ратную связь. Кроме того, человек способен выполнять целенаправлен- ные сознательные движения, команды для которых зарождаются непос- редственно в коре больших полушарий. Филогенез развития нервной системы шел от формирования сегментар- ного отдела — спинного мозга к переднему через последовательное появ- ление промежуточных отделов ЦНС. При этом в каждом последующем отделе ЦНС формировались двигательные нервные центры, которые че- рез посредство предыдущих (нижележащих) включались в регуляцию дви- жения, не замещая, а соподчиняя и модулируя их влияние. Происходит это не столько путем преобразования функций нижележащих структур, сколько за счет формирования добавочных механизмов регуляции, обес- печивающих выполнение новых видов деятельности. В результате все центры, составляя элементы иерархической системы, в то же время дейст- вуют как партнеры. Все это привело к образованию сложной системы многоуровневого нервного центра, который обеспечивает человеку воз-
Глава 7. РЕГУЛЯЦИЯ ДВИЖЕНИЙ 201 можность выполнения всей разнообразной гаммы движений. Однако не следует забывать, что непосредственный выход к мышцам все они полу- чают через мотонейроны спинного мозга (а мышцы лица — через мото- нейроны ствола головного мозга). Если афферентный нейрон непосредственно контактирует с а-мотоней- роном спинного мозга, то такой рефлекс называется моносинапти- ческим. Подавляющее большин- ство моторных рефлексов отно- сится к полисинаптическим, так как афферентный нейрон запуска- ет рефлекс через посредство одно- го или нескольких вставочных нейронов (см. рис. 5.10). Время от нанесения раздражения до ответа у моносинаптического рефлекса намного короче, так как основное время в рефлекторной дуге затра- чивается на прохождение возбуж- дения через синапсы. Поэтому, чем больше синапсов предстоит преодолеть нервному импульсу, тем больше скрытое время ре- флекса (рис. 7.1). Hi— ----- j 150 мс , 2---1---------- 200 мкв 1000 мс . | 1—------------—-------- | Рис. 7.11_________________________ Соотношение времени появления биотоков мышц (2) и двигательной реакции (/) в за- висимости от сложности: а — нажатие на кнопку в ответ на световой сигнал; б— вы- полнение фехтовального укола в мишень с выпадом по световому сигналу (по Е. Б. Со- логуб) 7.1. МОТОРНЫЕ ФУНКЦИИ СПИННОГО МОЗГА В передних рогах серого вещества спинного мозга каждой отдельной мышце соответствует популяция (пул) а- и у-мотонейронов, лежащих в непос- редственной близости друг от друга (рис. 7.2). Здесь четко выражена сома- тотопическая локализация мотонейро- нов: в каждом сегменте располагаются мотонейроны, иннервирующие мышцы строго определенного участка тела. В свою очередь, в сегментах пул мото- нейронов каждой мышцы находится в определенном месте: сгибатели лежат латерально, разгибатели занимают ме- диальные участки рогов. Величина пула зависит не столько от размера мышцы, сколько от ее функциональной значи- мости (сравните шейное утолщение, где расположены мотонейроны мышц Схема коленного рефлекса: 1 — удар молоточком по сухожилию; 2 — мы- шечное веретено; 3 — мотонейрон четырехглавой мышцы бедра; 7— мотонейрон сгибателей голени; 5 — афферентный нерв; б — четырехгла- вая мышца бедра (разгибатель голе- ни); 7—вставочный нейрон; 8 — сгибатели голени
202 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ верхней конечности, и практическое его отсутствие в сегментах, иннерви- рующих мышцы нижней конечности), и может занимать от одного до не- скольких сегментов спинного мозга. Основные функции пула: - замыкание рефлекса, выполняемого самим спинным мозгом; - преобразование управляющих сигналов от верхних «этажей» ЦНС в команды к конкретным мышечным волокнам. Как было указано (гл. 4), каждая мышца состоит из большого количества ДЕ, отличающихся по структуре и функции. В ДЕ различается не только мышечная часть, но и мотонейрон: быстрые ДЕ иннервированы мотоней- ронами больших размеров, чем медленные. На мотонейронах спинного мозга плотность синаптических контактов мало зависит от размера клетки, для всех нейронов пула она приблизительно равна. От этого зависит разли- чие в количестве контактов: увеличение объема мотонейрона обеспечивает появления большего количества синаптических входов. Мотонейроны отличаются не только размерами, но и возбудимостью. Мембранный потенциал малых нейронов более близок к пороговому уровню, поэтому для их возбуждения требуется меньшая активность аф- ферентного входа, чем для больших. Это способствует тому, что величина входного возбуждающего сигнала точно определяет число сокращающих- ся мышечных волокон: при небольшой интенсивности возбуждения вклю- чаются лишь медленные ДЕ (тонические), с увеличением интенсивности входной афферентации «рекрутируется» все большее число ДЕ. Все это определяет силу и скорость сокращения мышц. Указанные представления важны для понимания особенностей формирования как рефлекторных от- ветов самого спинного мозга, так и управления ими со стороны вышеле- жащих центров моторной системы. 7.1.1. Проприорецепторы мышц |Рис.7.з|. Сумпоиышй Различают два вида собственных ре- цепторов мышц: мышечные веретена и сухожильные органы (рис. 7.3). Проприорецепторы: а — сухожильный орган (7 — афферентное волокно; 2 — экстрафу- зальные мышечные волокна; 3 — сухожилие; 4—капсула; 5—чувствительные нервные окончания); 6 — мышечное веретено (б, 14— экстрафузальиые волокна; 7 — чувствитель- ные нервные окончания; 8, 13 — эфферент- ные у-волокна; 9—ядра; 10—ядерная сум- ка; 11 — чувствительные нервные окончания; 12 — афферентное волокно) Мышечные веретена В каждой мышце есть волокна, которые короче и тоньше всех осталь- ных. Они располагаются в виде небольших скоплений, окруженных сое- динительной капсулой, и имеют форму веретена диаметром 15-30 мкм и
Глава 7. РЕГУЛЯЦИЯ ДВИЖЕНИЙ 203 длиной 4-7 мм. Заключенные в капсулу мышечные волокна называются интрафузалъными (fusus — веретено). Для отличия от них обычные мы- шечные волокна называют экстрафузальными. Имеется два типа мышечных веретен, различающихся по расположе- нию ядер. В одних веретенах ядра сконцентрированы в центре и называ- ются волокнами с ядерной сумкой. В других — ядра в средней части волок- на располагаются цепочкой и называются волокнами с ядерной цепочкой. Веретена снабжены тремя разновидностями нервных окончаний. Два из них являются сенсорными (афферентные), одно — моторное (эфферен- тное). В центральной части локализуются, обвивая ядерную зону, аффе- рентные волокна группы 1а. К периферии от них располагаются афферен- ты группы II (они обнаружены преимущественно в волокнах с ядерной цепочкой). Эфферентную иннервацию интрафузальных мышечных волокон осу- ществляют у-мотонейроны. Вступая в мышцу, каждое волокно разветвля- ется и иннервирует несколько веретен. Концы мышечных волокон вере- тен прикрепляются к перемизию соединительных экстрафузальных воло- кон с помощью маленьких сухожильных полосок, благодаря чему они расположены параллельно экстрафузальным мышечным волокнам. Сухожильные органы Гольджи Образования, состоящие из сухожильных тканей, отходящих примерно от десяти мышечных волокон. Они встроены между мышечной и сухо- жильной частью мышечного волокна, то есть располагаются вдоль этих волокон. К сухожильным органам подходят 1-2 толстых миелинизиро- ванных афферентных нервных волокна, принадлежащих к группе 1b. Количество мышечных веретен и сухожильных органов в различных мышцах различно. Чем более сложную, более значимую для человека функцию выполняет мышца, тем больше в ней число веретен, выше их плотность. Например, в мышце, приводящей большой палец кисти, на- считывается 29 веретен на 1 г, а в трехглавой плеча— 1,4 на 1 г. Плот- ность сухожильных органов примерно в 1,5-2 раза меньше. Функциональная характеристика проприорецепторов Оба типа проприорецепторов являются рецепторами растяжения, и раздражение в них возникает при растяжении капсулы. Однако контроли- рующие функции у них различны, что обусловлено особенностями распо- ложения и физиологическими характеристиками их. Когда длина мышцы соответствует длине покоя в волокнах 1а, отходящих от мышечных вере- тен, уже можно обнаружить импульсацию; в это время в волокнах ip, от- ходящих от сухожильных органов, импульсация отсутствует. Постепен- ное растяжение мышцы увеличивает интенсивность импульсации в волок- нах 1а. При этом появляется также импульсация в волокнах 1b. Однако чувствительность мышечных веретен выше, поэтому прирост частоты им- пульсации в их волокнах превышает рост частоты ПД в волокнах, отхо- дящих от сухожильных органов.
204 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ В отличие от этого, в условиях изотонического сокращения мышц ча- стота ПД в волокнах 1а постепенно снижается, а в волокнах 1b появляется и нарастает по мере роста силы сокращения. Указанные особенности проприорецепторов объясняют различие за- дач, выполняемых ими: сухожильные органы контролируют напряжение мышцы (силу сокращения), а мышечные веретена — ее длину. Контроль длины мышцы Когда мышца сокращается, то растяжение веретен уменьшается, а зна- чит, снижается афферентная импульсация от них в центры. В результате контроль за длиной мышцы теряется. Но в спинном мозге имеется специ- альный механизм, восстанавливающий контроль за длиной мышцы со сто- роны веретен при сокращении. В основе его лежит близкое расположение здесь а- и у-мотонейронов соответствующих мышц (см. рис. 7.2). В естест- венных условиях возбуждение в них возникает чаще всего одновременно. Но вследствие различной скорости проведения (по а-мотонейрону — ТО- ПО м/с, а по у-мотонейрону— 10-40 м/с) оно достигает соответствующих мышечных волокон не одновременно: экстрафузальные волокна начинают сокращаться раньше интрафузальных. Но начавшие сокращаться с неко- э | Рис. 7,4 Гамма-регуляция мы- шечного сокращения: о — афферентное волок- но; и — интрафузальные мышечные волокна; э — экстрафузальные волок- на; р — мышечное вере- тено; а, у—соответству- ющие эфференты мото- нейронов спинного моз- га. Ретикулярная форма- ция ствола мозга указа- на широкой стрелкой торым отставанием интрафузальные волокна рас- тягивают капсулу центральной ядерной зоны веретена, что приводит к раздражению располо- женных здесь нервных окончаний и поступлению от них сигналов в центры. Причем указанные сигналы не только инфор- мируют ЦНС о длине сокращающейся мышцы, но и усиливают само сокращение (рис. 7.4). Ука- занный механизм усиления сокращения мышц за счет импульсации с у-мотонейронов носит назва- ние у-петли (см. ниже). Функции мышечных веретен с центральным и цепочечным расположением ядер несколько от- личаются. Нервные окончания веретен с ядерной цепочкой имеют более высокий порог возбужде- ния и возбуждаются преимущественно в услови- ях статического сокращения экстрафузальных мышечных волокон. Более чувствительные к рас- тяжению веретена с центральным расположени- ем ядер воспринимают скорость изменения на- пряжения мышцы и участвуют в контроле длины мышц при динамическом ее сокращении. Указанные проприорецепторы отличаются и по характеру связей с мотонейронами в спинном мозге (см. рис. 7.2). Так, волокна 1а образуют возбуждающие синапсы на гомонимных а-мото-
Глава 7, РЕГУЛЯЦИЯ ДВИЖЕНИЙ 205 нейронах. Это приводит к тому, что вне зависимости от механизма (результат растяжения мышцы или сокращения интрафузальных волокон) возбуждение мышечных веретен приводит к сокращению этой же мыш- цы. Волокна второго типа, отходящие от веретен с цепочечным располо- жением ядер, формируют моносинаптические возбуждающие пути не только с мотонейронами соответствующих мышц, но и одновременно с мотонейронами других мышц конечности, выполняющих аналогичную функцию. Благодаря этому возбуждающее влияние оказывается на все сгибатели (или разгибатели) соответствующей конечности. Кроме указанных выще возбуждающих влияний, волокна la, II через коллатерали и вставочные нейроны образуют тормозные синапсы на мо- тонейронах мышц-антагонистов. Благодаря этому мышцы-антагонисты не препятствуют рефлекторным движениям в суставе. Внутрисегментарные цепи переключения волокон 1b представляют со- бой почти зеркальное отражение переключений волокон 1а. Поэтому раз- дражение сухожильных органов оказывает тормозящее влияние на гомо- нимные мотонейроны и возбуждающее — на мотонейроны мышц-антаго- нистов. 7.1.2. Физиологическая характеристика моторных рефлексов спинного мозга Моносинаптические рефлексы Более высокая возбудимость мышечных веретен по сравнению с сухо- жильными органами обеспечивает выполнение рефлексов растяжения, ко- торые еще называют сухожильными рефлексами. Они проявляются при растяжении мышцы, например, путем резкого удара молоточком по сухо- жилию и заключаются в сокращении этой же мышцы. Такой типичный моносинаптический рефлекс запускается передачей возбуждения непо- средственно с волокна 1а на мотонейроны соответствующих мышц. При более сильном растяжении мышц наряду с возбуждением мышеч- ных веретен возбуждаются и сухожильные органы. В результате, особен- но при значительном растяжении, может наблюдаться не сокращение, а, наоборот, расслабление мышцы (феномен «складного ножа»). Это являет- ся следствием передачи торможения на гомонимную мышцу и возбужде- ния — на мышцу-антагонист. Физиологическое значение указанных выше рефлексов видно из следу- ющих примеров. Сухожильный рефлекс срабатывает при длительном сто- янии. Механизм его такой; при развитии утомления в момент начала сги- бания сустава мышца растягивается, а рефлекторное ее сокращение вновь закрепляет сустав. Подобный механизм поддержания одной и той же дли- ны мышцы имеет значение и для сохранения ее постоянного тонуса, так как обычно большинство скелетных мышц человека даже в положении спокойного лежания находится в состоянии небольшого напряжения. Фе- номен «складного ножа» (прекращение сокращения мышцы) срабатывает при очень интенсивном сокращении для предохранения мышцы или сухо-
206 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ жилия от разрыва. Тем самым сухожильные органы участвуют в регуля- ции напряжения мышц. Таким образом, за счет того, что при увеличении длины мышцы воз- буждение а-мотонейронов усиливается, а при слишком сильном сокраще- нии, наоборот, снижается, спинномозговые рефлексы поддерживают оп- тимальную длину и тонус мышц. Исследование сухожильных рефлексов важно для клиники нервных бо- лезней. К примеру, определяя рефлексы различных мышечных групп, можно установить место поражения спинного мозга, так как рефлекс каждой мышцы замыкается в соответствующих сегментах. В современной литературе сухожильные рефлексы, вызванные ударом по сухожилию, именуются Т-рефлексами (tendon — сухожилие). Типичный моносинаптический рефлекс можно вызвать не только растяжением мыш- цы, но и раздражением электрическим током нерва, близко подходящего к коже. Такая его разновидность именуется Н-рефлексом (по автору — Hoffman). Определяя два показателя: время от нанесения раздражителя до получения ответа (лучше это делать, отводя биотоки от мышцы) и интен- сивность раздражителя — можно обнаружить следующее интересное яв- ление. При небольшой интенсивности раздражителя, например, для боль- шеберцового нерва в 20-30 В, ответ появится через 30-35 мс. Увеличение силы раздражителя приведет к раздвоению ответа. При 60 В первые ПД в мышце появляются через 5-10 мс, а вторая волна ПД — как и ранее, спустя 30-35 мс. Появление ответа при малой силе раздражителя обуслов- лено возбуждением более чувствительных афферентных волокон 1а. По- явление ПД через 5-10 мс при большой силе раздражителя обусловлено тем, что при этом раздражаются эфферентные волокна а-мотонейронов, вследствие чего возбуждение к мышце поступит прямо, минуя спинной мозг. И, например, проводя подобное исследование при парезе мышцы, можно определить, почему мышца не сокращается, где локализован очаг поражения — в спинном мозге, в самой мышце или нерве. Отсутствие позднего ответа будет свидетельствовать о поражении спинного мозга. В клинике учитывается и выраженность ответной реакции на растяже- ние сухожилия. Активность сухожильных рефлексов не всегда пропорци- ональна силе раздражителя, так как сила рефлекса колеблется в зави- симости от активности дополнительных облегчающих или тормозящих входов. Так, выраженность коленного рефлекса можно усилить, попросив испытуемого при исследовании сжать руки перед грудью и пытаться их растянуть. Усиление обусловлено наличием в спинном мозге межсегмен- тарных влияний, изменяющих чувствительность нервных центров. Полисинаптические рефлексы Моторные рефлексы спинного мозга начинаются не только с пропри- орецепторов, но и с рецепторов кожи и даже внутренних органов (послед- ний тип рефлексов рассматривается в гл. 8). Подавляющее большинство рефлексов спинного мозга является полисы-
Глава 7. РЕГУЛЯЦИЯ ДВИЖЕНИЙ 207 наптическими. Даже сухожильный рефлекс и рефлекс с сухожильных орга- нов не являются строго моносинаптическими, так как можно обнаружить активность вставочных нейронов, передающих торможение к мотонейро- нам мышц-антагонистов. Причем 1b афференты сухожильных органов участвуют в регуляции возбуждения или торможения мотонейронов-не только мышц синергистов или антагонистов, но и мышц, относящихся к другим суставам. Полисинаптичность еще более выражена при раздраже- нии других афферентов, входящих в спинной мозг. Обусловлено это нали- чием в спинном мозге восходящих и нисходящих межсегментарных ре- флекторных путей, обеспечивающих механизм конвергенции возбуждения. При нанесении раздражения (чаще болевого) на кожу может прояв- ляться сгибательный рефлекс, сокращение мышц сгибателей отдаляет ко- нечность от раздражителя. По своему биологическому эффекту это «пас- сивный» оборонительный рефлекс. Импульсы от кожных рецепторов по соматосенсорным афферентам передаются в спинной мозг, где возбужда- ют а-мотонейроны сгибателей и тормозят — разгибатели. Торможение мотонейронов мышц-разгибателей увеличивает скорость и силу сокраще- ния сгибателей. Количество возбуждающихся сгибателей зависит от силы раздражителя: чем он интенсивнее, тем активнее распространяется воз- буждение. В этом проявляется эффект суммации, облегчения. В результа- те могут вовлекаться все сгибатели не одной, а обеих конечностей или да- же всех четырех. В отличие от этого, раздражение кожи стопы может привести не к из- беганию раздражителя, а, наоборот, к подошвенному сгибанию стопы. Рефлекс, возникающий при раздражении кожи стопы давлением, обеспе- чивает контакт нижней конечности с опорой при стоянии. При ходьбе вначале он обеспечивает прижимание стопы к опоре с последующим от- талкиванием от нее. Рефлекторное сгибание одной из конечностей нередко сопровождается сокращением разгибательной контрлатеральной конечности, на которую в естественных условиях (при ходьбе) переносится дополнительный вес тела. Указанный рефлекс называется перекрестным разгибательным ре- флексом. Он осуществляется путем перехода импульсов от афферентных волокон на противоположную сторону спинного мозга, где возбуждаются мотонейроны разгибателей и тормозятся — сгибателей. Еще более сложным рефлексом спинного мозга является чесательный рефлекс. Он может быть примером ритмического рефлекса, возникающе- го при длительном действии не очень сильного раздражителя на кожу. При этом в течение некоторого времени происходит циклическая цирку- ляция нервных импульсов, осуществляющая реципрокное взаимодействие центров сгибателей и разгибателей, когда возбуждение в одних центрах сменяется их последующим торможением. Для каждой конечности в спинном мозге имеется свой «генератор», обеспечивающий ритмическую активацию мышц-антагонистов. Дальнейшим усложнением (развитием) указанных чесательных и пере-
208 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ крестных рефлексов является шагательный рефлекс — согласованная дви- гательная активность верхних и нижних конечностей. Для осуществления этого рефлекса необходимо межсегментарное взаимодействие — причем не только между мышцами рук и ног, но и других мышц туловища. Аф- ферентные импульсы, запускающие его, поступают от многих рецепторов (мышечных веретен, кожных рецепторов и т. п.), а также от вышележа- щих двигательных центров головного мозга. Межсегментарные связи между нейронами осуществляют вставочные нейроны, отростки которых не выходят за пределы спинного мозга. Подобная деятельность спинного мозга может быть отнесена к интегральной функции его, когда реализу- ется целостная программа взаимосвязи между отдельными сегментами. Заканчивая описание рефлекторной деятельности спинного мозга, не- обходимо подчеркнуть значение возвратного торможения (через клетки Реншоу). Благодаря наличию этих структур рефлексы спинного мозга бы- стро самотормозятся, что прекращает долговременную циркуляцию им- пульсов по спинномозговым центрам. Влияние вышележащих отделов ЦНС на спинномозговые рефлексы В естественных условиях рефлекторная деятельность спинного мозга ко- ординируется вышележащими отделами ЦНС. При лишении связи спин- ного мозга с головным путем хирургической перерезки или травмы разви- вается «спинальный шок» — временное исчезновение рефлекторных функ- ций спинного мозга (параплегия). Продолжительность шока определяется филогенетической развитостью головного мозга (хотя и не очень понятно почему): у лягушки — несколько минут, у кошки — несколько дней, у че- ловека — несколько месяцев. Причем у человека рефлексы спинного мозга самостоятельно иногда могут и не восстановиться — необходимо соответ- ствующее лечение. Спинальный шок проявляется в связи с тем, что после прекращения влияния вышележащих отделов ЦНС наблюдается гиперпо- ляризация мембраны мотонейронов спинного мозга. Не исключено, что ли- шение связей с центрами головного мозга (не только моторными) растор- маживает механизмы торможения спинного мозга. Поэтому афферентные влияния не могут вызвать возбуждение. Из этого следует важный вывод о том, что в естественных условиях вышележащие отделы ЦНС постоянно возбуждают, тонизируют центры спинного мозга. При правильном лечении процесс восстановления проходит несколько последовательных стадий: 1. Полная арефлексия продолжается до 4-6 недель. 2. Период небольших рефлекторных движений (в первую очередь, паль- цев ног) продолжается от двух недель до нескольких месяцев. 3. Постепенное усиление сгибательных рефлексов (главным образом, нижней конечности). При этом стопа, являющаяся одной из наиболее чувствительных рефлексогенных зон, может служить началом даже ге- нерализованных сгибательных рефлексов. 4. Хроническая стадия характеризуется восстановлением многих рефлек- сов спинного мозга. При этом может наблюдаться даже гиперрефлек-
Глава 7. РЕГУЛЯЦИЯ ДВИЖЕНИЙ 209 сия (сгибателей и разгибателей), обусловленная усилением фазических рефлексов растяжения. Одним из необходимых условий процесса восстановления является ин- тенсивная тренировка научением при обязательной мотивации. 7.2. ДВИГАТЕЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ СТВОЛА ГОЛОВНОГО МОЗГА В стволе мозга находятся моторные центры двух типов. Функциональ- ное назначение тех из них*которые иннервируют мышцы головы, такое же, как и у сегментарных отделов спинного мозга. Другие, являясь над- сегментарными, связаны с регуляцией функций нижележащих отделов. Кроме того, здесь имеются центры, участвующие в регуляции (в том чис- ле и моторики) жизненно важных вегетативных систем (дыхательной, сер- дечно-сосудистой, пищеварительной). Функция этих центров будет рас- смотрена в соответствующих разделах. Здесь речь пойдет об участии дви- гательных центров ствола в регуляции тех движений, которые обуславли- вают перемещение человека в пространстве. Рефлекторные влияния, направленные на регуляцию моторики со сто- роны различных образований ствола мозга, целесообразно рассматривать вместе. Наиболее значимыми двигательными центрами ствола .являются четыре ядра (рис. 7.5): - латеральное вестибулярное ядро; - красное ядро среднего мозга; - бульбарное ядро ретикулярной формации; - понтийное ядро ретикулярной формации. В этих ядрах нейроны располагаются так же, как и в спинном мозге, соматотопически. Рефлексы стволовых моторных ядер реализу- ются через нисходящие влияния на мотонейро- ны спинного мозга. Нисходящие пути нейронов ядер ствола оканчиваются на соответствующих мотонейронах спинного мозга, где они возбуж- дают мотонейроны одного типа мышц, тормозя при этом мотонейроны мышц-антагонистов. С Схема расположения дви- гательных центров в стволе головного мозга: / — красное ядро средне- го мозга; 2 — понтийное ядро ретикулярной фор- мации моста; 3 — лате- ральное вестибулярное ядро; 4—бульбарное яд- ро ретикулярной форма- ции продолговатого моз- га; 5 — мозжечок; 6 — спинной мозг помощью указанных центров ствола происхо- дит перераспределение мышечного тонуса. Так, вестибулярное ядро возбуждает мотонейроны разгибателей, а красное ядро — сгибателей. Стволовые центры обеспечивают сохранение равновесия и нормальное вертикальное положение тела в условиях действия гравитационного поля Земли как в состоянии покоя, так и при движе- нии. При этом ведущим является обеспечение ес- тественного (вертикального) положения головы и глаз относительно линии горизонта.
210 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Позные рефлексы Для выполнения двигательных рефлексов стволовых центров афферентная импульсация поступает от следую- щих рецепторов: проприоредепторов (особенно мышц шеи), вестибулярного анализатора, кожи, зрения, слуха. Большинство рефлексов относится к так называемым позным рефлексам (рис. 7.6). В связи с тем, что основным источником афферентной импульсации для них являются проприорецепторы мышц шеи и рецепторы вестибуляр- ного анализатора, рефлексы первого типа называются шейными, а второго — вестибулярными. Хотя шейные ре- флексы начинаются с мышц шеи и частично замыкаются уже в области шейных сегментов спинного мозга, в есте- ственных условиях функция этих сегментов интегрирова- на с ядрами ствола. Весьма важно то, что при этом в ре- флекторный ответ вовлекаются не только «свои» мото- нейроны шейного отдела, но, посредством нисходящих влияний центров ствола, и мотонейроны нижележащих отделов спинного мозга. При изменении положения головы наряду с рецепто- рами мышц шеи раздражаются рецепторы вестибулярно- го анализатора. Отдифференцировать афферентный путь рефлексов можно в специальных экспериментах путем разрушения вестибулярного анализатора или фиксации шеи. В результате таких экспериментов были исследова- ны по отдельности шейные и лабиринтные рефлексы. Оба типа рефлексов относятся к тоническим, так как, на- чинаясь с проприорецепторов мышц шеи или вестибу- лярного анализатора, они приводят к перераспределе- нию тонуса скелетных мышц. Перевертывание кошки при падении. Кинематографическая съем- ка: вначале поворачивается голова, а вслед за нею туловище и разгибаются конечности для смягчения приземления (по Магнусу) Шейные тонические рефлексы Тонические рефлексы мышц конечностей в за- висимости от положения головы У животных (рис. 7.7) при наклоне головы вниз повы- шается тонус сгибателей пе- редних конечностей и разги- бателей —задних. При подъ- еме головы наблюдается противоположное: передние конечности разгибаются, а задние — сгибаются. В отли- чие от этого, у человека на-
Глава 7. РЕГУЛЯЦИЯ ДВИЖЕНИЙ 211 клон головы вперед повышает тонус всех мышц сгибателей, а назад — разгибателей. Наклон головы к плечу приводит к повышению тонуса мышц сгибателей этой стороны и разгибателей — противоположной. Лабиринтные тонические рефлексы Отличительной особенностью лабиринтных тонических рефлексов яв- ляется повышение или снижение тонуса мышц всех четырех конечностей, направленное на компенсацию соответствующего движения головы для предупреждения возможного падения при перемещении в пространстве. Кроме того, ствол мозга выполняет одновременно и глазодвигательные рефлексы, направленные на компенсаторную установку глазных яблок, для сохранения фиксации взора на каком-либо объекте при движении го- ловы или на горизонтальную установку глаз относительно линии гори- зонта (см. рис. 6.11). Эти рефлексы легко можно обнаружить в виде ни- стагма при раздражении полукружных каналов во время выполнения вра- щательных движений (см. раздел «Вестибулярный анализатор» в гл. 6). Выпрямительные рефлексы Рефлексы выпрямления связаны, в первую очередь, с раздражением ве- стибулярных рецепторов при неестественном положении головы (естест- венное положение — вертикальное положение туловища головой вверх). При этом запускается цепь последовательных движений, направленных на восстановление указанной позы. Вначале восстанавливается правиль- ное по отношению к линии горизонта положение головы, что является результатом рефлекторного влияния с рецепторов вестибулярного анали- затора на мотонейроны мышц шеи. Затем, вслед за головой, принимает естественную (вертикальную) позу и туловище. Данная часть рефлексов запускается в основном раздражением проприорецепторов мышц шеи. Кроме вестибулярного анализатора и проприорецепторов мышц шеи, в осуществлении выпрямительных рефлексов участвуют и рецепторы по- верхности тела, зрение. Начиная с первых часов после рождения лежание ребенка на твердой поверхности, раздражая рецепторы кожи, постепенно подавляет указанный рефлекс. Выпрямительные рефлексы очень наглядно проявляются при обучении плаванию. Когда не умеющий плавать человек, погружаясь в воду, пыта- ется занять горизонтальное положение, то отсутствие привычного раз- дражения рецепторов кожи приводит к срабатыванию указанной цепи ре- флекторных движений: поднимается голова, затем вертикальное положе- ние принимает и туловище — человек встает на дно. Статокинетические рефлексы Вестибулярный анализатор служит началом не только познотонических рефлексов, которые еще называют статическими, так как они обеспечива- ют поддержание позы и равновесие тела при различных положениях (стоя, сидя, лежа). С него начинаются и тонические рефлексы, возникаю- щие при движениях. Данная группа рефлексов называется статокинети- ческими. В зависимости от местоположения рецепторов (полукружные
212 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ каналы или отолитовые органы преддверия) наблюдается различный эф- фект перераспределения тонуса скелетных мышц. При изменении скорости прямолинейного или вращательного движе- ния возникают статокинетические рефлексы. Так, при резком торможе- нии прямолинейного движения повышается тонус мышц-разгибателей (биологическое значение данного рефлекса заключается в предохранении от падения вперед). При начале движения вверх наблюдается увеличение тонуса мышц сгибателей, а остановка приводит к возбуждению разгиба- телей. Последние два рефлекса называются «лифтными» рефлексами, на- чало их обусловлено раздражением рецепторов преддверия. Ориентировочные рефлексы Кроме того, ствол мозга через посредство рецепторов слуха и зрения играет ведущую роль в выполнении ориентировочных рефлексов (по И. П. Павлову — рефлекс «Что такое?»): при резком звуке или свете голо- ва быстро поворачивается в сторону раздражителя для фиксации его гла- зами. Одновременно повышается тонус мышц сгибателей на ипсила- теральной стороне и разгибателей — на противоположной, в результате чего принимается стартовое положение к обороне или бегству. У человека проявление указанных рефлексов ствола можно наглядно проследить при выполнении различного рода спортивных упражнений, где их целесообразно использовать для облегчения основного целенап- равленного движения. Так, при выполнении сальто вперед необходимо предварительно наклонить голову, чтобы повысился тонус мышц сгиба- телей, облегчающий группировку. Запрокидывание головы назад обеспе- чивает выполнение сальто назад, так как повышает тонус мышц разги- бателей. При беге на большой скорости выполнение поворота требует предварительного наклона головы в сторону поворота, так как при этом повышается тонус мышц сгибателей на стороне поворота, а на противо- положной — увеличивается тонус мышц разгибателей. Таким образом, если «задачей» спинного мозга является постоянное поддержание мышечного тонуса, то с помощью стволовых двигательных рефлексов осуществляется перераспределение тонуса мышц между раз- личными их группами. В случае познотонических рефлексов это перерас- пределение обеспечивает поддержание определенного положения тела в пространстве, позы. Статические и статокинетические рефлексы приводят уже к изменению позы в покое или во время движения тела в простран- стве. Причем реализация стволовых тонических рефлексов происходит через изменение активности соответствующих спинальных центров, обес- печивающих исходный, фоновый (антигравитационный) тонус скелетной мускулатуры. Двигательные центры ствола, оказывая свое воздействие на мотоней- роны спинного мозга, сами находятся под регулирующим влиянием моз- жечка и моторных^отделов переднего мозга. И если произойдет наруше- ние влияния вышележащих отделов, то разовьется состояние ригидности мышц (повышение тонуса), особенно разгибателей и мышц шеи.
Глава 7, РЕГУЛЯЦИЯ ДВИЖЕНИЙ 213 7.3. МОТОРНЫЕ ФУНКЦИИ МОЗЖЕЧКА Мозжечок играет важную роль в регуляции поддержания позы и орга- низации локомоций. Большинство непроизвольных и произвольных (созна- тельных) движений может оптимально осуществляться только при уча- стии мозжечка. В то же время мозжечок не имеет прямого выхода на мотонейроны спинного мозга, и его влияние опосредуется через другие моторные центры. Для выполнения своих функций мозжечок имеет слож- ную структурную организацию нейронов коры и подкорковых ядер. Определенные зоны коры связаны с соответствующими подкорковыми ядрами и могут быть подразделены на три части: древнюю часть мозжеч- ка (архицеребеллум), старый мозжечок (палеоцеребеллум) и новый мозжечок (неоцеребеллум). Более древние (медиальные) структуры мозжечка связаны с двигатель- ными центрами спинного мозга и ствола, а развившиеся позже латераль- ные отделы — с передним мозгом. В результате: - медиальная часть мозжечка осуществляет главным образом регуляцию и коррекцию движения в период его выполнения; - полушария участвуют в подготовке, программировании движений, их заучивании. 7.3.1. Взаимодействие нейронов мозжечка Вся афферентная информация, поступающая в мозжечок через посред- ство лазающих и мшистых нейронов, вначале достигает его корковых от- делов (рис. 7.8). Синаптические связи нейронов коры мозжечка: ЛВ — лазающие волокна; КЗ — клет- ки-зерна; МВ—мшистые волокна; ЗвК—звездчатые клетки; Т—торможение; В — возбуждение (по Экклсу)
214 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ К коре мозжечка поступает импульсации от вестибулярных ядер, от со- матосенсорной системы, а также от коры больших полушарий. Кора моз- жечка состоит из трех слоев клеток: молекулярного, гранулярного и клеток Пуркинье. Аксоны клеток Пуркинье — единственные пути выноса инфор- мации от коры мозжечка. Лазающие волокна контактируют непосредст- венно с дендритами клеток Пуркинье, причем к каждой клетке Пуркинье подходит лишь одно волокно. В то же время одно волокно контактирует с 10-15 клетками Пуркинье, обеспечивая явление дивергенции. Тела лаза- ющих волокон лежат в ядре оливы, через которое к коре мозжечка посту- пают возбуждающие влияния от моторной и премоторной областей ко- ры, подкорковых двигательных центров. Мшистые волокна непосредст- венно с клетками Пуркинье не контактируют, их влияние передается опосредованно с помощью вставочных нейронов. Одни из них — зерна возбуждают клетки Пуркинье, а другие — клетки Гольджи, напротив, тормозят. Клетки Пуркинье обладают фоновой активностью, которая тонически тормозит нейроны-мишени. Возбуждение клеток Пуркинье усиливает тормозящее влияние: - на различные подкорковые ядра: - самого мозжечка, - ствола мозга (красное и вестибулярное ядра); - на моторную зону коры больших полушарий. В результате этих тормозящих воздействий выключается или ослабля- ется влияние всех указанных центров при выполнении движений. Естест- венно, что торможение коры мозжечка усиливает влияние этих центров на мотонейроны спинного мозга. Причем влияние мозжечка на некоторые моторные центры может быть двояким. Например, прямыми путями через клетки Пуркинье кора моз- жечка тормозит нейроны вестибулярного ядра, а опосредованно через фа- стигальное ядро, наоборот, растормаживает его. Влияние клеток Пур- кинье на красное ядро опосредуется промежуточными ядрами мозжечка. В силу этого руброспинальное влияние на сгибатели осуществляется во время торможения активности клеток Пуркинье. Немаловажно и участие области клочка в регуляции движения глаз, обеспечивающих стабилизацию изображения на центральной ямке. Эта зона получает зрительные стимулы по лиановидным, а вестибулярные аф- ференты — через мшистые волокна, что обеспечивает торможение вести- булоокулярного рефлекса. Таким образом, кора мозжечка является зоной сложных переключений различных сенсорных путей к большинству как нижележащих двигатель- ных центров, так и к коре больших полушарий. В результате кора моз- жечка и его ядра, не имеющие прямого выхода на мотонейроны спинного мозга, через моторные центры ствола участвуют в регуляции мышечного тонуса, а через влияние на кору больших полушарий регулируют произ- вольные движения.
Глава 7. РЕГУЛЯЦИЯ ДВИЖЕНИЙ 215 7.3.2. Участие мозжечка в регуляции осознанных движений Необходимо особо выделить роль мозжечка в регуляции движений, на- чинающихся с коры больших полушарий (в том числе и осознанных). От различных отделов коры и особенно от ее двигательной и соматосенсорной областей через различные связи (см. ниже) и коллатерали кортикоспиналь- ного тракта поступают сигналы к промежуточной части мозжечка. Отсюда через вставочное ядро идут эфферентные сигналы к стволовым двигатель- ным центрам (особенно к красному ядру). Весьма важно то, что часть эффе- рентных сигналов от мозжечка возвращается к двигательной коре. Назначение связей мозжечка с корой больших полушарий коротко можно свести к следующему: - афферентные сигналы от двигательной области коры информируют мозжечок о готовящемся целенаправленном движении; - сигналы от соматосенсорной области создают канал обратной связи о выполнении этих движений; - эфференты от мозжечка в кору служат для уточнения выполняемых движений. В управлении позой, тонусом мышц, поддерживающими движениями при выполнении сложных локомоций наряду с промежуточной частью мозжечка существенная роль принадлежит червю мозжечка, который так- же получает афферентацию от соматосенсорной системы. Указанные отделы мозжечка обеспечивают: - взаимную координацию позных и целенаправленных движений; - коррекцию выполняемых движений. Но последнее возможно, если движения выполняются относительно медленно. Если же произвольные движения быстрые, то обратная связь просто по времени не успеет их скорректировать. Поэтому обратная связь от мозжечка участвует в уточнении программы таких движений на буду- щее, то есть в запоминании ее — обучении. Схематически это можно пред- ставить таким образом: мозжечок получает копию эфферентных команд и путем обратных связей — копию афферентного контроля результата выполнения движения. Сопоставляя их, кора мозжечка рассчитывает воз- можную ошибку, о которой сообщает в двигательные центры через свои выходные ядра и пути. То есть в данном случае мозжечок выполняет функцию акцептора результата действия (П. К. Анохин, см. гл. 19). Таким образом, основные моторные воздействия мозжечка могут быть сведены к следующим: - соучастие в регуляции позы и мышечного тонуса; - исправление (при необходимости) медленных целенаправленных дви- жений в ходе их выполнения; - координация этих движений с рефлексами поддержания позы; - правильное, более точное выполнение быстрых целенаправленных движений, команда к выполнению которых поступает от коры боль- ших полушарий; - уточнение и заучивание программ сложных осознанных движений.
Глава 7. РЕГУЛЯЦИЯ ДВИЖЕНИЙ 216 7.3.3. Нарушение моторики при поражении мозжечка В связи с указанным выше значением мозжечка в организации движе- ний, становятся понятными те нарушения моторики, которые сопровож- дают его повреждения. При поражении мозжечка опухолью, разрушении его структур при рассеянном склерозе больные не парализованы и у них не нарушена моторная чувствительность. У таких больных появляются симптомы, характеризующие аномальное выполнение движений, исчезает согласованность между их отдельными компонентами и между передви- жением и сохранением позы. В силу участия мозжечковых ядер в удержа- нии постоянного положения суставов, при поражении его наблюдается тремор (дрожательные движения), особенно выраженный именно при удержании какого-то положения. Тремор не очень выражен в покое и во время самого движения, но в начале и конце его, при перемене направле- ния движения становится более заметным. Поражение мозжечка кроме тремора сопровождается асинергией, атак- сией, асимметрией движений, общей атонией и рядом других нарушений двигательной сферы. Асинергия возникает в связи с невозможностью по- сылать должное количество нервных импульсов к различным мышцам, выполняющим какое-либо сложное движение. В результате отдельные компоненты двигательной программы выполняются не одновременно, объем их может быть избыточным или недостаточным. Походка таких больных становится измененной, их как бы «бросает» из стороны в сто- рону (атаксия). Снижение тонуса мышц приводит к быстрому утомлению. При поражении мозжечка могут наблюдаться дефекты речи, появиться нистагм. Естественно, выраженность этих нарушений определяется глуби- ной и местом повреждения. Однако не всегда при поражении мозжечка указанные изменения проявляются четко, так как при медленно развива- ющейся патологии они могут быть постепенно скомпенсированы други- ми отделами моторной системы ЦНС. 7.4. МОТОРНЫЕ ФУНКЦИИ БОЛЬШИХ ПОЛУШАРИЙ 7.4.1. Моторные области коры Двигательные зоны коры больших полушарий, базальных ганглиев и таламуса функционируют в неразрывном единстве, и поэтому рассматри- вать их необходимо вместе. Двигательная область коры располагается в прецентральной извилине, где имеется четко выраженная соматотопическая ее организация, заключаю- щаяся в правильной пространственной проекции мышц контралатеральной половины туловища в определенных зонах извилины. В прецентральной извилине (рис. 7.9) значительное место занимает представительство тех отделов тела, которые выполняют более разнообразные и значимые для человека движения (кисть, губы, язык). В других зонах коры также имеются нейроны, участвующие в регуля- ции движений. Так, выделяют вторую моторную зону, расположенную в глубине межполушарной щели, где также представлены все мышечные
Глава 7. РЕГУЛЯЦИЯ ДВИЖЕНИЙ 217 зоны тела (рис. 7.10). А в лобной доле располагаются нейроны, от- вечающие за сложные двигатель- ные акты. Появление вторичных потенциалов здесь можно обнару- жить лишь при интенсивных дви- жениях. Эта область является гла- венствующим ассоциативным по- лем организации сложного осоз- нанного движения. Повреждение данного отдела коры сопровожда- ется нарушением наиболее слож- ных и важных осознанных движе- ний человека: движений кисти, спонтанной речи. В прецентральной извилине че- ловека кора имеет большую глу- бину (3,5-4,5 мм) и характеризу- ется наличием гигантских пира- мидальных клеток Беца (диаметр 50-100 мкм), расположенных в V слое. Аксоны этих клеток наряду с менее крупными клетками III слоя представляют собой эфферентные пути от двигательной области коры к нижележащим моторным центрам, образуя пирамидный тракт. Гигантские пирамидные клет- ки, выполняющие сходные функ- ции, расположены рядом и обра- зуют функциональные кортикаль- ные колонки. В образование одной функциональной колонки входит до нескольких сот больших пира- мид, так что колонки имеют диа- метр до 800 мкм. Примечательно, что соседние колонки нередко не- сколько перекрываются даже в том случае, если вызывают проти- воположные движения. Одновре- менным возбуждением их опреде- ляется способность фиксировать сустав при сокращении мышц сги- бателей и разгибателей. Главным фактором, отражаю- щим характер возбуждений нейро- нов колонки, служит движение в суставе. При этом в больших пирамидальных клетках соответ- Расположение мотонейронов в передней центральной извилине («двигательный го- мункулюс») (по Пенфилду) Моторные зоны в коре головного мозга обезьяны: 1 — средняя поверхность; 2 — край полушария; 3— центральная бороз- да; 4 — передняя центральная извилина (по Шмидт)
218 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ствующих колонок можно обнаружить возникновение ПД. В отличие от этого, в малых пирамидах и в покое имеется постоянная импульсация, но при движениях она усиливается. С помощью метода регистрации вызван- ных потенциалов при осуществлении движений было установлено, что ПД появляется в нескольких колонках. Это свидетельствует о наличии представительства одной мышцы в нескольких моторных областях коры. 7.4.2. Взаимосвязи моторных зон коры Афферентные связи к моторным зонам коры поступают через мотор- ные ядра таламуса. Через них кора связана как с сенсорной системой ЦНС, в том числе сенсорными зонами самой коры, так и с подкорковыми базальными ганглиями и мозжечком. Моторная область коры регулирует движения с помощью эфферент- ных связей трех типов: - прямо на мотонейроны спинного мозга; - косвенно с помощью связи с нижележащими двигательными центрами; - еще более косвенная регуляция движений осуществляется путем влияния на передачу и обработку информации в чувствительных ядрах типа кли- новидного ядра или таламуса. Кортикоспинальный (пирамидный) тракт состоит из примерно милли- она эфферентных волокон, начинающихся от различных двигательных зон коры. Около 30% волокон идут от нейронов прецентральной извили- ны, столько же — от вторичной моторной зоны и около 40% — от пер- вичной и вторичной соматосенсорных зон коры. Через посредство вста- вочных нейронов или путем прямого контакта они участвуют в регуля- ции моторных ядер спинного мозга. Спускаясь к мотонейронам спинного мозга, волокна отдают многочисленные коллатерали другим двигатель- ным центрам: таламусу, красному ядру, ядрам моста (от которых через мшистые волокна импульсы поступают к коре мозжечка) и нижней оливе (от которой лиановидные волокна также идут к мозжечку). Особенно важна корковая регуляция точных движений кисти. Кортикорубральные и кортикоретикулярные пути (экстрапирамидныё) идут от тех же мотосенсорных полей коры больших полушарий к соот- ветствующим двигательным центрам ствола. Через посредство этих путей кора усиливает позные и поддерживающие движения конечностей и туло- вища, что обеспечивает точное выполнение всех целенаправленных дви- жений (произвольных и непроизвольных). 7.4.3. Базальные ганглии (стриопаллидарная система) Базальные ганглии (полосатое тело и бледный шар) являются важным подкорковым связующим звеном между ассоциативными и двигательными областями коры больших полушарий. Базальные ганглии функционируют в неразрывном единстве с черной субстанцией среднего мозга, субталамиче- ским ядром, оградой. Большая часть афферентной импульсации приходит к базальным ганглиям от сенсорных и ассоциативных зон коры больших по-
Глава 7, РЕГУЛЯЦИЯ ДВИЖЕНИЙ 219 лушарий, черной субстанции и поступает вначале к полосатому телу. В свою очередь, полосатое тело эфферентными волокнами связано с бледным шаром и чер- ной субстанцией, откуда им- пульсация направляется через таламус к моторным зонам ко- ры либо к ядрам ствола (рис. 7.11). Поэтому патологиче- ские изменения базальных ганг- лиев обычно сопровождаются значительными нарушениями выполнения произвольных дви- жений. За счет связей моторной зо- ны таламуса с моторными цен- трами коры базальные ганглии играют роль важного промежу- точного звена в цепи ассоциа- тивных и сенсорных зон коры с Участие базальных ганглиев в регуляции движений: 1 — таламус (2 — передневент- ральное, 3— вентролатеральное и 4 — сре- динное ядра); 5 — полосатое тело; 6 — блед- ный шар; 7—субталамическое ядро; 8 — черная субстанция (по Delong) моторными ее отделами. В результате стриопаллидарные структуры, не имеющие прямого выхода на мотонейроны спинного мозга, участвуют в корковой регуляции движений. Они участвуют в переводе замысла о про- извольном движении к фазе выполнения его. Через посредство пирамидных трактов они оказывают тонизирующее влияние на а-мотонейроны мышц сгибателей, а через связи с двигательными ядрами ретикулярной форма- ции ствола — разнообразное влияние на тонус мышц сгибателей и разги- бателей. Кроме того, стриопаллидарная система вместе с черной субстан- цией оказывает тормозящее влияние на активность цепи моносинаптиче- ских рефлексов спинного мозга, влияя на его а- и у-мотонейроны. Эта система при выполнении медленных движений предварительно настраи- вает тоническую мускулатуру и сегментарные рефлекторные механизмы, модулируя их, облегчая выполнение сложных двигательных программ. Существенна роль черной субстанции и в сдерживании некоторых непроизвольных движений, особенно при таких состояниях, как эмоции. При нарушении связи подкорковых ядер с черной субстанцией развивается тремор покоя, а также другие проявления, свойственные паркинсонизму. Кроме того, полосатое тело совместно с мозжечком участвует в запо- минании двигательных программ при обучении. В результате многократных повторений движения становятся до такой степени непроизвольными, что роль корковых моторных центров в организации их выполнения сводится к минимуму. Таким образом, двигательные области коры больших полушарий отвеча- ют за замысел врожденных и приобретенных целенаправленных движений.
220 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Они служат последним звеном, в котором образованный в коре больших по- лушарий в ее ассоциативных и других зонах (а не только в моторной зоне) замысел превращается в программу движения. Главной задачей коры, ее мо- торной зоны, является выбор группы мышц, ответственных за выполнение движений в каком-либо суставе, а не за непосредственную регуляцию силы и скорости их сокращения. Эту задачу выполняют нижележащие центры вплоть до мотонейронов спинного мозга. В процессе выработки программы движения моторная область коры получает информацию от базальных ядер и мозжечка, которые посылают к ней свои корректирующие сигналы. 7.5. ИНТЕГРАТИВНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ВСЕХ МОТОРНЫХ ОБЛАСТЕЙ ЦНС ПО ОРГАНИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЙ И СОХРАНЕНИЮ ПОЗЫ 7.5.1. Организация произвольных движений Для удовлетворения своих потребностей в условиях постоянного изме- нения внешней среды организму необходимо ставить перед собой опреде- ленные задачи и в своей поведенческой деятельности добиваться намечен- ного результата. По предложению П. К. Анохина считается, что решаю- щим фактором поведения является достижение полезного результата. Для этого в ЦНС формируется группа нервных центров, так называемая функциональная система (подробно ее характеристика приведена в гл. 19). Здесь укажем лишь на то, что вначале должен сформироваться замысел движения, который затем переводится в программу. В формировании за- мысла большое значение принадлежит обстановочной афферентации, мо- тивации, памяти, то есть многим отделам ЦНС, таким, как ассоциатив- ные, сенсорные, лимбические и др. Кроме того, часть движений выполняется автоматически по сложным врожденным или приобретенным программам. Таких программ стано- вится больше в нервных центрах, находящихся в надсегментарных отде- лах ЦНС. В реализацию программы будущего движения включаются все «этажи» моторных центров ЦНС, начиная от двигательной области коры боль- ших полушарий и до мотонейронов спинного мозга (рис. 7.12). Чем слож- нее движение, тем большее количество моторных центров его организу- ют. Таким образом, система регуляции движений, как правило, является многоуровневой. Между различными отделами нервной системы сущест- вуют циклические взаимодействия, в образовании которых принимают участие не только двусторонние межцентральные связи, но и обратная афферентация от различных рецепторов. То есть между отдельными «этажами», отдельными центрами возника- ют сложные иерархические взаимодействия. К примеру, при выполнении сложных движений, если в этом есть необходимость, в программу вклю- чаются уже готовые блоки рефлексов нижележащих отделов ЦНС. Но под влиянием вышележащих центров эти рефлексы могут усиливаться, а в ряде случаев, напротив, должны ослабляться. Хорошим примером этому может служить необходимость подавления
Глава 7, РЕГУЛЯЦИЯ ДВИЖЕНИЙ 221 Взаимодействие различных отделов моторной системы ЦНС (по Delong) выпрямительных рефлексов в процессе обучения плаванию, то есть тех самых рефлексов, которые так мешают необученному «пловцу». Приме- ром использования готовых врожденных рефлексов является межсегмен- тарный шагательный рефлекс спинного мозга при ходьбе с разной скоро- стью, беге. В основе формирования программы движения и ее выполнения в ЦНС осуществляется взаимодействие центров на основе принципов координа- ции рефлекторной деятельности. Так, в связи с тем, что афферентных ней- ронов в ЦНС больше, чем эфферентных, разнообразные афферентные входы поступают к одним и тем же мотонейронам. В результате мотоней- рон и иннервированная им мышца являются общим конечным путем многих афферентных входов. Рефлексы могут быть союзными и антагонистическими. При встрече на общих путях союзные рефлексы усиливаются, а антагонистические тор- мозятся. В данном случае проявляются эффекты суммации и окклюзии. Преобладание на конечных путях той или иной рефлекторной реакции обусловлено ее значением для жизнедеятельности организма в конкрет- ных условиях, то есть полезным результатом. В оценке полезности важ- ная роль принадлежит наличию в ЦНС господствующего очага возбуж- дения — доминанты. Большое значение для воплощения программы в конкретный результат имеет обратная афферентация, идущая по различным каналам. Прежде всего это происходит через афференты мышц, суставов, то есть сенсорные механизмы самого двигательного аппарата. Но немаловажное значение имеет и афферентация от таких, казалось бы, далеких от моторной систе- мы рецепторов, как зрение, слух. Особенно большое значение сиюминут- ная обратная связь имеет при регуляции медленных движений, когда есть время для исправления самой программы в ходе ее осуществления. Но если при выполнении быстрых движений обратная связь не успевает
222 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ скорректировать программу в период самого движения, то обратная аф- ферентация, помогая оценить результат, способствует обучению движе- ниям, и при повторных выполнениях (тренировке) движения становятся более точными. Это означает, что сама программа стала более точной. 7.5.2. Регуляция позы С первых дней жизни формирование двигательной системы у человека идет под влиянием гравитации Земли. Действие этих сил должно учиты- ваться и при совершении целенаправленных движений: часть мышц долж- на выполнять вспомогательную функцию, движения их направлены на поддержание позы. Для человека это тем более актуально, что он перешел Площадь опоры тела (S — точка проекции центра тяжести тела) на вертикальное передвижение с по- мощью двух ног. В результате значи- тельно уменьшилась площадь опоры и существенно возросла возможность па- дения, так как тело устойчиво тогда, когда вертикаль, опущенная из центра тяжести тела, проходит через площадь опоры, ограниченную латеральными отделами стоп (рис. 7.13). Если верти- каль минует ее, то человек может упасть, и, чтобы этого не случилось, тело необходимо вернуть для «нор- мального» соотношения центра тяжес- ти и площади опоры. Антигравитаци- онные движения реализуются через то- нические рефлексы ствола мозга. Регуляция позы тела обычно происходит без участия нашего сознания, автоматически, то есть без участия коры больших полушарий. Позу необ- ходимо поддерживать как в состоянии неподвижности, так и при выпол- нении каких-либо движений, перемещающих отдельные сегменты тела. В процессе выполнения движений измененяется расположение центра тяже- сти тела из-за перемещения отдельных его частей относительно площади опоры, и поэтому возникают условия для потери равновесия. Поддержание позы во время стояния Вначале познакомимся с механизмом регуляции поддержания позы при каком-либо положении, например, при стоянии (при положении лежа из-за большой площади опоры позные движения практически не нужны). Сохранение равновесия при этом возможно при закреплении важнейших суставов конечностей и туловища. Неподвижное закрепление' суставов обеспечивается содружественным сокращением многих мышц тела: шеи, разгибателей туловища, бедра и голени, сгибателей и разгибателей стопы. Поддержание тонуса этих мышц — активный процесс, при котором ис- пользуются рефлексы спинного мозга и ствола. Их выполнение запуска- ется афферентацией от проприорецепторов длинных мышц (выполняются
Глава 7. РЕГУЛЯЦИЯ ДВИЖЕНИЙ 223 рефлексы на растяжение и у-петля), рецепторов кожи стопы. Для поддер- жания позы преимущественно используются медленные тонические ДЕ, а-мотонейроны которых наиболее возбудимы, а сокращение самых мы- шечных волокон энергоэкономично. Последнее обстоятельство обеспечи- вает малую затрату энергии для поддержания позы. При поддержании позы в состоянии покоя моторные рефлексы спинного мозга постоянно контролируются стволовыми центрами. Большая роль в предотвращении падения и отклонения головы принадлежит при этом проприорецепторам мышц шеи и вестибулярным рецепторам. Поддержание позы во время локомоций При перемещении всего тела или отдельных его частей тоническая де- ятельность спинного мозга подвергается еще более жесткому контролю со стороны центров ствола, которые, в свою очередь, находятся под регу- лирующим влиянием вышележащих центров. Включаются все необходи- мые установочные рефлексы ствола (лабиринтные, выпрямительные, ста- токинетические), которые в зависимости от конкретных условий перерас- пределяют тонус различных мышечных групп (сгибателей и разгибате- лей). Правильное распределение тонуса при движениях невозможно без уча- стия мозжечка, базальных ядер и коры больших полушарий. Так, мозже- чок, влияя на красное ядро, повышает тонус мышц сгибателей, а через посредство вестибулярного ядра — разгибателей. Бледный шар угнетает тонус мышц, а полосатое тело тормозит влияние бледного шара. Непо- средственное отношение к выбору соответствующей позы при осущест- влении произвольных движений имеют и малые пирамидные клетки моторной зоны коры больших полушарий. От них отходят тонические нервные импульсы, достигающие мотонейронов спинного мозга и ствола через посредство пирамидных и экстрапирамидных путей. Вопросы для повторения №3 На ЭЭГ, зарегистрированной от заты- лочной области головы, виден а-ритм. Каково состояние испытуемого? А. Стрессовое Б. Покоя с открытыми глазами В. Покоя с закрытыми глазами Г. Глубокий естественный сон Д. Наркотический сон №4 На ЭЭГ, зарегистрированной от темен- ных и затылочных отведений, видны 5-волны. Каково состояние испытуемого: А. Возбуждения Б. Покоя с открытыми глазами В. Покоя с закрытыми глазами Г. Сон №1 Какова скорость проведения возбужде- ния в аксонах а-мотонейронов спинно- го мозга: А. 10-40 м/с Б. 70-120 м/с В. 40-60 м/с Г. 130-140 м/с №2 Укажите характеристику 5-ритма элек- троэнцефалограммы: А. Частота 1 имп./с, амплитуда 50 мкВ Б. Частота 7 имп./с, амплитуда 100 мкВ В. Частота 10 имп./с, амплитуда 45 мкВ Г. Частота 3 имп./с, амплитуда 250 мкВ Д. Частота 5 имп./с, амплитуда 70 мкВ
224 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ №5 В каком из ответов дано правильное со- четание нервных и мышечных структур, посредством которых осуществляется участие ретикулярной формации в регу- ляции мышечного тонуса: А. Альфа-мотонейроны спинного мозга; ин- трафузальные мышечные волокна Б. Гамма-мотонейроны спинного мозга; экс- трафузальные мышечные волокна В. Альфа-мотонейроны спинного мозга; экс- трафузальные мышечные волокна Г. Гамма-мотонейроны спинного мозга; ин- трафузальные мышечные волокна №6 Какое влияние на вестибулярные ядра оказывает красное ядро и как это влия- ние отражается на тонусе мышц экс- тензоров: А. Тормозит вестибулярные ядра; тонус экс- тензоров повышается Б. Тормозит вестибулярные ядра; тонус экс- тензоров понижается В. Возбуждает вестибулярные ядра; тонус экстензоров понижается Г. Возбуждает вестибулярные ядра; тонус экстензоров не меняется №7 Ретикулярная формация мозгового ствола осуществляет: А. Активацию коры больших полушарий Б. Регуляцию тонуса нейронов спинного мозга В. Организацию конкретных сенсорных ощу- щений Г. Замыкание рефлекторных дуг при раз- дражении рецепторов кожи Д. Замыкание рефлекторных дуг при раз- дражении интерорецепторов №8 Укажите механизм возникновения спи- нального шока: А. Увеличение активности клеток Реншоу Б. Нарушение функций нейронов ниже мес- та травмы спинного мозга В. Устранение влияний со стороны головно- го мозга Г. Усиление активности нейронов головного мозга Д. Разрушение нейронов в месте травмы спинного мозга №9 При поражении каких сегментов спин- ного мозга наблюдается отсутствие ко- ленных сухожильных рефлексов: A. Ill и IV шейные сегменты Б. VI-VII грудные сегменты В. V-VI шейные сегменты Г. Ill—IV поясничные сегменты Д. 1-11 крестцовые сегменты №10 Укажите, центры каких из перечислен- ных рефлексов располагаются в сред- нем мозге: А. Мигательный Б. Ориентировочный В. Кашлевой Г. Аккомодация глаза Д. Сосательный №11 Укажите рефлексы продолговатого мозга; А. Ориентировочные Б. Дыхательные В. Позно-тонические Г. Зрачковый Д. Моргание №12 Укажите рефлекс, связанный с четве- рохолмием: А. Глотательные Б. Слюноотделительные В. Статокинетические Г. Позно-тонические Д. Ориентировочные №13 Укажите результат разрушения ретику- лярной формации верхних отделов мозгового ствола: А. Двигательное возбуждение Б. Судороги В. Децеребрационная ригидность Г. Глубокий сон
Глава 7, РЕГУЛЯЦИЯ ДВИЖЕНИЙ 225 №14 Укажите ошибочный ответ. При повреждении базальных ядер у че- ловека наблюдается: А. Нарушение тонких движений пальцев рук Б. Мышечная ригидность В. Отсутствие тактильной чувствительности Г. Тремор конечностей Д. Гипокинезия №15 Укажите ошибочные ответы. При повреждении мозжечка наблюда- ется: А. Нарушение тактильной чувствительности Б. Гиперкинезы В. Дезэквилибрация Г. Дистония Д. Астазия №16 Какая структура является высшим под- корковым центром болевой чувстви- тельности: А. Гипоталамус Б. Таламус В. Черная субстанция Г. Мозжечок Д. Гиппокамп №17 Укажите тета-ритм электроэнцефало- граммы: А. Частота 10 Гц, амплитуда 45 мкВ Б. Частота 15 Гц, амплитуда 20 мкВ В. Частота 5 Гц, амплитуда 180 мкВ Г. Частота 20 Гц, амплитуда 100 мкВ Д. Частота 7 Гц, амплитуда 25 мкВ №18 Позно-тонические статические рефлек- сы мозгового ствола заключаются: А. В восстановлении естественной позы Б. В поддержании постоянного тонуса ске- летных мышц В. В изменении мышечного тонуса при вра- щении тела Г. В поддержании положения тела в про- странстве №19 Выпрямительные двигательные рефлек- сы мозгового ствола заключаются: А. В восстановлении естественной позы те- ла Б. В поддержании постоянного тонуса ске- летных мышц В. В изменении мышечного тонуса при вра- щении тела Г. В поддержании положения тела в про- странстве. №20 Генераторный потенциал возникает: А. В аксоне афферентного нейрона Б. В рецепторной клетке №21 Укажите первично чувствующие рецеп- торы: А. Обонятельные Б. Тактильные В. Болевые Г. Вкусовые Д. Кортиев орган №22 Укажите вторично чувствующие рецеп- торы: А. Обонятельные Б. Тактильные В. Болевые Г. Вкусовые Д. Кортиев орган №23 Укажите рецепторы, которые практиче- ски не адаптируются: А. Вестибулорецепторы Б, Сетчатка глаза В. Тактильные рецепторы Г. Тельца Паччини Д. Фоторецепторы сетчатки глаза №24 Свойства генераторного потенциала: А. Не подчиняется закону «всё или ничего» Б. Его амплитуда прямо пропорциональна силе раздражения В. Распространяется по нервному волокну
Глава 7, РЕГУЛЯЦИЯ ДВИЖЕНИЙ 226 №25 Механоноцицепторы возбуждаются при воздействии следующих факторов: А. Уколы Б. Сдавление В. Порезы Г. Выделение в тканях гистамина Д. Выделение в тканях простагландинов Е. Действие щелочей №26 Укажите прямые (непосредственные) влияния клеток Пуркинье мозжечка: А. Тормозят подкорковые ядра мозжечка Б. Активируют подкорковые ядра мозжечка В. Активируют красное ядро Г. Тормозят двигательные подкорковые яд- ра ствола мозга Д. Тормозят нейроны спинного мозга №27 В период проявления спинального шо- ка мотонейроны спинного мозга ниже места травмы: А. Деполяризованы Б. Гиперполяриэованы В. Мембранный потециал не изменен №28 У животного, после того как прошел спинальный шок, сделана вторая пере- резка спинного мозга непосредственно ниже первой. Возникнет ли при этом второй раз спинальный шок: А. Нет Б. Да №29 При регистрации Н-рефлекса отсутст- вие позднего ответа и сохранение ран- него ответа свидетельствуют: А. О поражении спинного мозга Б. О поражении мышцы В. О поражении спинного мозга и мышцы №30 При возбуждении первично чувствую- щих рецепторов деполяризация их мембраны происходит за счет повыше- ния проницаемости для ионов: А. Калия Б. Хлора В. Магния Г. Натрия №31 Продолжительность спинального шока у человека: А. Несколько минут Б. Несколько часов В. Несколько дней Г. Несколько месяцев №32 Медиаторами в аминоспецифических структурах мозга являются: А. Серотонин Б. Норадреналин В. Дофамин Г. Гаммааминомасляная кислота Д. Пуриновые нуклеотиды №33 Мышечные веретена контролируют: А. Длину мышцы Б. Время сокращения В. Силу сокращения Г. Скорость изменения напряжения мышцы №34 Сухожильные рецепторы Гольджи кон- тролируют: А. Длину мышцы Б. Скорость изменения напряжения мышцы В. Степень напряжения мышцы Г. Силу сокращения мышцы №35 При поражении переключающих (ре- лейных) ядер зрительного бугра нару- шается: А. Передача возбуждения к сенсорным зо- нам коры Б. Переключение возбуждения к ассоциа- тивным зонам коры В. Анализ сигналов различной модальности Г. Тонус коры больших полушарий Д. Поступление информации к ассоциатив- ным ядрам таламуса №36 При поражении ассоциативных ядер зрительного бугра нарушается: А. Переключение возбуждения к сенсорным зонам коры Б. Переключение возбуждения к ассоциа- тивным зонам коры В. Анализ сигналов разной модальности Г. Тонус коры больших полушарий
227 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ №37 При поражении неспецифических ядер зрительного бугра нарушается: А. Переключение возбуждения к сенсорным зонам коры Б. Переключение возбуждения к ассоциа- тивным зонам коры В. Анализ сигналов разной модальности Г. Тонус коры больших полушарий №38 Как будет меняться сила спинальных двигательных рефлексов при актива- ции у-мотонейронов спинного мозга: А. Уменьшаться Б. Увеличиваться В. Не изменится №39 У какого из животных наибольшая дли- тельность спинального шока? А. Лягушка Б. Кролик В. Обезьяна №40 Как называется рефлекторная реакция человека в ответ на внезапное дейст- вие светового или звукового раздражи- теля и о чем свидетельствует наруше- ние этой реакции: А. Адаптационная реакция, поражение гипо- таламуса Б. Ориентировочный рефлекс, поражение четверохолмия В. Ориентировочный рефлекс, поражение ретикулярной формации Г. Зрачковый рефлекс, поражение красного ядра №41 Афферентные импульсы, поступающие в спинной мозг, участвуют в организа- ции следующих реакций: А. Сосудодвигательные рефлексы Б. Зрачковый рефлекс В. Моргание Г. Поддержание мышечного тонуса №42 Сенсорная информация поступает в нижние бугорки четверохолмия от ре- цепторов: А. Сетчатки глаза Б. Проприорецепторов мышц туловища В. Тактильных рецепторов кожи конечно- стей Г. Улитки Д. Болевых рецепторов кожи туловища №43 Сенсорная информация поступает в верхние бугорки четверохолмия от рецепторов: А. Сетчатки глаза Б. Проприорецепторов мышц туловища В. Тактильных рецепторов кожи конечно- стей Г. Улитки Д. Болевых рецепторов кожи туловища №44 Сенсорная информация поступает в спинной мозг от рецепторов: А. Тактильных рецепторов кожи туловища Б. Болевых рецепторов кожи конечностей В. Сетчатки глаза Г. Проприорецепторов мышц туловища Д. Вестибулярного аппарата №45 Укажите, к каким рефлексам относится перераспределение мышечного тонуса при наклоне головы: А. Статокинетические Б. Статические шейные В. Статические выпрямительные Г. Статические позно-тонические №46 Эфферентные влияния мозжечка на другие нервные структуры передаются через: А. Лазающие волокна Б. Мшистые волокна В. Клетки Гольджи Г. Клетки Пуркинье
228 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ №47 Мышечные веретена с центральным расположением ядер участвуют в конт- роле: А. Длины мышцы при динамических сокра- щениях Б. Длины мышцы при статических сокраще- ниях В. Силы сокращения при динамических со- кращениях Г. Напряжения мышцы при статических со- кращениях №48 Мышечные веретена с цепочечным расположением ядер участвуют в конт- роле: А. Длины мышцы при ее динамическом со- кращении Б. Длины мышцы при ее статическом сокра- щении В. Силы сокращения при ее динамическом сокращении Г. Напряжения мышцы при ее статическом сокращении №49 Нарушение функционирования гамма- петли приведет к нарушению контроля: А. Длины сокращающейся мышцы Б. Силы сокращения мышцы В. Величины напряжения мышцы №50 Укажите моносинаптические рефлексы спинного мозга: А. Сгибательные Б. Шагательные В. Разгибание стопы Г. Т-рефлексы №51 Статические рефлексы выражаются в перераспределении мышечного тону- са: А. При угловых ускорениях Б. При линейных ускорениях В. При наклоне головы Г. При изменении положения
Глава 8 ВЕГЕТАТИВНАЯ НЕРВНАЯ СИСТЕМА 8.1. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ ВЕГЕТАТИВНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ Со времени французского физиолога Биша — с начала XIX столе- тия — функции организма разделяют на: - анимальные, или соматические; - вегетативные (общие с растительными). Соматические функции обеспечивают взаимодействие организма с внешней средой: восприятие внешних раздражителей и двигательные ре- акции, осуществляемые скелетной мускулатурой. Вегетативными функциями называют те, от которых зависит осуществ- ление обмена веществ в целостном организме (пищеварение, кровообра- щение, дыхание, выделение и т. д.), а также рост и размножение. В соот- ветствии с этим разделением функций различаются и системы их регуля- ции — соматическая и вегетативная нервные системы. Соматическая нервная система обеспечивает экстероцептивные сенсорные и моторные функции организма. Вегетативная нервная система (ВНС) регулирует де- ятельность не только внутренних органов, но и вегетативные функции как сомы, так и самой нервной системы. В свою очередь, ВНС состоит из двух отделов — симпатической и па- расимпатической, отличающихся как структурно, так и функционально. Вегетативные компоненты реакций организма, как правило, произволь- но не контролируются. На этом основании ВНС называют автономной, или непроизвольной. Однако представление об автономности ВНС, то есть о ее независимости от коры больших полушарий, является весьма относительным. При соответствующих условиях (например, при многолет- них тренировках по системе йогов) появляется возможность даже созна- тельного, условно-рефлекторного влияния на функцию внутренних орга- нов. Да и в клинической практике нередко встречаются примеры условно- рефлекторной роли появления патологических нарушений функции внут- ренних органов. А как будет показано в гл. 18, условные рефлексы выра- батываются при обязательном участии коры больших полушарий. Выделяя регуляцию вегетативных функций, надо отметить, что в цело- стных реакциях организма сенсорные, моторные и вегетативные компо- ненты тесно связаны между собой. Причем взаимодействия этих компо- нентов происходят почти на всех «этажах» нервной системы. Так, указан- ная выше возможность выработки условных рефлексов определяется вза- имодействием высших «этажей» нервных центров ВНС и коры больших полушарий. Такие же взаимосвязи происходят на уровне нервных цент- ров ствола и спинного мозга, а также ганглиев симпатического отдела. Эти взаимодействия необходимы, так как благодаря им деятельность всех органов, иннервированных ВНС, координируется в соответствии с теку-
230 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ щими потребностями организма, подстраиваясь в зависимости от харак- тера его реакций при изменениях внешней и внутренней среды организма. Роль ВНС заключается в регуляции обмена веществ (в том числе и в соме), возбудимости, автоматии периферических органов. Вегетативная нервная система регулирует и изменяет физиологическое состояние тка- ней и органов, приспосабливая их к текущей деятельности целостного ор- ганизма и условиям окружающей среды. В зависимости от условий функционирования органов, ВНС оказывает на них корректирующее или пусковое влияние. Корректирующее влияние заключается в том что, когда орган, обладая автоматией, функционирует непрерывно, то импульсы, приходящие по вегетативным нервам, только усиливают или ослабляют его деятельность. Если же работа органа не яв- ляется постоянной, а возбуждается импульсами, поступающими по сим- патическим или парасимпатическим нервам, то в этом случае говорят о пусковом влиянии ВНС. Зачастую пусковые влияния дополняются кор- ректирующими. 8.2. СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ВНС В зависимости от своего функционального назначения ВНС делится на симпатический и парасимпатический отделы. Хотя функционально в ней целесообразно выделить еще и третий отдел — метасимпатический, или энтеральный (см. ниже). Между симпатическим и парасимпатическим от- делами имеются не только функциональные, но и структурные отличия: - по локализации центров в мозге; - по тому, что ганглии парасимпатического отдела расположены вблизи или в самих иннервируемых ими органах (интрамурально), в то время как ганглии симпатического отдела находятся относительно недалеко от нервных центров спинного мозга. Вегетативная нервная система функционирует так же, как и соматиче- ская, по принципу рефлекторной регуляции. Особенности ее во многом вытекают из морфологии ВНС. Вегетативная нервная система (рис. 8.1 и 8.2) отличается от соматической следующими структурными характери- стиками: - локализацией ядер в ЦНС; - малой величиной нейронов и относительно малым диаметром их от- ростков; - очаговым выходом волокон из мозга и отсутствием четкой сегментар- ное™ их распределения на периферии; - наличием вегетативных ганглиев на периферии; - эфферентные волокна, направляющиеся из мозга к внутренним орга- нам, обязательно прерываются в ганглиях, где они образуют синапсы на нейронах, расположенных в этих ганглиях; - непосредственный выход на внутренние органы имеют лишь аксоны ганглионарных нейронов.
Глава 8. ВЕГЕТАТИВНАЯ НЕРВНАЯ СИСТЕМА 231 Парасимпатическая иннервация: 1 — мышцы глаза; 2 — слезные железы и же- лезы слизистой носа; 3 — подчелюстная железа; 4 — околощитовидная железа; 5 — сердце; 6 — желудок; 7 — приврат- ник; 8—ободочная кишка; 9—тонкий кишечник; 10 — илеоцекальная заслонка; 11 — анальный сфинктер; 12—мочевой пузырь; 13— треугольник мочевого пу- зыря; 14 — крестец Симпатическая иннервация Центры вегетативной нервной системы Скопления нейронов, образующих вегетативные центры, расположены в мозговом стволе и спинном мозге. Центры парасимпатического отдела расположены: - в среднем мозге (мезэнцефальный отдел) — вегетативные волокна от не- го идут в составе глазодвигательного нерва; - в продолговатом мозге (бульбарные отделы) — эфферентные волокна от них проходят в составе лицевого, языкоглоточного и блуждающего нервов; - в боковых рогах крестцовых сегментов спинного мозга (сакральные цен- тры) — волокна от них идут в составе тазовых нервов. Одним из важнейших отличий локализации центров, которое сущест- венно сказывается и на их функции, является то, что центры симпатиче- ского отдела расположены компактно: в боковых рогах грудных и пояс- ничных сегментов спинного мозга, начиная от I грудного до I-IV пояс- ничного (тораколюмбальный отдел). Вегетативные волокна от них выхо- дят через передние корешки спинномозговых сегментов вместе с отрост- ками моторных нейронов. Все указанные отделы ВНС подчинены высшим вегетативным цент- рам, расположенным в промежуточном мозге — гипоталамусе. Эти цент- ры координируют функции многих органов и систем организма. Сами же
232 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ они, в свою очередь, подчинены коре больших полушарий, которая обес- печивает целостное реагирование организма, объединяя его соматические и вегетативные функции в единые акты поведения. 8 .2.1. Эфферентные симпатические и парасимпатические пути В отличие от соматической нервной системы, эфферентный путь кото- рой к исполнительным органам однонейронный, периферическая часть всех эфферентных симпатических и парасимпатических нервных путей построена из двух последовательно расположенных нейронов. Тело пер- вого нейрона находится в ЦНС, его аксон направляется на периферию, но доходит лишь до нервного узла (ганглия). Здесь находится тело второ- го нейрона, на котором аксон первого нейрона образует синаптические окончания. Аксон второго нейрона иннервирует соответствующий орган. Исходя из этого, волокна первого нейрона называют преганглионарны- ми, второго — постганглионарными. То есть на эфферентном пути веге- тативных нервов после выхода их из ЦНС, как правило, имеется не менее одного перерыва — одного синапса. Имеющиеся исключения отмечаются в соответствующих разделах. 8 .2.2. Области иннервации симпатического и парасимпатического отделов Симпатические нервные волокна имеют значительно более широкое распространение, чем парасимпатические (см. рис. 8.2, табл. 8.1). Таблица 8.1 Изменение функций различных органов при стимуляции симпатических и парасимпатических нервов Орган или система Симпатические нервы 1 Адренорецепторы 1 Парасимпатические нервы Пищеварение Продольные и циркулярные мышцы Ослабление моторики а, Р Усиление моторики Сфинктеры Сокращение а Расслабление Мочевой пузырь Треугольник внутренний Расслабление р Сокращение Сфинктер Сокращение а — Бронхи Бронхи Расслабление р Сокращение Внутриглазные мышцы Расширяющие зрачок Сокращение а — Сфинктер зрачка Сокращение а Сокращение Цилиарная Расслабление 3 Сокращение Пиломоторы Пиломоторы Сокращение а Половые органы Семенные пузырьки Сокращение а — Семявыносящий проток Сокращение а -
Глава 8. ВЕГЕТАТИВНАЯ НЕРВНАЯ СИСТЕМА 233 Окончание таблицы 8.1 Орган или система Симпатические нервы Адренорецепторы Парасимпатические нервы Матка (в зависимости от гормонального фона) Сокращение Расслабление а 3 - Сердце Ритм Ускорение 0 Замедление Сила сокращения Усиление 0 Ослабление Кровеносные сосуды Артерии Сужение а Расширение Артерии сердца Сужение Расширение а 3 - Артерии скелетных мышц Сужение а - Железы Слюнные Секреция а Секреция Слезные Секреция а Пищеварительные Угнетение а Секреция Потовые Секреция (холинер.) — Метаболизм Печень Гликогенолиз Гликонеогенез - Жировые клетки Липолиз 0 — Секреция инсулина Снижение е - Симпатические нервы иннервируют фактически все органы и ткани ор- ганизма. Парасимпатические нервы не иннервируют: скелетную мускула- туру, ЦНС, большую часть кровеносных сосудов и матку. К большинству органов парасимпатические волокна проходят в составе блуждающих нервов. Они иннервируют: бронхи, сердце, пищевод, желудок, печень, тонкий кишечник, поджелудочную железу, надпочечники, почки, селезен- ку, часть толстого отдела кишечника. Верхние сегменты симпатического отдела ВНС посылают свои волок- на через верхний шейный симпатический узел к органам головы; следую- щие сегменты посылают их через нижележащие симпатические узлы к ор- ганам грудной полости и верхним конечностям; далее следует ряд груд- ных сегментов, посылающих волокна через солнечное сплетение и верх- ний брыжеечный узел к органам брюшной полости; и наконец, от пояс- ничных сегментов волокна направляются через нижний брыжеечный узел в основном к органам малого таза и нижним конечностям. 8 .2.3. Ганглии вегетативной нервной системы Симпатический отдел В зависимости от локализации ганглии симпатического отдела ВНС разделяют на парные вертебральные (паравертебральные) и превертеб- ральные. Вертебральные симпатические ганглии располагаются по обе стороны позвоночника, образуя два пограничных ствола. Вертебральные
234 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ганглии связаны со спинным мозгом нервными волокнами, которые об- разуют белые соединительные ветви (rami communicantes albi). По ним к ганглиям идут преганглионарные волокна от нейронов, тела которых расположены в боковых рогах тораколюмбального отдела спинного моз- га (рис. 8.3). |Рис.8.з|. Взаимосвязь нейронов в ганглии симпатического отдела ВИС: J — задний корешок спинномозгового нерва; 2 — спинномозговой узел; 3 — узел симпатического ствола; 4 — спинномозговой нерв; 5 — пре- вертебральный узел; 6 — межузло- вые волокна Аксойы постганглионарных симпа- тических нейронов направляются от уз- лов к периферическим органам либо по самостоятельным нервным путям, либо в составе соматических нейронов. В по- следнем случае они идут от узлов погра- ничных стволов к соматическим нервам в виде тонких серых соединительных ве- точек (rami communicantes grisei — их се- рый цвет обусловлен тем, что постганг- лионарные симпатические волокна не имеют миелиновой оболочки). Большинство преганглионарных во- локон симпатической нервной системы прерывается в ганглиях пограничного ствола. Меньшая часть их проходит че- рез пограничный ствол без перерыва, она прерывается в превертебральных ганглиях. Превертебральные ганглии располо- жены на большем расстоянии от позво- ночника, чем ганглии пограничного ствола, вместе с тем они находятся и в отдалении от иннервируемых ими органов. Парасимпатический отдел В отличие от этого ганглии парасимпатического отдела ВНС располо- жены внутри органов или вблизи них (например, ресничный узел g. ciliare, ушной узел g. oticum и некоторые другие). Аксон первого парасимпатического нейрона, находящегося в среднем, продолговатом мозге или сакральном отделе спинного мозга, доходит до иннервируемого органа не прерываясь. Второй парасимпатический нейрон расположен внутри этого органа или в непосредственной близости от него — в прилежащем узле. Внутриорганные волокна и ганглии образуют сплетения, богатые нер- вными клетками. Они расположены в мышечных стенках многих внут- ренних органов, например сердца, бронхов, средней и нижней третей пи- щевода, желудка, кишечника, желчного пузыря, мочевого пузыря, а также в железах внешней и внутренней секреции. Таким образом, в отличие от симпатического отдела, преганглионар- ные парасимпатические волокна более длинные, чем постганглионарные.
Глава 8. ВЕГЕТАТИВНАЯ НЕРВНАЯ СИСТЕМА 235 8.3. ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВНС 8.3.1. Особенности волокон ВНС Преганглионарные волокна ВНС принадлежат, как правило, к типу В, имеют тонкую миелиновую оболочку. Их диаметр 2-3,5 мкм (реже 5 мкм). Постганглионарные волокна относятся к типу С, они имеют диа- метр не более 2 мкм. Большая часть их не имеет миелиновой оболочки. Вегетативные, особенно постганглионарные, волокна отличаются ма- лой возбудимостью', для их раздражения требуется большее напряжение электрического тока, чем для раздражения моторных волокон, иннерви- рующих скелетные мышцы. Нервные импульсы по ним распространяются со скоростью: в преганглионарных волокнах — от 3 до 18 м/с, а в пост- ганглионарных — от 1 до 3 м/с. Причем, чем тоньше волокно, тем мень- ше его возбудимость, продолжительнее рефрактерность, меньше лабиль- ность и ниже скорость проведения импульсов. Потенциалы действия симпатических и парасимпатических нервных волокон отличаются большей длительностью, чем ПД соматических нерв- ных волокон. В преганглионарных волокнах они сопровождаются дли- тельным следовым положительным потенциалом, а в постганглионарных волокнах — следовым отрицательным потенциалом, переходящим в про- должительную (до 300 мс и более) следовую гиперполяризацию. 8.3.2. Медиаторы Ацетилхолин В зависимости от того, какой медиатор выделяется окончаниями аксо- нов вегетативных нейронов, их подразделяют на: - холинергические, - адренергические. Медиатором всех преганглионарных волокон является ацетилхолин. Различают два вида холинорецепторов: М и Н. М-холинорецепторы теряют чувствительность к ацетилхолину под влиянием мускарина (яд, выделенный из гриба мухомора) и атропина; Н-холинорецепторы — под влиянием никотина и других подобных ганглиоблокаторов (гексоний и др.). Особенностью действия ацетилхолина в синапсах ганглиев являет- ся то, что оно не прекращается после введения атропина (и мускарина), но исчезает после никотина. То есть такие синапсы относятся к Н-холи- нергическим. Холинергическими являются не только преганглионарные эфферентные нейроны обоих отделов, но и эфферентные нейроны парасимпатических центров среднего, продолговатого и спинного мозга. Кроме того, постси- наптические эфферентные нейроны периферических симпатических ганг- лиев, которые иннервируют потовые железы и обеспечивают расширение сосудов работающих мышц, также выделяют АХ. Во всех этих структурах АХ взаимодействует с М-холинорецептором.
236 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Норадреналин Адренергическими являются все остальные эфферентные нейроны сим- патических ганглиев. В окончаниях аксонов и в контактах, образованных этими аксонами с гладкомышечными клетками и другими структурами, выделяется норадреналин. Имеется два основных вида адренорецепторов, с которыми взаимодей- ствует норадреналин (и гормон мозгового вещества надпочечников адре- налин): а- и ^-адренорецепторы. Норадреналин вызывает наиболее силь- ное возбуждение p-рецепторов миокарда и менее выраженную реакцию гладких мышц бронхов. Первые именуются р,-, а вторые — р2-адреноре- цепторами. Имеются отличия, хотя и менее существенные, между «-ре- цепторами, которые также подразделяют на два типа: а,- и «2-адреноре- цепторы. В большинстве органов находятся оба вида адренорецепторов, кото- рые могут вызывать разные или одинаковые реакции. В других органах имеется только один из адренорецепторов. В кровеносных сосудах при- сутствуют и а- и p-адренорецепторы. Соединение симпатического медиа- тора с «-адренорецепторами в артериальной стенке вызывает сужение ар- териол, а с p-адренорецепторами — их расширение. В кишечнике также имеются и а- и p-адренорецепторы, но здесь воздействие на те и на другие тормозит сокращение гладкой мускулатуры. В миокарде и бронхах нет а-адренорецепторов, здесь норадреналин и адреналин взаимодействуют только с p-адренорецепторами. В результате происходит усиление сердеч- ных сокращений и расширение бронхов. Несмотря на то, что адренорецепторы взаимодействуют как с норадре- налином, так и с адреналином, чувствительность их к этим лигандам раз- лична. Так, а-адренорецепторы более чувствительны к норадреналину, чем к адреналину, а ft-рецепторы, наоборот, чувствительнее к адреналину. Это означает, что при наличии в органе обоих рецепторов небольшой интен- сивности возбуждение симпатического нерва приведет к эффекту, свойст- венному взаимодействию НА-а-рецептор. Появление в крови небольших количеств гормона А проявится его взаимодействием с p-рецепторами, а значительная концентрация — с а-рецепторами. В связи с этим, к приме- ру, при физиологически нормальном (достаточно небольшом) количестве адреналина в крови артерии скелетных мышц расширяются, так как он взаимодействует с p-рецепторами. А при высокой концентрации адрена- лина мышечные сосуды суживаются из-за преобладания «-адренергиче- ского действия. Примечательно, что норадреналин, выделяющийся из везикулы, спосо- бен воздействовать не только на постсинаптическую мембрану, но и на пресинаптическую. На ней также имеются оба типа адренорецепторов. При его взаимодействии с пресинаптическим а-рецептором выделение ме- диатора снижается, а соединение с p-рецептором влечет за собой усиление выделения медиатора. Тем самым НА осуществляет ауторегуляцию. При
Глава 8. ВЕГЕТАТИВНАЯ НЕРВНАЯ СИСТЕМА 237 чрезмерно активном выде- лении медиатора НА, вза- имодействуя с а-рецепто- ром, тормозит чересчур высокую активность сек- реции. Напротив, при сла- бом выделении медиато- ра НА, взаимодействуя с 3-рецепторами, усили- вает секрецию медиатора (рис. 8.4). Подобный же механизм регуляции имеется и меж- ду двумя подотделами ВНС — симпатическим и парасимпатическим — в случае двойной иннерва- ции органа. На пресинап- тической мембране симпа- Схема взаимодействия медиаторов с рецепторами на эффекторных клетках и пресинаптических мемб- ранах вегетативных нервов тического утолщения име- ются М-холинорецепторы, при взаимодействии с которыми ацетилхолин тормозит выделение норадреналина. В свою очередь, мембрана нервного окончания парасимпатического нерва имеет а-адренорецепторы, через посредство которых НА тормозит выделение АХ. Тем самым на перифе- рии поддерживается эффект «невмешательства» между указанными частя- ми ВНС, которые, как правило, оказывают противоположное влияние. Другие медиаторы ВНС Кроме ацетилхолина и норадреналина, у ВНС найдены и другие меди- аторы. В окончаниях симпатических нервных волокон обнаружен дофа- мин, выделение которого в синаптическую щель происходит под влияни- ем приходящих нервных импульсов. Полагают, что дофамин вступает во взаимодействие с а-адренорецепторами, расположенными на самих пре- синаптических окончаниях, и тем самым тормозит выделение нбрадрена- лина. В некоторых отделах ЦНС, в гладкой мускулатуре кишечника, матки, а возможно, и кровеносных сосудов имеются рецепторы к серотонину. Эффект его напоминает действие медиатора ацетилхолина, но сохраняет- ся после блокады холинорецепторов. Установлено наличие трех типов се- ротониновых рецепторов: D, М, Т. D-рецепторы блокируются диэтила- мидом. Они имеются в гладких мышцах и, к примеру, взаимодействие се- ротонина с ними приводит к сокращению мышц. М-рецепторы блокиру- ются морфином. Расположение их в ганглиях автономной нервной систе- мы обеспечивает серотонину ганглиостимулирующий эффект. Блокируе- мые типиндолом Т-серотонинергические рецепторы имеются в сердечной
238 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ и легочной рефлексогенных зонах, где серотонин вызывает рефлекторные ответы указанных органов. В желудке и кишечнике обнаружены нейроны, возбуждение которых тормозит активность гладкой мускулатуры. Это торможение осуществля- ется путем выделения окончаниями аксонов этих нейронов пуринового нуклеотида АТФ. Медиаторный эффект принадлежит как самой АТФ, так и продуктам ее распада — аденозину и инозину (на мембранах имеется два типа рецепторов — к самой АТФ и ее метаболитам). Указанные эф- ферентные нейроны получили название пуринергических. Пуринергиче- ские нейроны являются, вероятно, главными антагонистами по отноше- нию к холинергической системе. Они, обеспечивая торможение, способст- вуют расслаблению желудка, кишечника, пищеводного и анального сфин- ктеров и прохождению пищевого химуса. Гистамин в ряде случаев также может быть медиатором, поскольку в некоторых тканях обнаружены специфические НГ и Нг-гистаминорецеп- торы. Гистамин является биологически активным веществом широкого спектра действия. Выявлено, что широко распространенный в синапсах ЦНС тормозной медиатор ГАМК тормозит проведение возбуждения в звездчатом ганг- лии, но облегчает передачу возбуждения в верхнем шейном, нижнем бры- жеечном и в ганглиях солнечного сплетения. Показателем присутствия в качестве медиаторов двух соединений явля- ется влияние парасимпатического нерва на экзокринные железы (слюнные, потовые). Под влиянием АХ активируется секреторная функция желези- стых клеток, а расширение рядом находящихся кровеносных сосудов про- исходит под влиянием вазоактивного интерстициального пептида {ВИП). 8.3.3. Особенности синапсов ВНС Синапсы ганглиев Синаптическая передача в ганглиях (вне зависимости от их принадлеж- ности к симпатическому или парасимпатическому отделам) происходит с помощью медиатора АХ. При взаимодействии АХ с рецептором постсинаптической мембраны после синаптической задержки в 1,5-2,0 мс (0,2-0,5 мс в соматических нервах) возникает ВПСП продолжительностью 20-50 мс. Для возникно- вения ПД необходимо достижение пороговой амплитуды ВПСП 8-25 мВ. Длительность ПД— 1,5-3,0 мс. Наряду с этим особенностью вегетатив- ных нейронов является их резко выраженная следовая гиперполяризация, приводящая к возникновению депрессии вслед за волной возбуждения. Указанные особенности возбуждения вегетативных нейронов объясняют то, что частота импульсов, которые они способны генерировать, относи- тельно невелика — не превышает 10-15 имп./с. Эта частота полностью соот- ветствует длительности ПД и медленным сокращениям гладкомышечных клеток. В результате максимальный ритм импульсов, проходящих, к примеру, по сосудосуживающим нервным волокнам, не бывает чаще
Глава 8. ВЕГЕТАТИВНАЯ НЕРВНАЯ СИСТЕМА 239 6-8 имп./с. Более частый ритм возбуждений преганглионарных волокон, превышающий частоту естественных импульсов ганглионарных нейро- нов, частично блокируется в синапсах ганглиев, и поэтому постганглио- нарные волокна возбуждаются в более редком ритме. Таким образом, в вегетативных ганглиях проявляется эффект трансформации ритма нервных импульсов. Синапсы постганглионарных волокон Особенностью эфферентных синапсов постганглионарных волокон ВНС является разнородность иннервированных ими клеток. Это — глад- комышечные клетки, сердечная мышца, клетки железистых органов, жи- ровые клетки, нейроны (на периферии возможно взаимовлияние симпати- ческих и парасимпатических нейронов). На периферии широко варьирует также и плотность иннервации. Особенно это проявляется при иннерва- ции гладкомышечных клеток. В органах с обильной иннервацией, где гладкомышечные клетки лежат отдельно друг от друга (семявыносящий проток, ресничная мышца глаза), имеются типичные нервно-мышечные синапсы. Здесь расстояние между пре- и постсинаптической мембранами около 20 нм и функциональная активность клеток находится под полным контролем медиатора нервного волокна. В большинстве органов приходящие постганглионарные симпатиче- ские волокна делятся на множественные веточки, располагающиеся на значительном расстоянии (около 80 нм) от иннервированного объекта (см. рис. 8.4). На этих веточках имеются множественные варикозы — расширения (до 250-300 на 1 мм). В расширениях находятся пузырьки (везикулы) с медиатором, подобные имеющимся в типичных синапсах. Толщина этих расширений составляет до 2 мкм, длина — 0,5-3 мкм. В ва- рикозах содержится в 20-100 раз больше норадреналина, чем в остальных участках постганглионарного волокна. Здесь под влиянием проходящей волны деполяризации и последующего поступления внутрь волокна ионов кальция происходит высвобождение медиатора, действующего на иннервированную им ткань. На этом заканчивается общность с соматическими нервами механиз- мов синаптической передачи. Медиатор, поступив в межклеточное про- странство, имеет возможность диффундировать достаточно широко. На клетках исполнительных органов отсутствует типичная постсинаптиче- ская мембрана, а рецепторы к медиатору располагаются на них по всей поверхности. Наличие широкой межклеточной щели создает несколько особенно- стей передачи возбуждения. 1. Сюда могут поступать различные биологически активные соединения, гормоны, которые могут взаимодействовать с рецепторами. В резуль- тате может увеличиваться или уменьшаться чувствительность к меди- атору и тем самым модулироваться состояние синаптической переда- чи. Также указанные лиганды (например, гормон мозгового вещества
240 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ надпочечника — адреналин) сами могут выполнять роль химического посредника в регуляции функции клеток. 2. Наличие рецепторов к медиаторам на пресинаптической мембране в органах, где имеется двойная иннервация, создает возможность регу- ляции выхода медиатора одного из нервов под влиянием другого. 8.3.4. Афферентные пути ЕЗНС Особенности рефлекторной деятельности каждого отдела ВНС во мно- гом определяются характером ее афферентных путей. Они, как и в сома- тической нервной системе, начинаются с рецепторов. Вегетативные центры ЦНС получают информацию о состоянии внут- ренних органов от интероцепторов по дендритам биполярных афферент- ных нейронов, расположенных в межпозвоночных узлах. Кроме того, в ВНС имеются афференты, которые заканчиваются в самом органе (в его нервных сплетениях и узлах), не доходя до описанных выше структур (симпатических ганглиев, нервных центров спинного и головного мозга). Рецепторы имеются и во многих структурах самой нервной системы (осо- бенно много их в гипоталамусе). Богатая чувствительная иннервация внутренних органов обеспечивает рефлекторную деятельность всех уровней расположения нервных цент- ров, начиная с периферических вегетативных рефлексов и вплоть до реак- ций, осуществляемых вегетативными центрами мозга. Причем импульсы, поступающие по этим путям в ЦНС, вызывают рефлекторные ответы не только вегетативной, но и соматической нервной системы. Они могут включать также сложные поведенческие реакции организма. Поступаю- щая в ЦНС информация о состоянии внутренних органов необходима для возникновения различных мотиваций (жажды, голода, половые и др., см. гл. 18). Следствием их является формирование сложных поведенче- ских реакций организма. Причиной таких реакций являются изменения не окружающей, а внутренней среды. И направлены эти реакции на удов- летворение той или иной биологической потребности организма. Висцеральная сигнализация передается по нервным волокнам, идущим чаще всего в составе смешанных нервов. В дуге автономного рефлекса пе- реключение афферентного сигнала происходит во всех структурах, начи- ная от интрамуральных и предпозвоночных ганглий (их можно выделить в низшие центры), спинального и бульбарного уровня, вплоть до гипота- ламуса (высшие центры). Независимо от источника сигнализации афферентные импульсы акти- вируют связанные с ними нейроны. Активность этих нейронов опреде- ляется: - интенсивностью раздражителя; - наличием коллатералей от интернейронов соответствующего отдела ВНС (начиная с уровня спинного мозга возможна взаимная суммация вегетативных и симпатических афферентных сигналов); - регулирующими импульсами вышележащих нервных центров.
Глава 8. ВЕГЕТАТИВНАЯ НЕРВНАЯ СИСТЕМА 241 8.3.5. Функциональная характеристика ганглиев Вегетативные ганглии играют важную роль в распределении и распро- странении проходящих через них нервных влияний. В основе этого лежат две структурные особенности ганглиев. Во-первых, число нервных клеток в них больше (в верхнем шейном узле — в 10 раз, в ресничном узле — в 2 раза) числа приходящих к ганглию преганглионарных волокон. Во- вторых, каждое из пресинаптических волокон сильно ветвится, образуя синапсы на многих клетках ганглия. Поэтому нервные импульсы, посту- пающие по преганглионарному волокну, могут оказывать влияние на большое число ганглионарных нейронов и, следовательно, на еще боль- шее число мышечных и железистых клеток иннервируемого органа (явле- ние дивергенции). Таким путем достигается расширение зоны влияния преганглионарных волокон. В то же время на каждом ганглионарном нейроне имеются синапсы, об- разованные многими преганглионарными волокнами. В результате созда- ются условия для конвергенции — пространственной суммации нервных импульсов. В проявлении ее принимают участие и соматические нервы. Поступление одного нервного импульса к нейрону никогда не вызовет его возбуждение — для этого обязательно необходима суммация (как пространственная, так и временная). Поэтому в естественных условиях дивергенция й конвергенция играют существенную роль в обеспечении соответствующего регулирующего воздействия на функции органов. Одностороннее проведение нервных импульсов в межнейронных си- напсах, перекрытие зон влияния отдельных входящих в узел преганглио- нарных волокон, наличие временной и пространственной суммации и ок- клюзии показывают, что нейроны и синапсы ганглиев ВНС обладают та- кими же свойствами, что нейроны и синапсы ЦНС. В интрамуральных ганглиях парасимпатической нервной системы дивер- генция и выражена менее ярко, чем у симпатической, здесь нередки прямые контакты преганглионарного нейрона с одним постганглионарным. 8.4. РЕФЛЕКСЫ ВНС Нейроны ВНС участвуют в осуществлении многих рефлекторных реак- ций, называемых вегетативными рефлексами. Последние могут быть вы- званы раздражением как интеро-, так и экстерорецепторов. Признаком отнесения рефлекса к вегетативному является поступление импульсов к эфферентному периферическому органу из ЦНС по симпатическим или парасимпатическим нервам. 8.4.1. Рефлексы ганглиев ВНС Рефлексы метасимпатического отдела Многие вегетативные ганглии выполняют функцию вынесенных на пе- риферию рефлекторных центров. В них имеются все структуры, необходи- мые для выполнения рефлекторного переключения. Не являются исключе- нием и интрамуральные ганглии и нервные сплетения, имеющиеся в полых
242 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ органах. Эти ганглии являются частью эфферентного пути парасимпатиче- ской нервной системы. Но в то же время к ним подходят нервные клетки от внутриорганных рецепторов, имеются здесь и вставочные нейроны, так что уже в самом ганглии возможна передача влияний от рецепторного нейрона к эфферентному. Вескими аргументами в пользу наличия рецеп- торных нейронов в периферических нервных ганглиях являются обнару- женные факты сохранности афферентных, вставочных и эфферентных ней- ронов и идущих от них нервных волокон, а также сохранение местной внутриорганной рефлекторной регуляции в пересаженном сердце. Если бы эти рецепторы, нервные клетки и нервные волокна относились к нейро- нам, тела которых находились в ЦНС, то есть за пределами пересаженного сердца, то должно было бы произойти их перерождение. Строение интрамуральных ганглиев напоминает типичные нервные центры. Каждый нейрон окружен большим количеством клеток нейроглии. Причем здесь имеются структуры, избирательно пропускающие к нейрону из крови лишь определенные вещества, напоминающие по своей функции гематоэнцефалический барьер; Таким образом нейроны ганглия, подобно нейронам мозга, защищены от непосредственного воздействия веществ, циркулирующих в крови. Среди интрамуральных эфферентных нейронов имеются не только холинергические, но и адренергические, а также пури- нергические, серотонинергические, дофаминергические и, по-видимому, гистаминергические, пептидергические и ГАМКергические. Все это созда- ет возможность для большого диапазона регуляторных воздействий. Среди структур метасимпатического отдела ВНС имеются пейсмекер- ные клетки, обладающие способностью к самопроизвольной деполяриза- ции, обеспечивающей ритм активности сокращения всех гладкомышечных клеток органа. Эта активность корректируется импульсами собственной афферентации в зависимости от состояния органа, его отдельных частей. «Местные» периферические рефлексы, осуществляемые интрамураль- ными вегетативными ганглиями, регулируют работу сердца, перистальти- ку кишечника, осуществляют взаимосвязь разных отделов желудка и не- которых других органов. Нейроны, входящие в эти ганглии, их отростки, синапсы и окончания формируют внутриорганные рефлекторные струк- туры, регулирующие работу органа путем внутриорганных перифериче- ских рефлексов. Влияние парасимпатических нервных центров на метасимпатические рефлексы Импульсы, приходящие к органу по преганглионарным волокнам па- расимпатических нервов, вступают во взаимодействие с импульсами, осу- ществляющими процессы внутриорганной рефлекторной регуляции. Ха- рактер ответной реакции органа определяется результатом указанного взаимодействия. Поэтому эффект раздражения преганглионарных воло- кон не бывает однозначным. На органы, в которых выявлено существо- вание интрамуральных рефлекторных механизмов регуляции, прегангли- онарные парасимпатические волокна могут оказывать (в зависимости от
Глава 8. ВЕГЕТАТИВНАЯ НЕРВНАЯ СИСТЕМА 243 функционального состояния иннервируемого органа) как возбуждающее, так и тормозящее влияние. Противоположные влияния парасимпатических волокон отнюдь не яв- ляются «парадоксальными». Это — естественное проявление разнонап- равленных воздействий, необходимых для обеспечения нормальной фун- кции органов и тканей. Парасимпатический отдел представляет собой си- стему, способную осуществлять текущую регуляцию физиологических процессов и обеспечивать в полном объеме поддержание постоянства внутренней среды организма. Она располагает для этого огромными воз- можностями. Достаточно указать, например, на существование в кишеч- нике трех нервных сплетений, содержащих большое количество ганглиев. Количество интрамуральных нейронов, приходящихся на 1 см2 поверхно- сти кишечника, может достигать 20000. В результате лишь одна часть ме- тасимпатической системы, находящаяся в кишечнике, содержит примерно такое же количество нейронов, что и весь спинной мозг. Таким образом, импульсы, приходящие к органу по преганглионар- ным волокнам парасимпатических нервов, вступают во взаимодействие с импульсами, осуществляющими процессы внутриорганной рефлектор- ной регуляции. В зависимости от текущего состояния физиологических процессов в данном органе или системе, они могут включать или выклю- чать, усиливать или ослаблять ту или иную функцию органа, осуществляя многообразные регуляторные влияния, необходимые для поддержания нормальной текущей деятельности и гомеостаза. Влияние симпатических центров на рефлексы метасимпатического отдела На проявление «местных» рефлексов может оказывать влияние и сим- патический отдел НС. Но, в отличие от парасимпатической, симпатиче- ский отдел ВНС при разной силе раздражения оказывает на органы од- нотипное влияние. Симпатические волокна НС, подходящие к органу, это постганглионарные волокна. Они оканчиваются непосредственно на ра- бочих структурах органов и тканей. И хотя импульсы, приходящие по этим волокнам, почти не вступают во взаимодействие с аппаратами внут- риорганной рефлекторной регуляции, в то же время медиаторы симпати- ческих нервов, выделяясь вблизи структур метасимпатического отдела, могут оказывать модулирующее влияние на выделение в них медиатора. Так, симпатическая система, не принимая прямого участия, оказывает косвенное влияние на «местные» рефлексы. Физиологическое значение «местных» рефлексов Таким образом, эфферентные интрамуральные нейроны представляют собой общий конечный путь для импульсов внутриорганного и экстраор- ганного (центрального) происхождения. Наличие «местных» механизмов нервной регуляции функций внутренних органов, которая осуществляется с помощью периферических рефлексов ганглиями ВНС, внутриорганны- ми и внеорганными, имеет большое физиологическое значение. В резуль- тате этого ЦНС освобождается от необходимости перерабатывать избы- точную информацию, поступающую от внутренних органов. Кроме того,
244 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ периферические рефлексы увеличивают надежность регуляции физиоло- гических функций этих органов. Такая регуляция, являясь базовой, на- правлена на сохранение гомеостаза. В то же время она, в случае необхо- димости, может легко корректироваться более высокими уровнями ВНС и гуморальными механизмами. Причем эта регуляция может осуществ- ляться и после выключения связи органов с ЦНС. Основные признаки метасимпатической нервной системы: - присутствие в органах, наделенных собственной моторной активностью; - в сфере ее иннервации находятся гладкие мышцы, всасывающий и секре- тирующий эпителий, местные эндокринные клетки и местный кровоток; - отсутствие синаптических контактов с соматическими нейронами; - отсутствие антагонизма с другими отделами ВНС; - большая назависимость от ЦНС, чем у других отделов ВНС; - наличие собственного афферентного звена, вставочных нейронов и ме- диаторов. Рефлексы симпатических ганглиев Периферические рефлексы осуществляются также и превертебральны- ми ганглиями. Однако рефлекторная функция, вероятно, осуществляется не всеми вегетативными ганглиями. Так, до сих пор не обнаружена такая деятельность в шейных симпатических ганглиях. Эфферентные нейроны вегетативных ганглиев получают импульсы из ЦНС (по преганглионарным вегетативным волокнам) и от внутриорган- ных рецепторов, образованных дендритами афферентных нейронов. Ре- флексы их имеют много общего и в то же время несколько отличаются от рефлексов метасимпатического уровня. Самым существенным отличием их является большая распространенность рефлекторного ответа, когда благодаря наличию процессов конвергенции и дивергенции, широко представленных в симпатических ганглиях, в ответ вовлекаются отдален- ные участки органов или даже органы другой системы (к примеру, кро- вообращения и пищеварения). 8.4.2. Спинальные рефлексы На уровне спинного мозга замыкаются рефлекторные дуги многих вегетативных рефлексов (рис. 8.5). Характер рефлекторного ответа во многом определяется наличием нервных центров симпатического (тораколюмбальный отдел) и парасим- патического (сакральный) отделов ВНС. Спинномозговой отдел симпа- тической нервной системы имеет черты сегментарной (метамерной) орга- низации. Это выражается в том, что наиболее четкое переключение чув- ствительных входов на эфферентные происходит в пределах конкретного сегмента. Хотя имеют место и зоны перекрытия соседних сегментов, но при этом ответ на раздражение соседних корешков менее выражен. Наи- более показательны в этом плане рефлексы сердечно-сосудистой системы и выделительных органов (кардио-кардиальные, кишечно-кишечные, эвакуаторные рефлексы).
Глава 8. ВЕГЕТАТИВНАЯ НЕРВНАЯ СИСТЕМА 245 Характер рефлекторного ответа, замыкающегося на уровне спинного мозга, во многом зависит и от вста- вочных нейронов. В спинном мозге существует специальный интерней- ронный пул, осуществляющий пер- вичную обработку афферентной сиг- нализации. Он соединен с афферент- ными клетками боковых рогов спин- ного мозга. Благодаря этому данный аппарат обеспечивает согласование афферентной информации, поступа- ющей по различным каналам как ве- гетативной, так и соматической НС. Среди них можно выделить вставоч- ные нейроны, в которых висцераль- ные и соматические влияния сумми- руются. В результате облегчается прохождение нервных импульсов обоего типа. В других клетках взаи- модействие афферентных влияний ав- тономной и соматической НС приво- дит к гиперполяризации. Это означа- Взаимодействие вегетативных и сома- тических путей спинальных рефлек- сов: 1 — афферентный путь кожного нерва соматической нервной системы; 2 — афферентный путь вегетативного нерва; 3 — эфферентный путь сомати- ческого рефлекса; 4 — эфферентный путь вегетативного рефлекса (по Яниг) ет, что один из ответов может подавляться, а проведение второго облег- чается. Интернейронный аппарат спинного мозга обеспечивает взаимодейст- вие рефлекторных путей как внутри вегетативной НС, так и мевду нею и соматической НС. Благодаря этому обеспечивается широкое вовлечение различных внутренних органов в рефлекторный ответ. Немаловажно и то, что рефлекс может запускаться с рецепторов одного отдела НС, а за- канчиваться эффекторами другого. Спинальные центры регуляции вегетативных функций На уровне последнего шейного и двух верхних грудных сегментов спинного мозга находятся нейроны, иннервирующие три гладкие мышцы глаза: - мышцу, расширяющую зрачок; - глазничную часть круговой мышцы глаза; - одну из мышц верхнего века. Участок спинного мозга, от которого идут нервы к этим мышцам, получил название спиноцилиарный центр. Нервные волокна от этого уча- стка проходят в составе симпатического нерва к верхнему шейному сим- патическому узлу, где начинается второй нейрон, заканчивающийся в глазных мышцах. Раздражение этих волокон вызывает расширение зрач- ка (мидриаз), раскрытие глазной щели и выпячивание глазного яблока (экзофтальм). Поражение указанных сегментов спинного мозга или пере-
246 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ резка симпатических нервов приводят к развитию синдрома Горнера: су- жение зрачка (миоз), сужение глазной щели и западение глазного яблока (эндофтапъм). В верхних грудных сегментах спинного мозга расположены нейроны, входящие в состав центра, регулирующего работу сердца и состояние кровеносных сосудов (см. гл. 13). Здесь имеются нейроны, иннервирую- щие бронхи. Во всех грудных и верхних поясничных сегментах спинного мозга рас- положены нейроны, иннервирующие потовые железы. Поражение отдель- ных сегментов влечет за собой прекращение потоотделения в участках те- ла, лишившихся симпатической иннервации. В крестцовом отделе спинного мозга находятся спинальные центры ре- флексов мочеиспускания, дефекации, эрекции и эякуляции. Разрушение указанных центров влечет за собой половое бессилие, недержание мочи и кала. Нарушение мочеиспускания и дефекации происходит вследствие па- ралича сфинктеров мочевого пузыря и прямой кишки. Вегетативные рефлексы можно подразделить на: - висцеро-висцеральные, - висцеррсоматические (дермальные), - (дермато)сомато-висцеральные. Висцеро-висцеральные рефлексы вызываются раздражением рецепторов, расположенных во внутренних органах, и заканчиваются изменением де- ятельности внутренних органов. Причем эти рефлексы могут начинаться и заканчиваться в органах одной функциональной системы (например, сердечно-сосудистой) или быть межсистемными. К числу висцеро-висце- ральных рефлексов относятся: рефлекторные изменения сердечной дея- тельности, тонуса сосудов, кровенаполнения селезенки в результате повы- шения или понижения давления в аорте, каротидном синусе или легочных сосудах, рефлекторная остановка сердца при раздражении органов брюш- ной полости и др. Висцеродермальные рефлексы возникают при раздражении внутренних органов и проявляются в изменении потоотделения, электрического со- противления (электропроводимости) кожи и кожной чувствительности на ограниченных участках поверхности тела, топография которых различна в зависимости от того, какой орган раздражается. Дерматовисцералъные рефлексы выражаются в том, что при раздраже- нии некоторых участков кожи наступают сосудистые реакции и измене- ния деятельности определенных внутренних органов. Многие из указанных вегетативных рефлексов используются в практи- ческой медицине, причем использование их многопланово. Проявление ре- флексов, их выраженность позволяют судить о состоянии как системы ре- гуляции (ВНС), так и самих органов. Например, в клинике часто исследу- ют выраженность рефлекторного изменения состояния сосудов при меха- ническом раздражении кожи, проводя по ней тупым предметом. У многих
Глава 8. ВЕГЕТАТИВНАЯ НЕРВНАЯ СИСТЕМА 247 здоровых людей при этом возникает местное сужение артериол, проявляю- щееся в виде непродолжительного побледнения раздражаемого участка ко- жи (белый дермографизм). При более высокой чувствительности появляется красная полоса расширенных кожных сосудов, окаймленная бледными по- лосами суженных сосудов (красный дермографизм), а при очень высокой чувствительности — даже полоса уплотнения кожи, ее отек. Примером использования дерматовисцеральных рефлексов в клинике является применение грелок или, напротив, пузырей со льдом для воздей- ствия на патологический очаг во внутренних органах. Лечебное воздейст- вие различного типа акупунктур также основано на подобных рефлексах. Висцеросоматические рефлексы часто используются в диагностике пато- логии внутренних органов. Так, при развитии патологического очага в каком-либо внутреннем органе может повышаться чувствительность определенных участков кожи, проявляющаяся в болезненности их при легком прикосновении или даже при отсутствии раздражителя (отражен- ные боли в зонах Геда) (рис. 8.6). Подобный рефлекс может начаться с интероцепторов, а эффектором могут быть скелетные мышцы: при «по- жаре» в брюшной полости повышается тонус мышц сгибателей (человек сворачивается «калачиком»), напрягаются мышцы определенных участ- ков брюшной стенки. Зоны Геда — Захарьина, в кото- рых проявляется повышенная чувствительность или отражен- ная боль при заболеваниях внут- ренних органов: 1 — легкие и бронхи; 2 — сердце; 3 — кишеч- ник; 4—мочевой пузырь; 5 — мочеточник; 6—почки; 7, 9— печень; 8—желудок и поджелу- дочная железа; 10—мочеполо- вые органы Спинальный шок Указанные рефлексы спинного мозга в целостном организме коорди- нируются расположенными выше отделами ЦНС. Это четко проявляется после разрыва связи головного и спинного мозга. Результатом такого по- вреждения так же, как и в соматической нервной системе, является спи- нальный шок — временное исчезновение вегетативных рефлексов спинно- го мозга. Исчезнувшие рефлексы постепенно, в течение 1-6 месяцев, вос- станавливаются, причем даже такие сложные рефлексы, как ойрожнения
248 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ мочевого пузыря и толстого кишечника, половые. Причем спустя опреде- ленное время после восстановления наблюдается даже гиперрефлексия. На этой стадии раздражение кожи может привести к обильному потоот- делению в области иннервации данного сегмента. А сокращение моче- вого пузыря и растяжение прямой кишки может рефлекторно вызвать генерализованное сужение сосудов и даже повышение артериального дав- ления, пилоэрекцию, потоотделение. Резкое возбуждение афферентов мочевого пузыря (его наполнение) может вызывать также и выделение ка- техоламинов из надпочечников. Это может происходить и в результате взаимодействия соматических рефлексов с вегетативными. К примеру, генерализованное сужение кровеносных сосудов может происходить при рефлекторном спазме мышц-сгибателей. Причем указанные выше гемодинамические эффекты могут происхо- дить при сниженной частоте сердечных сокращений, так как рефлектор- ная дуга с артериальных барорецепторов замыкается на уровне продол- говатого мозга, а для учащения сокращений сердца должно быть взаимо- действие его с симпатическими центрами спинного мозга (см. гл. 11). Восстановление спинномозговых рефлексов после спинального шока может быть связано с активизацией прежних или формированием новых синапсов на вставочных преганглионарных и двигательных нейронах. При этой ситуации дуги парасимпатических (вагусных) рефлексов ос- таются неповрежденными. 8.4.3. Рефлексы ствола мозга Вегетативные центры ствола мозга участвуют в регуляции функций сердечно-сосудистой системы, пищеварения, осуществляют эвакуаторные рефлексы, управляют репродуктивными органами, контролируя их ин- нервацию вегетативными нервами. Здесь происходит объединение спин- номозговых центров, отвечающих за отдельные вегетативные функции, в функциональные комплексы. В продолговатом мозге расположен бульбарный отдел вазомоторного центра, регулирующего функцию сердца и состояние сосудов. Здесь же имеются центры, возбуждающие слезоотделение и секрецию слюнных и желудочных желез, поджелудочной железы, вызывающие выделение жел- чи из желчного пузыря и желчного протока, стимулирующие моторику желудка и тонкого кишечника. В среднем мозге (в передних буграх четверохолмия) находятся нервные центры зрачкового рефлекса и аккомодации глаза. В передней области среднего мозга располагается один из центров, участвующих в опорожне- нии мочевого пузыря. Указанные центры относятся к парасимпатическому отделу. Но в цело- стном организме для выполнения рефлекторной функции многие из них (особенно это ярко проявляется на примере вазомоторного центра) тесно взаимодействуют с другими отделами ЦНС. Так, вазомоторный центр продолговатого мозга функционирует вместе с симпатическим отделом торакальной области, а эвакуаторные рефлексы осуществляются при вза-
Глава 8. ВЕГЕТАТИВНАЯ НЕРВНАЯ СИСТЕМА 249 имодействии центров ствола с крестцовыми центрами парасимпатиче- ской нервной системы. (Подробно указанные выше рефлексы разбирают- ся при изложении соответствующих разделов.) Рефлекторная регуляция функций нервными центрами ствола осущест- вляется при непосредственном участии интернейронных механизмов, ко- торые осуществляют межцентральное взаимодействие различных отделов ЦНС — симпатического, парасимпатического ВНС — и соматической НС. Наглядным примером его является дыхательно-сердечный рефлекс, или так называемая дыхательная аритмия: урежение сердечных сокраще- ний в конце выхода перед началом следующего вдоха. Естественно, что все рефлексы ствола мозга находятся под контролем вышележащих отделов ЦНС. К примеру, указанные выше эвакуаторные рефлексы контролируются корой больших полушарий. В медицинской практике также ипользуются вегетативные рефлексы ствола. Так, например, некоторые рефлексы, замыкающиеся здесь, позво- ляют характеризовать состояние ВНС (вегетативные функциональные пробы). К их числу относятся: - глазо-сердечный рефлекс, или рефлекс Ашнера (кратковременное уреже- ние сердцебиений при надавливании на глазные яблоки); - ортостатическая реакция (учащение сердечных сокращений и повыше- ние АД во время перехода из положения лежа в положение стоя) и др. 8.5. ЗНАЧЕНИЕ ГИПОТАЛАМУСА В РЕГУЛЯЦИИ ВЕГЕТАТИВНЫХ ФУНКЦИЙ Деятельность вегетативных центров, расположенных в спинном, продолговатом и среднем мозге, в свою очередь, регулируется высшими вегетативными центрами гипоталамуса. Гипоталамус обеспечивает ин- теграцию всех вегетативных функций организма. Располагающийся книзу от таламуса гипоталамус, или подбугорье, пред- ставляет собой 32 пары ядер, которые условно можно разделить на три группы: передние, средние и задние. Ядра гипоталамуса связаны нервными волокнами с передним мозгом, таламусом, лимбической системой, а также нижележащими образованиями, в частности с ретикулярной формацией мозгового ствола. Обширные нервные и сосудистые связи существуют меж- ду гипоталамусом и гипофизом, благодаря чему осуществляется интегриро- вание нервной и гормональной регуляции функций организма (см. гл. 9). Ядра гипоталамуса обильно кровоснабжаются — капиллярная сеть его в несколько раз разветвленнее, чем в других отделах ЦНС. К тому же осо- бенностью капилляров гипоталамуса является их более высокая проницае- мость, чем в других отделах сосудистого русла мозга. Здесь фактически от- сутствует ГЭБ, вследствие чего на нервные клетки гипоталамуса могут оказывать влияние поступающие с кровью крупномолекулярные соедине- ния, не проникающие через ГЭБ в других частях мозга. Гипоталамус участвует в регуляции всех вегетативных функций, и осо- бенно значительно тех, которые служат для поддержания гомеостаза. Он
250 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ регулирует сердечно-сосудистую систему, органы пищеварения, водно-со- левой, углеводный, жировой и белковый обмен, мочеотделение, функции желез внутренней секреции, поддерживает постоянную температуру тела. Еще раз подчеркнем, что для регуляции указанных функций на уровне ги- поталамуса происходят сложные взаимодействия, нервный компонент ко- торых дополняется гормональным. Возбуждение ядер гипоталамуса обусловлено как поступлением к ним нервных влияний от таламуса и других отделов головного мозга, так и наличием чувствительности некоторых клеток гипоталамуса к физико-хи- мическим воздействиям. В гипоталамусе имеются осморецепторы — клет- ки, высокочувствительные к изменениям осмотического давления внут- ренней среды, и терморецепторы — клетки, чувствительные к изменению температуры крови. Влияние гипоталамуса на отдельные функции организма Задние ядра гипоталамуса вызывают расширение зрачков и глазных ще- лей, учащение сердцебиений, сужение сосудов и повышение АД, торможе- ние моторной функции желудка и кишечника, увеличение содержания в крови адреналина и НА, повышение концентрации глюкозы в крови. Все эти явления исчезают при десимпатизации, что говорит о наличии в задних ядрах гипоталамуса центров, связанных с симпатическим отделом ВНС. В отличие от этого передние ядра гипоталамуса вызывают сужение зрач- ков и глазных щелей, замедление сердечной деятельности, понижение то- нуса артерий и снижение АД, увеличение секреции желудочных желез, уси- ление моторной деятельности желудка и кишечника, повышение секреции инсулина и снижение в результате этого содержания глюкозы в крови, мо- чеиспускание и дефекацию. Все перечисленные явления объясняются тем, что в передних ядрах гипоталамуса находятся группы нервных клеток, ре- гулирующих функции центров парасимпатического отдела ВНС. Средние ядра гипоталамуса участвуют в регуляции обмена веществ. В частности, разрушение у животного небольших участков гипоталамуса в области его вентромедиальных ядер влечет за собой ожирение и повы- шенное потребление пищи (гиперфагию). Двустороннее же разрушение латеральных ядер приводит к отказу от пищи, а раздражение их вживлен- ными электродами — к усиленному потреблению пищи. На основании подобных опытов полагают, что в вентромедиальных ядрах находится центр насыщения, ограничивающий прием пищи, а в латеральных яд- рах — центр голода, побуждающий организм к поискам и приему пищи. Раздражение паравентрикулярного ядра гипоталамуса вызывает жажду и резко увеличивает потребность в воде (полидипсия). При хроническом раздражении средних ядер гипоталамуса у животных отмечалось повышение содержания липидов в крови и появление атеро- склеротических изменений в аорте. В гипоталамусе находятся центры тер- морегуляции (см. гл. 15). Особенность ответных реакций, возникающих при раздражении разных участков гипоталамуса, заключается в том, что в них участвуют
Глава 8. ВЕГЕТАТИВНАЯ НЕРВНАЯ СИСТЕМА 251 многие органы тела. Эти реакции являются комплексными, интегриро- ванными, что определяется широкими связями гипоталамуса с различны- ми отделами ЦНС. Ядра гипоталамуса принимают участие в организа- ции многих общих, в том числе поведенческих, реакций организма. Так, гипоталамус участвует в половых и агрессивно-оборонительных реакци- ях. Точечное раздражение вентромедиального ядра гипоталамуса вызы- вает у кошки резко выраженный агрессивный эффект — так называемую реакцию мнимой ярости. Таким образом, гипоталамус, реализуя функции симпатического и па- расимпатического отделов ВНС и секреторные функции эндокринных же- лез, обеспечивает вегетативный компонент всех сложных реакций орга- низма. В свою очередь, функции гипоталамуса контролируются высшими от- делами ЦНС: подкорковыми ядрами, мозжечком и корой больших полу- шарий, с которыми гипоталамус связан как прямыми нервными путями, так и через ретикулярную формацию. 8.6. Участие ретикулярной формации, мозжечка и подкорковых ядер в вегетативных рефлексах Ретикулярная формация ствола мозга, оказывая активирующее и тор- мозящее влияние на различные отделы ЦНС, повышает активность веге- тативных нервных центров. Она оказывает на них тонизирующеее влия- ние. Ретикулярная формация создает «настройку деятельности» и обеспе- чивает высокий уровень активности центральных нейронов. Симпатиче- ский отдел ВНС обеспечивает необходимое для активности состояние пе- риферических органов, включая скелетную мускулатуру и рецепторные аппараты. Поэтому симпатический отдел ВНС может рассматриваться в функциональном единстве с ретикулярной формацией, проводником вли- яния которой на периферию он является. В то же время и сама ретикулярная формация находится под влиянием симпатического отдела ВНС. Так, введение адреналина повышает тонус ретикулярной формации, в результате чего усиливается ее активирующее влияние на большие полушария. Адреналин, выделяемый при эмоциях надпочечниками, действуя на ретикулярную формацию, увеличивает и удлиняет эффекты возбуждения симпатической нервной системы. Благодаря тому, что подкорковые ядра, в частности полосатое тело, имеют прямые связи с ретикулярной формацией мозгового ствола и гипо- таламусом, они участвуют в осуществлении сложных безусловно-рефлек- торных реакций организма, которые включают не только локомоторные, но и вегетативные компоненты. На ВНС оказывает влияние и мозжечок. При его удалении возникает угнетение моторной, в частности периодической, деятельности пищевари- тельного тракта и секреторной функции желез желудка и кишечника. Это может быть связано с изменением состояния симпатического отдела ВНС.
252 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ 8.7. РОЛЬ КОРЫ БОЛЬШИХ ПОЛУШАРИЙ Важную роль в регуляции деятельности внутренних органов играют нервные образования, которые входят в состав лимбической системы, или висцерального мозга', гиппокамп, поясная извилина, миндалевидные ядра. Лимбическая система принимает участие в формировании эмоций (см. гл. 20) и таких поведенческих реакций, в осуществлении которых имеет место ярко выраженный вегетативный компонент. Влияние висцерально- го мозга на функции органов, иннервируемых ВНС, осуществляется бла- годаря тесным связям последней с гипоталамусом. Разрушение миндале- видных ядер вызывает повышение аппетита и влечет за собой ожирение вследствие увеличенного приема пищи. Разрушение или раздражение гип- покампа оказывает влияние на слюноотделение, жевание и глотание. Нейроны коры больших полушарий, участвующие в регуляции функ- ций внутренних органов, являются корковым представительством инте- роцептивного анализатора (см. гл. 6). В регуляции вегетативных функций большое значение имеют лобные доли коры больших полушарий. Раздражение некоторых участков этих до- лей коры вызывает изменение дыхания, пищеварения, кровообращения и половой деятельности, поэтому считается, что в передних отделах коры больших полушарий находятся высшие центры ВНС. Регистрация вызванных потенциалов показала, что афферентные сиг- налы, идущие от рецепторов внутренних органов, первоначально посту- пают в соматосенсорные зоны коры больших полушарий. У человека раздражение отдельных точек коры кзади от центральной (роландовой) борозды и вблизи латеральной (сильвиевой) борозды влечет за собой не- которые ощущения, связанные с внутренними органами (например, тош- ноту и позывы на дефекацию). Раздражение ряда других точек коры моз- га, преимущественно в лобной и теменной долях, вызывает изменение сердечной деятельности, уровня АД и ритма дыхания, слюноотделение, моторику кишечника, рвоту. В коре больших полушарий имеются зоны, связанные нисходящими путями с ретикулярной формацией ствола мозга. Эти зоны расположены в сенсомоторной коре, лобных глазодвигательных полях, поясной изви- лине, верхней височной извилине и в околозатылочной области. По ни- сходящим путям, идущим от этих зон коры, импульсы поступают к рети- кулярной формации, а от нее — к гипоталамусу. Имеются также прямые пути, идущие от лобной доли и от поясной извилины к гипоталамусу. Часть волокон, по которым осуществляется корковый контроль вегета- тивных функций, проходит в составе пирамидных путей. Их перерезка влечет за собой падение температуры тела, исчезновение или ослабление изменений артериального давления в ответ на раздражение некоторых участков коры. Влияние коры головного мозга на многие внутренние органы доказано в опытах с воздействием на человека гипнотического внушения. Внуше- нием можно вызвать учащение или замедление деятельности сердца, рас-
Глава 8. ВЕГЕТАТИВНАЯ НЕРВНАЯ СИСТЕМА 253 ширение или сужение сосудов, усиление отделения мочи почками, выде- ление пота, изменение интенсивности обмена веществ. Известны случаи, когда влияние коры полушарий мозга проявлялось настолько резко, что человек мог произвольно вызывать увеличение час- тоты сердечных сокращений, поднятие волос и появление обычно наблю- даемой в результате охлаждения тела «гусиной кожи», а также изменять ширину зрачков, зависящую от тонуса гладких мышц радужки глаза. 8.8. ТОНУС ВЕГЕТАТИВНЫХ ЦЕНТРОВ Многие центры вегетативной нервной системы находятся в состоянии спонтанной активности, вследствие чего иннервированные ими органы постоянно получают возбуждающие или тормозящие импульсы. Природа этого тонуса во многом определяется тем, что сюда поступают нервные импульсы как от рецепторов внутренних органов, так и отчасти от эксте- рорецепторов. Немаловажную роль играют также воздействия на центры разнообразных факторов крови и спинномозговой жидкости. Величина тонической импульсации, идущей на периферию к различ- ным органам по вегетативным нервам, колеблется в пределах 0,5-5 Гц. К примеру, благодаря тоническому влиянию симпатических нервов гладкие мышцы кровеносных сосудов обеспечивают некоторое сокращение стен- ки их — тонус сосудов. В состоянии физиологического покоя в органах с двойным контролем превалирует влияние парасимпатического нерва. Так, под влиянием им- пульсов, поступающих к сердцу по п. vagus’y, несколько снижена частота и сила сердечных сокращений. Тонус вегетативных центров имеет определенное физиологическое зна- чение. Благодаря ему, в органах с односторонней иннервацией имеется возможность регуляции противоположной направленности. К примеру, снижением частоты импульсов обеспечивается расширение артериальных сосудов. Кроме того, тоническая импульсация создает возможность более плавной регуляции, а максимального эффекта удается добиться при час- тоте импульсов в пределах 8-15 Гц. 8.9. ВЛИЯНИЕ ВНС НА ФУНКЦИИ ОРГАНОВ В большинстве органов, иннервируемых ВНС, раздражение симпатиче- ских и парасимпатических волокон вызывает противоположный эффект: - сильное раздражение блуждающего нерва вызывает уменьшение ритма и силы сердечных сокращений, а раздражение симпатического нерва, напротив, увеличивает ритм и силу сердечных сокращений; - парасимпатические влияния расширяют сосуды языка, слюнных желез, половых органов, симпатические — суживают эти сосуды; - парасимпатические нервы суживают зрачок, симпатические — расши- ряют; - парасимпатические влияния суживают бронхи, симпатические — расши- ряют;
254 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ - блуждающий нерв стимулирует работу желудочных желез, симпатиче- ский — тормозит; - парасимпатические нервы вызывают расслабление сфинктеров мочевого пузыря и сокращение его мускулатуры, симпатические — сокращают сфинктер и расслабляют мускулатуру и т. д. Эти факты позволили выдвинуть гипотезу об «антагонизме» симпати- ческого и парасимпатического отделов ВНС. Согласно этой гипотезе, оба отдела ВНС управляют функцией органа, действуя в противоположном направлении (подобно двум вожжам) — антагонистически. В норме при наличии в обеих системах центров, управляющих функцией органа, на- блюдается «равновесие» между ними. При преобладании тонуса одной системы тонус другой уменьшается. Постоянное повышение тонуса сим- патического или парасимпатического отдела приводит к появлению раз- личных расстройств. Предпринимались попытки лечить «симпатикото- нии» и «ваготонин» хирургическим методом — перерезкой соответствую- щих нервов. Однако подобные воздействия не всегда давали стойкий эффект, а иногда даже приводили к ухудшению состояния. При регуляции функций ряда органов между двумя отделами ВНС су- ществует не только антагонизм, но и синергизм. Например, секреция слю- ны возбуждается как симпатическими, так и парасимпатическими нерва- ми, однако при этом состав слюны различен. Кроме того, необходимо учитывать, что ряд органов и тканей не имеет парасимпатической иннер- вации, а снабжается только волокнами симпатической нервной системы. В последнее время было показано, что взаимоотношение двух отделов ВНС не может быть выражено понятиями «антагонизм» или «синергизм». Каждая из систем выполняет свою собственную функцию в организме. Парасимпатический отдел ВНС — это система текущей регуляции фи- зиологических процессов, обеспечивающая гомеостаз. В отличие от этого симпатический отдел — система «защиты», система мобилизации резервов, необходимая для активного взаимодействия организма со средой. Такая мобилизация требует генерализованного включения в реакцию многих органов и структур. Как нельзя лучше этому условию соответствуют структурные особенности симпатического отдела: -- непрерывное расположение нервных центров в спинном мозге; - его ганглии (паравертебральные и превертебральные), находящиеся на большом расстоянии от иннервируемых органов и тканей, имеют большие возможности суммации (мультипликации) импульсов. Все это обеспечивает генерализованное воздействие на многие структу- ры. Весьма важно при этом, что генерализованное воздействие симпатиче- ской нервной системы почти на все структуры организма поддерживается еще и выбросом в кровь адреналина из хромафинной ткани надпочечника (см. гл. 9). По сути дела, этот отдел эндокринной системы является своеоб- разной эфферентной частью симпатического рефлекса. Сюда приходят преганглионарные волокна симпатического нерва, и выброс адреналина стимулируется выделяющимся из них медиатором — ацетилхолином.
Глава 8. ВЕГЕТАТИВНАЯ НЕРВНАЯ СИСТЕМА 255 Симпатическая нервная система выполняет в организме адаптационно- трофическую функцию, регулируя обмен веществ, трофику и возбуди- мость всех органов и тканей тела, обеспечивает адаптацию организма к текущим условиям деятельности (подробнее — см. гл. 20). Она, активируя деятельность других отделов мозга, и с этой стороны мобилизует защит- ные реакции организма: процессы терморегуляции, иммунные реакции, механизмы свертывания крови. Ее возбуждение — непременное условие эмоций. Возбуждение симпатической НС является начальным звеном включения цепи гормональных реакций, характерных для «стресса». В отличие от парасимпатического отдела, обеспечивающего поддержа- ние гомеостаза, при мобилизации организма симпатической НС многие параметры гомеостаза нередко изменяются. Возбуждение его приводит к повышению артериального давления, перераспределению крови, выбросу в кровь большого количества глюкозы и жирных кислот, активации энер- гетических процессов, угнетению функций желудочно-кишечного тракта, мочеобразования. Задачу восстановления и сохранения постоянства внут- ренней среды при любых нарушениях и сдвигах, вызванных возбуждени- ем симпатического отдела, выполняет парасимпатический отдел. В этом смысле деятельность двух отделов может проявляться иногда как антаго- низм. Но это не означает, что функции органов и тканей управляются только антагонистическими влияниями. Парасимпатические нервные во- локна в ряде случаев могут как стимулировать, так и тормозить функцию регулируемых ими органов, обеспечивая все процессы текущей регуля- ции, необходимые для сохранения гомеостаза. 8.10. ИЗМЕНЕНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ КЛЕТОК ПРИ НАРУШЕНИИ ВЕГЕТАТИВНОЙ ИННЕРВАЦИИ После перерезки и перерождения вегетативных нервов чувствитель- ность денервированных органов к соответствующим медиаторам возра- стает. Если десимпатизировать любой орган, иннервированный симпати- ческими нервными волокнами (сердце, желудок, кишечник, сосуды, ра- дужную оболочку глаза и др.), то он приобретает повышенную чувстви- тельность к адреналину и норадреналину. Точно так же, если произвести парасимпатическую денервацию органа, он приобретает повышенную чувствительность к ацетилхолину. Имеется ряд механизмов, определяю- щих повышение чувствительности клеток: - возрастание числа рецепторов на постсинаптической мембране; - снижение активности или содержания в тканях фермента, расщепля- ющего адреналин (моноаминоксидазы) или ацетилхолин (холинэсте- разы). Своеобразной десимпатизацией является развитие возрастных склеро- тических образований в кровеносных сосудах: на фоне снижения влияния симпатического нерва повышается реакция на гормон адреналин, выброс большого количества которого при стрессе вызывает спазм сосудов.
256 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ №1 Укажите ошибочные ответы. В чем отличие вегетативной нервной системы от соматической? А. Локализация ядер в ЦНС Б. Не иннервирует скелетные мышцы В. Сегментарность иннервации на перифе- рии Г. Малый диаметр волокон Д. Прерывание в периферических ганглиях №2 Укажите влияния парасимпатических нервов: А. Снижение частоты сердечных сокраще- ний Б. Сужение бронхов В. Усиление секреции желудочного сока Г. Расширение зрачков Д. Повышение уровня артериального давле- ния №3 Укажите влияния симпатических нер- вов: А. Повышение уровня артериального давле- ния Б. Учащение ритма сердечных сокращений В. Сужение бронхов Г. Сокращение мочевого пузыря Д. Торможение секреции желудочного сока №4 Где находятся тела преганглионарных нейронов симпатической нервной сис- темы: А. В среднем мозге Б. В продолговатом мозге В. В грудном отделе спинного мозга Г. В поясничном отделе спинного мозга Д. В крестцовом отделе спинного мозга №5 В чем отличия возникновения возбуж- дения в нейронах вегетативных гангли- ев от нейронов ЦНС: А. Меньшая длительность синаптической за- держки Б. Большая длительность ВПСП Вопросы для повторения В. Большая длительность синаптической за- держки Г. Резко выраженная следовая гиперпо- ляризация №6 Что наблюдается при раздражении за- дних ядер гипоталамуса: А. Учащение сердцебиений Б. Сужение бронхов В. Расширение зрачков Г. Снижение тонуса артерий Д. Увеличение секреции желудочных желез №7 Какие явления наблюдаются при раз- дражении средних ядер гипоталамуса: А. Расширение зрачков Б. Изменения обмена веществ В. Усиление перистальтики тонкого кишеч- ника Г. Сужение глазной щели №8 Рефлекторная дуга вегетативных ре- флексов замыкается через следующие нервные структуры: А. Центры спинного мозга Б. Центры ствола мозга В. Вегетативные ганглии Г. Лимбическую систему Д. Кору больших полушарий Е. Гипоталамус №9 Парасимпатическая нервная системе иннервирует: А. Органы пищеварительного тракта Б. Сердце В. Легкие Г. Скелетные мышцы Д. Большинство кровеносных сосудов №10 Прекратится ли моторика кишечника после перерезки вегетативных нервов, иннервирующих кишечник: А. Да Б. Нет
Глава 8. ВЕГЕТАТИВНАЯ НЕРВНАЯСИСТЕМА 257 №11 Укажите медиатор преганглионарных волокон симпатической нервной сис- темы: А. Ацетилхолин Б. Норадреналин В. Серотонин Г. Гистамин №12 Укажите вегетативные реакции спинно- го мозга: А. Расширение зрачка Б. Мочеиспускание В. Потоотделение Г. Глотание Д. Торможение деятельности сердца №13 Укажите вегетативные реакции мозго- вого ствола: А. Расширение зрачка Б. Мочеиспускание В. Торможение деятельности сердца Г. Сужение сосудов №14 К какому виду вегетативных реакций относится ортостатический рефлекс: А. Висцеро-висцеральный Б. Висцеро-дермальный В. Дермо-висцеральный Г. Висцеро-соматический Д. Сомато-висцеральный №15 Вставьте пропущенные слова. К адренергическим нейронам относятся ... волокна ... нервной системы. А. Постганглионарные, симпатической Б. Преганглионарные, симпатической В. Постганглионарные, парасимпатической Г. Преганглионарные, парасимпатической №16 Вставьте пропущенные слова. Расширение зрачка зависит от ... тону- са ... нервной системы. А. Повышения, симпатической Б. Повышения, парасимпатической В. Понижения, симпатической №17 Вставьте пропущенные слова. Никотин — это ... синапсов вегетатив- ной нервной системы. А. Блокатор ганглионарных Б. Блокатор нервно-органных В. Активатор ганглионарных Г. Активатор нервно-органных №18 Укажите орган, который иннервируется только преганглионарными волокнами симпатической нервной системы: А. Желудок Б. Сердце В. Мозговое вещество надпочечников Г. Сосуды туловища и конечностей Д. Слюнные железы №19 Выберите наиболее правильный ответ. Возбуждение передних ядер гипотала- муса вызывает: А. Расширение зрачков, брадикардию, ги- пергликемию Б. Расширение зрачков, тахикардию, гипер- гликемию В. Сужение зрачков, тахикардию, гипоглике- мию Г. Сужение зрачков, брадикардию, гипогли- кемию №20 Вставьте пропущенные слова. По сравнению с преганглионарными нейронами, в постганглионарных ней- ронах длительность потенциала дейст- вия ... , ВПСП ... , частота импульсов ... А. Больше, больше, больше Б. Больше, больше, меньше В. Меньше, меньше, меньше Г. Меньше, больше, меньше
258 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ №21 Норадреналин, выделяющийся из си- наптических везикул, может воздейст- вовать на: А. Постсинаптическую мембрану симпатиче- ского синапса Б. Пресинаптическую мембрану симпатиче- ского синапса В. Постсинаптическую мембрану парасим- патического синапса Г. Пресинаптическую мембрану парасимпа- тическго синапса №22 М-холинорецептоы могут распола- гаться: А. На мембранах клеток внутренних органов Б. На пресинаптических мембранах симпа- тических синапсов В. На постсинаптических мембранах симпа- тических синапсов №23 Альфа-адренорецептоы могут распола- гаться: А. На мембранах клеток внутренних органов Б. На постсинаптических мембранах вегета- тивных ганглиев В. На пресинаптических мембранах пара- симпатических синапсов №24 Вставьте пропущенные слова. По сравнению с соматическими, вегета- тивные нервные волокна обладают ... возбудимостью, их рефрактерность ... , лабильность ... А. Большей, больше, меньше Б. Меньшей, больше, больше В. Меньшей, больше, меньше Г. Большей, меньше, больше №25 Вставьте пропущенные слова. Постганглионарные нейроны симпати- ческой нервной системы, иннервирую- щие потовые железы, выделяют ... , ко- торый взаимодействует с... А. Ацетилхолин, Н-холинорецепторы Б. Ацетилхолтн, М-холинорецепторы В. Норадреналин, а-адренорецепторы Г. Норадреналин, p-адренорецепторы №26 Вставьте пропущенные слова. Симпатические нервы ... секрецию слюны, действуя на ...адренорецеп- торы. А. Усиливают, а- Б. Усиливают, р- В. Тормозят, а- Г. Тормозят, р- №27 Вставьте пропущенные слова. Симпатические нервы вызывают ... сфинктеров желудочно-кишечного трак- та, действуя на ...адренорецепторы. А. Сокращение, р- Б. Сокращение, а- В. Расслабление, р- Г. Расслабление, а- №28 Вставьте пропущенные слова. Симпатические нервы ... ЧСС, действуя на ...адренорецепторы. А. Ускоряют, а- Б. Ускоряют, р- В. Уменьшают, а- Г. Уменьшают, р- №29 Вставьте пропущенные слова. Симпатические нервы ... силу сокраще- ний сердца, действуя на ...адреноре- цепторы. А. Уменьшают, а- Б. Уменьшают, р- В. Усиливают, а- Г. Усиливают, р- №30 Вставьте пропущенные слова. Симпатические нервы вызывают ... бронхиальных мышц, действуя на ...ад- ренорецепторы. А. Расслабление, р- Б. Сокращение, р- В. Расслабление, а- Г. Сокращение, а-
Глава 8. ВЕГЕТАТИВНАЯ НЕРВНАЯ СИСТЕМА 259 №31 Укажите, в составе каких нервов прохо- дят эфферентные волокна от центров вегетативной нервной системы, распо- ложенных в продолговатом мозге: А. Лицевой нерв Б. Языкоглоточный нерв В. Передние корешки спинного мозга Г. Задние корешки спинного мозга №32 Вставьте пропущенные слова. Корректирующее влияние вегетативной нервной системы состоит в ... деятель- ности внутренних органов. А. Усилении Б. Ослаблении В. Запуске №33 Укажите, где расположены центры ме- тасимпатической нервной системы: А. Спинной мозг Б. Продолговатый мозг В. Средний мозг Г. Вегетативные ганглии №34 Укажите место выделения ацетилхоли- на: А. Синапс симпатического ганглия Б. Синапс парасимпатического ганглия В. Синапс постганглионарного парасимпати- ческого нейрона №35 Укажите место выделения норадрена- лина: А. Синапс симпатического ганглия Б. Синапс парасимпатического ганглия В. Сиапс постганглионарного симпатическо- го нейрона №36 Укажите эффекты возбуждения пара- симпатической нервной системы: А. Снижение ЧСС Б. Расширение зрачков В. Стимуляция слюноотделения Г. Торможение желудочной секреции Д. Повышение тонуса сосудов Е. Увеличение силы сердечных сокращений Ж. Расширение бронхов
Глава 9 ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ В регуляции функций организма кроме нервной системы принимает участие комплекс биологически активных соединений, образующих эндокринную систему. Взаимодействие указанных систем позволяет гово- рить о единой нейроэндокринной системе регуляции функций организма. Выделяемые клетками биологически активные соединения (см. рис. 1.2) действуют: - поступая в жидкие среды и доставляясь ими к отдаленно располо- женным клеткам-мишеням (телекринный эффект); - местно, на соседние клетки (паракриннбу, - на саму клетку (аутокринно). Для регуляции многих органов и процессов этот механизм регуляции хотя и действует более медленно, но оказывается более эффективным, чем нейрогенная регуляция. Обусловлено это тем, что: - биологически активное соединение может поступать к каждой клетке; - спектр указанных регуляторов более широк, чем медиаторов нервов; - биологически активные соединения действуют на клетки более продол- жительное время. Среди биологически активных соединений выделяют гормоны и негор- мональные вещества. Причем некоторые гормоны могут выполнять фун- кцию медиаторов либо нейротрансмиттеров нервной системы. По сути дела, и вегетативные нервы (особенно симпатический отдел) регулируют функции организма также с помощью биологически активных соедине- ний — медиаторов, часть которых является гормонами (например, норад- реналин — медиатор постганглионарных волокон симпатических нервов и один из гормонов мозгового вещества надпочечников). Биологическая активность гормонов определяется тем, что, находясь в относительно ма- лой концентрации, эти вещества оказывают выраженный эффект. Так, на- пример, наиболее типичные гуморальные регуляторы — гормоны свое влияние оказывают, находясь в крови в концентрации 1071012 моль/л. Гормоны (от греч. hormao — привожу в движение) являются химически- ми посредниками, которые секретируются и выделяются клетками в ответ на различные сигналы систем регуляции. Многие гормоны секретируются клетками, составляющими специализированные железы (рис. 9.1). Наука, изучающая развитие, строение и функцию желез, вырабатыва- ющих гормоны, а также механизм их синтеза, влияния на организм, на- зывается эндокринологией (от греч. endon— внутри, krino — отделять) в связи с тем, что эти железы свой секрет выделяют не через выводные про- токи, а непосредственно в кровь и лимфу. Влияние гормонов на клетки обусловлено тем, что на мембране клеток имеются рецепторы к конкрет- ному гормону, которые характеризуются высокой степенью аффинности (сродства) к нему.
| Рис. 9.11----------- Основные эндокринные железы: 1 — яички; 2 — почки; 3—надпочечники; 4 — паращитовидные; 5 — щитовидная; 6—эпифиз; 7 — плацента; 8 — яични- ки; 9—желудочно-кишеч- ный тракт; 10—поджелу- дочная железа; 11 — ви- лочковая железа; 12—ги- пофиз Гл. 9. ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 261 Можно выделить четыре основных механиз- ма направленности влияния гормона: - метаболическое (действие на обмен веществ); - морфогенетическое (стимулируется формооб- разование, дифференцировка, рост); - кинетическое (включение определенной дея- тельности); - корректирующее (изменяющее интенсивность функций органов и тканей). По химической природе большинство гормо- нов является пептидами {белками). Кроме того, есть гормоны стероиды и производные амино- кислот. В молекуле гормонов можно выделить отдельные фрагменты, которые выполняют раз- личные функции: - фрагменты, обеспечивающие поиск места дей- ствия гормона; - фрагменты, обеспечивающие специфическое влияние гормона на клетку; - фрагменты, регулирующие степень активно- сти гормона и другие свойства. 9.1. СЕКРЕЦИЯ ГОРМОНОВ В принципе каждая клетка, обладающая уни- версальной генетической информацией, способ- на продуцировать гормоны. Но в процессе эво- люции выделились специализированные клетки, синтезирующие один или даже несколько гормонов. Такие клетки могут составлять самостоя- тельную железу: гипофиз, эпифиз, щитовидная и паращитовидная желе- зы, надпочечники, половые железы, поджелудочная железа. Они могут находиться среди других клеток: в головном мозге, вилочковой железе, сердце, почках, желудочно-кишечном тракте. Среди желез внутренней секреции есть собственно эндокринные, а также железы со смешанной секрецией (поджелудочная железа, половые железы), которые имеют вы- водные протоки для выделения ферментов пищеварительного сока, поло- вых клеток. Но и в этих органах гормоны поступают непосредственно в русло крови или лимфу. В настоящее время показано, что суммарное количество образующих гормоны клеток, разбросанных среди тканей головного мозга и внутрен- них органов, не уступает их количеству в железах внутренней секреции. Эти клетки объединяют в диффузную эндокринную систему, которая, в свою очередь, входит в единую APUD-систему (от англ. Amine. Precursor Uptake Decarboxylase — захват и декарбоксилирование предшественников аминов; данные клетки помимо пептидов вырабатывают биогенные ами- ны). Их гормоны являются пептидами, причем многие из этих соединений
262 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ имеют близкий аминокислотный состав. Большинство этих гормонов описывается при изложении функции соответствующих органов. Химическая природа гормонов отражается на особенностях механизма их биосинтеза. Белковые (пептидные) гормоны синтезируются с участием системы транскрипции генетической информации. Поэтому с момента по- ступления соответствующего стимулирующего сигнала до образования гормона проходит достаточно большой отрезок времени. Синтезирован- ные пептидные гормоны чаще всего накапливаются в клетке в виде гранул, а затем по мере потребности при действии соответствующих сигналов сек- ретируются в межклеточную жидкость. Здесь они всасываются в кровь или лимфу, а с нею также поступают в кровь и разносятся по всему организму. В отличие от этого стероидные гормоны в клетках, синтезирующих их, Таблица 9.1 Период полураспада некоторых гормонов у здорового человека (обобщенные средние Гормон Tiza мин Тироксин 4 суг Трийодитрин 45 ч Кортизол 70-90 Кортикостерон 50-60 Альдостерон 30-50 Тестостерон 30-40 Прогестерон 90-195 Эстрадиол 20-25 СТГ 15-17 ТТГ 10-12 АКТГ 10-15 Мелатонин 10-25 Инсулин 8-10 Вазопрессин 15-20 Рилизинг-гормоны 2,5-5,0 Катехоламины 0,5-2,5 в значительных количествах не запасаются, а, как правило, сразу после синтеза секретируются. Предшественником для их синтеза является холе- стерол. Все анатомические структуры, вырабатывающие стероидные гор- моны (надпочечники, яичники, семенники), имеют общее эмбриональное происхождение и, развиваясь в результате дальнейшей дифференцировки, приобретают способность синтезировать один или несколько близких по структуре соединений. То, каким именно будет конечный продукт, зави- сит от набора ферментов в данной гормонпро- дуцирующей клетке. Активность их запускает- ся сходными механизмами регуляции синтеза. Концентрация большинства гормонов в кро- ви не постоянна. Она, с одной стороны, опре- деляется интенсивностью образования и секре- ции гормона железой, а с другой — скоростью поглощения, разрушения и выведения. Время полувыведения (Т1/2) гормонов из крови (табл. 9.1) колеблется от 4 суток — у тирокси- на до часов — у стероидов, нескольких ми- нут — у инсулина, вазопрессина, катехолами- нов и секунд — у нейромедиаторов и пептидов. Секреция некоторых гормонов носит отчетли- вую периодичность. Например, уровень гормо- на роста, АКТГ имеет выраженные суточные колебания, связанные с циклами «сон — бодр- ствование». А половые гормоны имеют не только суточную ритмику образования и сек- реции, но и четко выраженную периодику, свя- занную с возрастными периодами развития, менструальным циклом и циклом «беремен- ность — роды». Далеко не всегда у человека гормоны обра- зуются в количестве, обеспечивающем нор- мальную функцию, которую они регулируют.
Гл. 9. ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 26,3 Функциональная активность железы может быть повышена (гиперфунк- ция) или, напротив, снижена (гипофункция). Это изменение функциональ- ной активности может быть кратковременным, что обусловлено необхо- димостью изменить активность соответствующей функции организма, ли- бо носить длительный или постоянный характер и затрагивать изменение не только функции, но и структуры эндокринной железы, что характерно для состояния болезни. Методы исследования Экспериментальные методы заключаются в проведении различных опытов на животных. Чаще всего применяется метод удаления эндокрин- ной железы (или ее части) и наблюдения за изменением функций организ- ма — симптом недостаточности. Затем исследуется заместительная те- рапия путем введения гормона. Можно получать результаты и путем передозировки — введением гормона на фоне имеющейся в организме нормально функционирующей железы. Можно исследовать сравнитель- ное содержание гормона в притекающей и оттекающей крови (как на уровне железы, так и любого органа, где гормон используется). У человека функция железы исследуется путем определения концентрации гормона в крови, скорости выведения его. Большую роль играют и исследования больных людей с гипофункцией или гиперфункцией железы. 9.1.1. Механизм действия гормонов Любой гормон, циркулируя в крови, имеет возможность влиять на все органы и ткани, но для большинства из них существуют такие, для кото- рых гормон наиболее специфичен — их называют органы-мищени и тка- ни-мишени. Влияние гормона на клетки осуществляется путем взаимодей- ствия с рецептором, являющимся белком, часть молекулы которого изо- морфна определенному фрагменту молекулы гормона. Рецепторы могут располагаться как на мембране, так и внутри клетки. Плохо проникаю- щие через мембрану гормоны (катехоламины, пептидные гормоны) фик- сируются на мембране снаружи. В этом случае их влияние на функцио- нальное состояние клеток опосредуется вторыми посредниками. Легко проникающие в клетку стероидные гормоны оказывают влияние (специфическое) на внутриклеточные структуры. Они чаще всего влияют на процессы транскрипции, изменяя активность синтеза клеточных бел- ков. Однако нередко и эти гормоны выполняют свои функции также с по- мощью вторых посредников. Стероидные гормоны Стероидные гормоны влияют на дифференцировку, рост, адаптацию клеток к новым метаболическим условиям, то есть действуют на генети- ческом уровне. Под их воздействием индуцируется биосинтез белков. В различных тканях указанная гормонрегулируемая зависимость не оди- накова. Так, в клетках яйцеводов под влиянием гормонов синтезируется до 70% всего белка, в то время как в печени лишь менее 5%. Синтез
264 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ остального количества белка осуществляется с помощью генетических и других механизмов регуляции. Клетки-мишени стероидных гормонов для нормальной своей функции должны постоянно получать поддерживаю- щие количества гормонов. Стероидные гормоны транспортируются кровью в связанном с белками-переносчиками виде. Иначе, в связи с отно- сительно небольшой молекулярной массой, они легко будут выводиться из организма. Процесс индукции многостадийный. Вначале стероидный гормон дол- жен проникнуть в клетку, соединяясь с соответствующим рецептором мембраны либо без его помощи. Проникновение внутрь клетки указан- ных гормонов облегчается малыми размерами молекул и высокой раство- римостью (сродством) в липидах мембран. В результате в определенных клетках содержание гормона становится высоким, хотя в крови они нахо- дятся в чрезвычайно низкой концентрации. После проникновения стеро- ида в клетку происходит его связывание с внутриклеточным рецептором и транспорт через цитоплазму к ядру клетки. В указанном виде гормон проникает через ядерную мембрану. Следующим этапом является «наве- дение» гормона к тому участку генома, в котором происходит связывание гормона с кислым белком (гистоном) хромосомы. Связывание происхо- дит именно с тем участком генома, который обеспечивает транскрипцию иРНК и последующий синтез специфического белка в цитоплазме клетки. Результатом такого влияния стероидов является дифференцировка клеток. Пептидные гормоны Пептидные гормоны — гидрофильные соединения, не способные про- никать через мембрану. Поэтому их эффект обусловлен результатом взаимодействия с рецептором клеточной мембраны. Гормон-рецепторное взаимодействие запускает многие внутриклеточные системы, причем не- которые компоненты их расположены достаточно далеко от наружной мембраны. Эти влияния обусловлены включением под воздействием ком- плекса «гормон — рецептор» вторых посредников (см. гл. 1.3) Указанные посредники, изменяя внутриклеточное состояние обмена веществ, актив- ность других процессов, обеспечивают специфический эффект гормона. Количество (плотность) мембранных рецепторов так же, как и внутрикле- точных посредников, непостоянно — оно модулируется под влиянием соответствующих механизмов регуляции. 9.2. ДРУГИЕ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ Кроме гормонов существует множество других химических соедине- ний, которые наряду с гормонами, нервной системой или самостоятельно оказывают регулирующий или модулирующий эффект на функцию орга- нов и систем организма. Среди них — нейромедиаторы (норадреналин, ацетилхолин, ГАМК, серотонин, гистамин), которые, освобождаясь в нервных окончаниях, могут оказывать и паракринный эффект. Следующую большую группу веществ относят к аутокринам — веще-
Гл. 9. ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 265 ствам, образующимся при воспалительных реакциях. Среди них наиболее важными являются гистамин и брадикинин. Третья группа веществ принадлежит к продуктам метаболизма арахи- доновой кислоты (входит в состав липидов клеточных мембран), которые образуются в ответ на гормональные и другого рода стимулы. Эти соеди- нения получили название простагландины (от англ, prostate gland — пред- стательная железа), так как впервые были выделены из предстательной железы. Простагландины (ПГЕГ, ПГЕ2, ПГРЬ ПГ12, ПГО2 и др.), тром- боксан, простациклин образуются из эндоперекисей арахидоновой кисло- ты при участии ферментного комплекса циклооксигеназы. Простагланди- ны действуют на клетки уже в концентрации 10“'1 моль/л. Начальный этап синтеза другого класса метаболитов арахидоновой кислоты — лейкотриенов катализируется липооксигеназными фермента- ми. Все метаболиты арахидоновой кислоты получили общее название — эйкозаноиды. Данные вещества действуют либо на саму клетку, где синте- зируются (аутокринное влияние), или на соседние (паракринное влияние). Эйкозаноиды усиливают или ослабляют действие гормонов и других аго- нистов, вызывают их синтез и секрецию. Существенную роль в регуляции многих функций организма играют циркулирующие в крови неорганические ионы (кальций, натрий, калий и др.), а также водород, углекислый газ и ряд других метаболитов клеток. Кроме прямого регулирующего влияния все эти соединения, тесно взаимо- действующие между собой, оказывают порой модулирующее влияние — по- вышая или снижая проявление влияния основных регуляторов, гормонов. 9.3. РЕГУЛЯЦИЯ ГОРМОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ Функции синтеза и секреции гормонов эндокринными железами регу- лируются несколькими путями. Нейрогенная регуляция Она осуществляется по трем направлениям: 1) Уровень гормона крови через обратную связь регулирует секреторную активность железы, в которой он образуется. Эта регуляция секреции гормона под влиянием самого гормона опосредуется нейрогормональ- ными механизмами гипоталамо-гипофизарной системы. 2) Прямое воздействие нервов на синтез и секрецию гормона (нейроги- пофиз, мозговой слой надпочечника). 3) Нервная система регулирует гормональную активность косвенно — изменяя интенсивность кровоснабжения железы. Непосредственное влияние на клетки железы Непосредственное влияние на клетки железы концентрации субстрата, уровень которого регулирует гормон (обратная связь). Так, кальций кро- ви влияет на секреторную активность паращитовидной и щитовидной же- лез, где образуются паратгормон и тирокальцитонин, а концентрация
266 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ [Рис. 9,21_____________________ Схема гипоталамо-гипофизар- вых механизмов регуляции ак- тивности эндокринных желез (по Шмидт) глюкозы крови определяет активность выхода инсулина из поджелудоч- ной железы. Функция подавляющего большинства клеток, синтезирующих гормо- ны, регулируется комбинацией нескольких указанных механизмов. Кроме того, многие гормоны и гипоталамо-гипофизарные факторы оказывают перекрестное влияние на образование друг друга. Поэтому, говоря о том или ином механизме регуляции, необходимо иметь в виду, что речь идет лишь о превалирующем механизме регуляции. 9.3.1. Гипоталамо-гипофизарная система Функция щитовидной, половых желез, коры надпочечников регулируется гормо- нами передней доли гипофиза, называемой аденогипофизом. Общее название этих гор- монов — тропные гормоны, адренокорти- котропный, тиреотропный, фолликулости- мулирующий и лютеонизирующий гормо- ны. С некоторой условностью к тропным гормонам относится и соматотропный гормон (гормон роста) гипофиза, который оказывает свое влияние на рост не только прямо, но и опосредованно через гормон соматомедин(ы), образующийся в печени. Кроме того, в аденогипофизе образуются интермедин (меланоцитстимулирующий гормон — МСГ) и пролактин, которые об- ладают прямым эффектом на перифериче- ские органы. В свою очередь, высвобожде- ние всех семи указанных гормонов адено- гипофиза зависит от гормональной актив- ности нейронов гипофизотропной зоны гипо- таламуса — ее медиальной области (в ос- новном, паравентрикулярным ядром — ПВЯ). Здесь образуются гормоны, оказы- вающие стимулирующее или тормозящее влияние на секрецию гормонов аденогипо- физа (рис. 9.2). Стимуляторы называются рилизинг-гормонами (либеринами), ингибито- ры — статинами. Многие из них имеют несколько названий. Гормональная функция гипоталамуса В настоящее время выделены в чистом виде и исследованы следующие гормоны гипоталамуса: - тиреолиберин (ТГГ-рилизинг-гормон), - гонадолиберин (ЛГ/ФСГ-рилизинг-гормон), - соматостатин (ГР-ингибирующий гормон),
Гл. 9. ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 267 Гипоталамо-гипофизарная сис- тема: 1 — паравентрикулярное ядро; 2 — супраоптическое яд- ро; 3 — зрительный перекрест; 4— маммилярное тело; 5, 10 — артерии гипофиза; 6 — ворон- ка; 7—аденогипофиз; 8—про- межуточная доля; 9 — нейроги- пофиз; 11 — вена - соматокринин (ГР-рилизинг-гормон), - пролактостатин (ПРЛ-ингибирующий фактор), - пролактолиберин (ПРЛ-рилизинг-фактор), - кортиколиберин (АКТГ-рилизинг-гормон), - меланостатин (МСГ-ингибирующий гормон), - меланолиберин (МСГ-рилизинг-гормон). По химической природе они относятся к низкомолекулярным пепти- дам. Исключение составляет пролактостатин, которым является дофамин. Рилизинг-гормоны (РГ) освобождаются из отростков нервных клеток, тела которых лежат во многих ядрах гипоталамуса, хотя наибольшая плотность их сосредоточения — ПВЯ. Рилизинг-гормоны поступают в портальную венозную систему гипоталамо-гипофиза и с кровью достав- ляются к аденогипофизу (рис. 9.3). Регуляция гормональной активности большинства желез внутренней секреции осуществляется по принципу отрицатель- ной обратной связи: сам гормон, его коли- чество в крови, регулирует свое образова- ние (см. рис. 9.2). Указанное воздействие опосредуется через образование соответст- вующих РГ. Так, например, при повыше- нии в крови уровня гормона коры надпо- чечников — кортизола в срединном возвы- шении высвобождается меньше АКТГ-РГ, в результате чего секреция гипофизом АКТГ снижается. А это приводит к умень- шению образования кортикостероидов надпочечниками и снижению содержания кортизола в крови. Кроме того, обратная связь в этой системе регуляции может быть опосредована непосредственно и самими гормонами гипоталамуса и аденогипофиза (в вышеуказанном примере — АКТГ-РГ и АКТГ). Нейроны гипоталамуса, образующие РГ, являются своеобразными клетками с двой- ной функцией: с одной стороны, это типич- ный нейрон, интегрирующий на себе влия- ние других отделов ЦНС и гуморальных регуляторов, а с другой — эн- докринная клетка. Характерной отличительной особенностью гипотала- муса является слабо выраженный гематоэнцефалический барьер. Благода- ря этому из протекающей крови выходят гормоны и другие биологически активные соединения, которые и оказывают свое регулирующее влияние на нейроны. Указанный выше механизм саморегуляции сохраняется даже в отсут-
268 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ствие влияний на гипоталамус со стороны ЦНС (после полного отделе- ния медиальной области гипоталамуса от остальных отделов ЦНС). Но в естественных условиях другие отделы ЦНС участвуют в приспособлении этой реакции к внутренним и внешним потребностям организма. Напри- мер, образование кортизола корой надпочечников резко увеличивается при стресс-реакциях. Этому предшествует увеличение секреции АКТГ-РГ и выхода АКТГ. Центральная регуляция гипоталамо-гипофизарной системы осуществ- ляется центрами, расположенными в преоптической области, в лимбиче- ской системе, в структурах ствола мозга (продолговатом и среднем мозге, мосту). Сигналы от этих центров к ядрам гипоталамуса передаются по- средством нейронов, относящихся к моноаминергическим путям головно- го мозга, медиаторами которых являются биогенные амины (норадрена- лин, дофамин, серотонин). К указанным центрам ЦНС поступают не только нервные импульсы, но и информация об уровне гормонов в крови, а они через моноаминовые пути оказывают соответствующее влияние на специфические структуры гипоталамуса и на выработку ими РГ, то есть модулируют образование РГ. Дело в том, что на мембране нейронов указанных отделов кроме обычных синапсов имеются также рецепторы к различным гормонам. Гормоны аденогипофиза По сути дела, аденогипофиз явля- ется комплексом шести желез, каждая из которых состоит из особых кле- ток, контролируемых по-своему (рис. 9.4). Все клетки получают сти- мулирующие сигналы лишь гумо- ральным путем, реагируя на пептиды гипоталамуса и катехоламины (дофа- мин, норадреналин, гистамин). В процессах секреции гормонов прини- мают непосредственное участие вто- рые посредники — особенно Са2+ и цАМФ. Сами гормоны аденогипофиза яв- ляются пептидами, многие из кото- рых имеют общие аминокислотные Схема клеточного состава аденогипо- последовательности. Так, например, ( ) а в базофильных клетках гипофиза об- наружен гликопротеин (проопиомеланокортин), являющийся предшествен- ником как АКТГ, так и эндорфинов (см. гл. 6). В результате создаются условия для появления «побочных» эффектов, что особенно проявляется при некотором изменении структуры гормона. Схема влияния гормонов аденогипофиза на другие железы внутренней секреции представлена на рис. 9.5.
Гл, 9, ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 269 Схема влияния гормонов адено- гипофиза (/): 2 — щитовидная же- леза; 3—надпочечник; 4—под- желудочная железа; 5 — яичники; 6 — молочная железа Гормон роста Концентрация гормона роста (ГР) в крови непостоянна и у взрослого человека колеблется от 3 до 100 нг/мл сыворотки. Выброс его в кровь уве- личивается во время глубокого сна, после мышечных упражнений, при гипогликемии и ряде других состояний. Ростовый эффект ГР на хрящевую ткань опосредуется воздействием гормона на печень. Под влиянием его в печени образуются факторы (в настоящее время их выделено не менее трех), называемые ростовыми факторами или соматомединами. Именно под влиянием этих пептидных факторов происходит стимуляция пролиферативной и синтетической ак- тивности хрящевых клеток (особенно в зоне роста длинных трубчатых костей), а также в месте перелома кости. Такой фактор, как соматомедин С, проявляет митотическую актив- ность не только в хрящевых клетках, но и в других. По своему эффекту соматомедины близки другим стимуляторам пролиферативной активно- сти, таким как; фактор роста фибробластов, тромбоцитарный фактор роста, эндотелиальный фактор роста, фактор роста нервов, тимозин, сти- муляторы кроветворения. (Они образуются в различных клетках организ- ме! — более подробно о многих из них речь пойдет в дальнейшем при изложении соответствующих разделов.) Для каждого из указанных ростовых факторов на мембранах соответ- ствующих клеток имеются рецепторы, а влияние опосредуется вторыми посредниками. Дефект образования ростовых факторов обуславливает нарушение пролиферации клеток. К примеру, недостаточное образование печеночных соматомединов может привести к замедлению сращения кос- ти после перелома. Особенно велико значение ГР в период роста, когда концентрация его в крови повышается. В этот период агонистами ГР являются половые гормоны, увеличение секреции которых способствует резкому ускорению роста костей (пубертатный скачок роста). Однако длительное образова-
270 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Подростки одного возраста: в центре — при нормальной функ- ции гипофиза; слева — при не- хватке гормона роста (гипофизар- ный карлик); справа — при избыт- ке гормона (гигант) ние больших количеств половых гормо- нов приводит к противоположному эф- фекту — прекращению роста (рис. 9.6). Рост взрослого человека может возобно- виться в случае чрезмерного возрастания секреции ГР, что наблюдается, напри- мер, при опухолях гипофиза. Тогда воз- обновляется пролиферация клеток рост- ковых зон, что приводит к акромегалии. При всех указанных выше состояниях влияние ГР сопровождается вторичной активацией обменных процессов. Но ГР оказывает и прямое метаболическое вли- яние на жировой и углеводный обмен. Он участвует в липолизе и повышает ус- тойчивость клеток к гормону поджелу- дочной железы — инсулину, действуя на уровне рецепторов к нему. Эффект анта- гонизма инсулину, выражающийся в сни- жении проницаемости клеток для глюко- зы, наблюдается при длительном дейст- вии ГР, а при однократном введении он, напротив, усиливает поглощение клетками глюкозы. Меланоцитсгимулирующий гормон Меланоцитстимулирующий гормон повышает секрецию меланина из тирозина (он стимулирует активность тирозиназы) в клетках кожи и по- темнение ее. Этот эффект, как и образование МСГ в средней доле гипо- физа, хорошо выражен у земноводных. У взрослого человека промежу- точная доля гипофиза практически отсутствует, а сам МСГ в гипофизе обнаружен в очень незначительном количестве. У человека эта часть же- лезы четко определяется лишь в период эмбрионального развития. Роль МСГ как гормона, регулирующего окраску кожи, у здорового чело- века еще не до конца ясна, хотя при некоторых патологических состояни- ях она проявляется, вызывая потемнение кожи или ее отдельных участ- ков. Это наблюдается при первичной недостаточности коры надпочечни- ка (болезнь Аддисона), вторичной гиперактивности его (болезнь Кушин- га). При беременности также может происходить потемнение отдельных участков кожных покровов (вокруг сосков, вульвы, слизистых оболочек). Это обусловлено не только гиперсекрецией у-МСГ, но и [3-ЛПГ, АКТГ и рядом других гормонов гипофиза, надпочечников и плаценты. Всех их объединяет то, что они являются производными ПОМК (проопиомелано- кортина) и близки по химической структуре. МСГ обнаружен и в ряде других отделов мозга человека (например, в аркуатном ядре). Высказаны предположения о возможной роли МСГ и
Гл, 9. ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 271 близких ему соединений в регуляции роста и развития плода, в процессах, связанных с памятью. Физиологическая роль других гормонов аденогипофиза подробно рас- смотрена ниже, при изложении вопросов гормональной активности тех желез, функцию которых они регулируют (см. рис. 9.5). 9.3.2. Эпифиз К регуляции гормональной активности ряда желез имеет прямое отно- шение и другой мозговой придаток — эпифиз. Достоверные сведения о нем были получены лишь в последние два десятилетия. Одной из наибо- лее характерных особенностей, присущих эпифизу, является способность трансформировать нервные импульсы, поступающие от сетчатки глаза, в инкреторный процесс. В эпифизе образуется несколько биологически ак- тивных соединений, наиболее важные из которых два: серотонин и его производное — мелатонин (оба соединения образуются из аминокислоты триптофана). Мелатонин и серотонин через кровеносную систему и це- ребральную жидкость поступают в гипоталамус, где модулируют образо- вание рилизинг-гормонов в зависимости от освещенности. Кроме того, мелатонин оказывает и прямое тормозящее влияние на гипофиз. Под вли- янием мелатонина тормозится секреция гинадотропинов, гормонов роста, тиреотропного гормона, АКТГ. Регуляция активности эпифиза светом происходит следующим пу- тем. Основным стимулятором вы- работки мелатонина является ме- диатор адренергических нейронов НА (через Р-адренергические ре- цепторы пинеалоцитов). Световой сигнал передается не только по пу- тям зрительной сенсорной систе- мы, но и к преганглионарным во- локнам в верхний шейный симпа- тический узел. Часть отростков по- следнего, в свою очередь, доходит до клеток эпифиза (рис. 9.7). Свет ингибирует выброс НА симпатическими нервами, контак- тирующими с пинеалоцитами эпи- физа. Таким путем свет тормозит образование мелатонина, в резуль- тате чего увеличивается секреция серотонина. Напротив, в темноте образование НА, а значит, и мела- тонина повышается. Поэтому с 23 до 7 ч синтезируется около 70% На свету г_.В темноте Угнетение [ Стимуляция |Сетчатка глаза| |Верхний шейный ганглий | ---1 ЭПИФИЗ |-----, Серотонин Мелатонин | Рис. 9.71______________________ Связь эпифиза с сетчаткой глаза и гипо- таламусом
272 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ суточного мелатонина. Секреция мелатонина усиливается и при стрессе. Сдерживающее влияние на выработку половых гормонов мелатонина наглядно проявляется в том, что у мальчиков началу полового созрева- ния предшествует резкое падение уровня мелатонина в крови. Вероятно, в связи с тем, что суммарная суточная освещенность в южных регионах выше, у проживающих здесь подростков половое созревание происходит в более раннем возрасте. Но эпифиз продолжает оказывать влияние на уровень половых гормо- нов и у взрослых. Так, у женщин наибольший уровень мелатонина на- блюдается в период менструаций, а наименьший — во время овуляции. При ослаблении мелатонинсинтезирующей функции эпифиза наблюдает- ся повышение половой потенции. Благодаря указанному выше влиянию гормонов эпифиза на продукцию гормонов гипоталамо-гипофизарной системы, эпифиз является своеобраз- ными «биологическими часами». Во многом именно его влиянием обуславли- ваются циркадианные (околосуточные) колебания и сезонные ритмы актив- ности гонадотропных гормонов, гормонов роста, кортикотропного и др. 9.3.3. Гормоны, зависимые от аденогипофизарной системы Гормоны коры надпочечников Надпочечники являются двойной железой внутренней секреции. В кор- ковом веществе их можно обнаружить около 40 соединений, которые можно разделить на три типа гормонов: - глюкокортикоиды (кортизол)', - минералокортикоиды (альдостерон); - половые гормоны (как у мужчин, так и у женщин продуцируются в основном андрогены). Клетки пучковой зоны синтезируют несколько соединений, из которых у человека гормонально активен кортизол. В клубочковой зоне образует- ся альдостерон, а в примыкающей к мозговому веществу сетчатой зоне — половые гормоны. Регуляция синтеза гормонов коры надпочечников Пучковая зона находится под регулирующим влиянием гипофизарного АКТГ (см. рис. 9.5). Продукция альдостерона зависит как от АКТГ (хотя и в меньшей степени, чем образование кортизола), так и от комплекса других механизмов. Регулирующее влияние гипофиза на образование по- ловых гормонов происходит не через АКТГ. Эти механизмы будут изло- жены при описании половых гормонов. Обычно в гипофизе человека в сутки синтезируется 5-25 мкг АКТГ. Тщ в крови — 15-25 мин. АКТГ секретируется эпизодически по 7-9 раз в час. У здоровых людей наименьший уровень гормона наблюдается в конце дня и непосредственно перед сном, наибольший — в 6-8 часов утра. При некоторых условиях (стрессе, интенсивных физических тренировках и т. п.) образование этого пептида увеличивается. Образование АКТГ, регулируемое соответствующими гипоталамиче-
Гл. 9. ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 273 скими гормонами, контролируется по системе отрицательной обратной связи концентрацией самого АКТГ в крови и уровнем кортизола. Однако при некоторых состояниях (например, стрессе) секреция АКТГ стимули- руется вопреки относительно высокой концентрации его и кортизола в крови. Это обусловлено, вероятно, снижением чувствительности цент- ральных нейронов к действию указанных регуляторов. Далеко не весь АКТГ крови фиксируется рецепторами клеток надпо- чечников, и при занятости всего 5% рецепторов образование кортизола может быть максимальным. В надпочечниках взаимодействие АКТГ с рецептором активирует аде- нилатциклазу: цАМФ-зависимая активация внутриклеточных протеаз и синтез новых белков служат основой стимуляции образования кортизола. В стимуляции синтеза кортизола важная роль принадлежит и кальцию. Он, с одной стороны, облегчает взаимодействие АКТГ с рецептором, а с другой — является внутри клетки агонистом цАМФ. Кроме того, в резуль- тате взаимодействия рецептора с АКТГ повышается проницаемость мемб- раны для холестерола (источником его являются циркулирующие в крови липопротеины низкой плотности). На этом этапе чрезвычайно важную роль выполняют ионы кальция и структуры цитоскелета клеток. АКТГ стимулирует также чрезмембранный транспорт глюкозы, которая является субстратом для обеспечения энергией синтетических процессов. Кроме то- го, АКТГ является не только регулятором гормональной активности над- почечников, но и сам обладает прямым гормональным эффектом. Глюкокортикоиды В сутки секретируется 20-25 мг кортизола (его концентрация в крови составляет 4-16 мкг %). Глюкокортикоиды в крови транспортируются с помощью кортикостероидсвязывающего глобулина (транскортина). Кортизол может образовывать слабые связи и с альбумином. Основным местом разрушения «невостребованного» кортизола является печень. Часть продуктов его деградации выводится с мочой (17-кетостероиды), а часть — превращается в кортизон. На мембранах клеток, чувствительных к кортизолу, обнаружено не- сколько типов рецепторов. «Гормон-рецепторное» взаимодействие спо- собствует воздействию стероида на транскрипцию РНК, синтез новых белков, чем и обеспечивается разнообразие влияний гормона. Данный эф- фект гормона проявляется и при эмбриональной дифференцировке. Функциональные проявления действия глюкокортикоидов Свое название глюкокортикоиды получили из-за способности повы- шать уровень сахара в крови путем стимуляции образования глюкозы в печени. Этот эффект является следствием глюконеогенеза — дезамини- рования аминокислот при усилении распада белков. При этом содержа- ние гликогена в печени может даже повышаться. Кроме того, усиливается мобилизация жира из депо и использование его для образования АТФ. Кортизол оказывает влияние и на другие виды метаболизма, что во многом определяется уровнем гормона в крови. Так, он может оказывать
274 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ влияние даже на минеральный обмен, хотя для этого концентрация корти- зола должна быть намного выше, чем у основного минералокортикоида — альдостерона. И вообще, чем выше концентрация кортизола в крови, тем разнообразнее его влияние. К примеру, в небольшой концентрации глюко- кортикоиды активируют, а в большой, напротив, угнетают иммунные механизмы организма. Высокий уровень кортизола в крови, приводя к ис- пользованию аминокислот для образования глюкозы, оказывает анти- анаболическое действие. Особенно сильно снижается синтез мышечных белков. При этом может проявляться и катаболический эффект — расщеп- ление мышечных белков для высвобождения из них аминокислот. Глюкокортикоиды и АКТГ влияют также на нервную систему (возбуж- дают, приводят к бессоннице, эйфории), иммунные и другие механизмы организма. О комплексе влияний кортизола на разнообразные функции организма можно судить по следующим нарушениям, обусловленным его недостачей: - гиперчувствительность к инсулину; - снижение запасов гликогена в тканях; - снижение активности глюконеогенеза; - недостаточная мобилизация белков периферических тканей; - ослабление реакции жировых клеток на обычные липолитические стимулы; - гипотензия; - задержка роста; - мышечная слабость и быстрая утомляемость; - снижение способности к быстрому выделению воды при водной на- грузке; - психологические и эмоциональные сдвиги. Избыток кортизола, что может быть следствием опухоли надпочечни- ка (болезнь Кушинга) и других нарушений, также приводит к изменению функций многих органов и систем. Минералокортикоиды Клетки клубочковой зоны находятся под регулируемым влиянием соб- ственных механизмов. К ним относятся такие периферические гормоны, как ангиотензин II (образование его происходит под влиянием синтезиру- ющегося при гипоксии почек ренина, что подробно рассматривается в гл. 17), простагландин Е, высокая концентрация в крови К+ и низкая — Na+. Хотя в норме клетки клубочковой зоны более чувствительны к дей- ствию ангиотензина И, чем АКТГ, но в естественных условиях целостно- го организма для образования минералокортикоидов необходимо также и влияние АКТГ (явление синергизма). Активация синтеза альдостерона ангиотензином опосредуется ростом внутриклеточной концентрации Са2+: под влиянием ангиотензина проницаемость клеточной мембраны к нему повышается. Кроме того, при этом образуется фосфатидилинозитол, который активирует мобилизацию кальция из внутриклеточных депо. При действии АКТГ синтез альдостерона усиливается путем взаимодей-
Гл. 9. ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 275 ствия цАМФ и Са2+. Для секреции альдостерона необходим холестерол, который проникает в клетку под влиянием раздражителей примерно так же, как и в клетки пучковой зоны, где синтезируется кортизол. Повыше- ние концентрации К+ стимулирует синтез альдостерона путем деполяри- зации клеточной мембраны и открытия потенциалзависимых кальциевых каналов. Ингибиторами синтеза и секреции альдостерона являются дофамин, предсердный натрийуретический гормон (см. гл. 12) и высокая концент- рация натрия в крови. Альдостерон оказывает три эффекта: - повышает реабсорбцию Na+ в почечных канальцах, что обеспечива- ет задержку его в крови; - увеличивает секрецию почками К+; - увеличивает секрецию почками Н+. Механизм этих реакций рассматривается в гл. 17. Половые гормоны По характеру своего воздействия половые гормоны относятся к мета- болическим гормонам достаточно широкого спектра действия, влияющим на клетки различных органов и систем, а некоторые из них (особенно в период созревания) оказывают и морфогенетическое влияние. Однако для большинства из них можно выделить органы-мишени или ткани-мишени. Как правило, это органы ответственны за продолжение вида. Даже факт воздействия андрогенов не только на гениталии, но и на биосинтез мы- шечных белков можно отнести к сказанному выше: более сильный самец имеет преимущество над слабым, а это благоприятно для вида в связи с получением более жизнеспособного потомства. По своему строению половые гормоны принадлежат к двум классам соединений — стероидам и пептидам. Большинство гормонов — стерои- ды, способные проникать внутрь клеток и воздействовать на процессы транскрипции и трансляции. Стероидные гормоны вырабатываются по- ловыми железами и корой надпочечников. В яичниках и семенниках об- разуются однотипные гормоны. В связи с близким строением и метабо- лизмом стероидные гормоны одного типа могут превращаться в гормон другого типа. Причем этот процесс происходит не только в половых же- лезах, но и в печени, жировой и нервной тканях. Название «мужские^ и «женские» означает лишь то, что у особи соответствующего пола в гона- дах одних гормонов вырабатывается больше, других — меньше, чем у другого пола. Свое же влияние они проявляют у особей обоего пола. Так, рецепторы тестостерона (андроген) обнаружены в клетках семенных ка- нальцев, придатке семенника, простате, семенных пузырьках, а также в матке, скелетных мышцах. Рецепторы к андрогенам широко представлены и в различных отделах ЦНС: в преоптической области, супраоптическом и паравентрикулярном ядрах гипоталамуса, обонятельной луковице, некоторых моторных цент- рах, коре больших полушарий. Андрогены и их метаболиты в структурах головного мозга оказывают разнообразное влияние, начиная от созревания
276 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ мозга и организации полового поведения, вплоть до влияния на эмоции и рассудочные процессы. Рецепторы к эстрадиолу и прогестерону найдены в матке, яичниках, влагалище, молочных железах, а также в семенниках, про- стате, гипофизе, гипоталамусе и ряде других отделов ЦНС. В указанных ор- ганах (не в ЦНС) гормоны участвуют в регуляции процессов транскрипции и в результате — в активации синтеза специфических белков. Андрогены Наиболее активным андрогеном Является тестостерон, который у взрослых мужчин образуется в клетках Лейдига семенников со средней скоростью 7 мг/сут. Характерной особенностью семенников является на- личие гематотестикулярного барьера. Функциональное назначение его такое же, как у гематоэнцефалического барьера — ограничить поступле- ние из крови субстанций, которые могли бы существенно нарушить функ- цию этой железы. Синтез тестостерона клетками Лейдига стимулируется гипофизарным ЛГ через систему цАМФ. В механизме действия ЛГ проявляется феномен резервных рецепторов: максимум синтетической активности проявляется при занятости небольшого процента рецепторов. В крови тестостерон пе- реносится специальным транспортным белком, синтезируемым в печени (глобулинсвязывающий стероид). В процессе метаболизма в печени тесто- стерон превращается в 17-кетостероид, в виде которого он выводится из организма через почки. В клетках Сертоли образуется небольшое количество 5а.-дигидроте- стостерона. Стимулятором этих клеток является ФСГ гипофиза. Под его же влиянием из андрогенов в результате ароматизации могут синтезиро- ваться и эстрогены. В семенниках образующиеся эстрогены служат глав- ным образом для ингибирования продукции андрогенов путем обратной связи аутокринно в клетках Лейдига либо паракринно от клеток Сертоли на клетки Лейдига. Однако основное количество эстрогенов, циркулиру- ющих в крови мужчин, образуется не в семенниках. Большая часть их синтезируется путем ароматизации андрогенов в других тканях и наибо- лее активно — в жировой и нервной. Еще одним продуктом секреции семенников являются простагландины (ПГЕ| и ПГЕ2). Они оказывают стимулирующее влияние на движение гладкомышечных клеток стенки половых органов как мужчины, так и женщины (при попадании спермы во влагалище). Кроме того, простаг- ландины стимулируют синтез и выделение ФСГ и ЛГ. Эстрогены Основным эстрогеном, вырабатываемым яичниками, является 17р-эст- радиол. Он находится в равновесии с другим производным — эстроном, который в печени и плаценте превращается в эстриол. Желтое тело выра- батывает прогестерон. Метаболическое разрушение эстрогенов и про- гестерона происходит в печени, где они конъюгируют с глюкуроно- вой кислотой, после чего выводятся из организма через почки. Наряду
Гл. 9. ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 277 с эстрогенами в яичниках (так же, как и в надпочечниках) образуется не- которое количество андрогенов, обеспечивающих анаболический эффект, ярко проявляющийся в синтезе мышечных белков. Однако в организме здоровой взрослой женщины тестостерон поступает в кровь главным об- разом из надпочечников (около 1,2 мг/сут), в то время как из яичников поступает лишь около 0,2-0,4 мг/сут. Стимулятором образования эстро- генов является ЛГ гипофиза. Развитие фолликулов с одновременным созреванием в них яйцеклет- ки и образованием прогестерона происходит под влиянием ФСГ. Подроб- нее механизм влияния и функция половых гормонов излагаются в гл. 20. Половые гормоны коры надпочечников В сетчатой зоне надпочечников в течение всей жизни человека, как у мужчин, так и у женщин, вырабатывается достаточно большое количест- во андрогенов. Наиболее важным из них является дегидроэпиандросте- рон. Образование андрогенов стимулируется не только под влиянием ДГ, но и высокой концентрации АКТГ. Гормоны щитовидной железы Щитовидная железа не является единой эндокринной железой.-В ее фол- ликулах (ри„. 9.8) из тирозина образуются два йодированных гормона: - трийодтиронин (Тз), - тетрайодтиронин (Тд). В парафолликулярных клетках (С-клет- ках), расположенных между фолликулами, синтезируется гормон колъцитонин. Регуля- ция образования указанных двух типов гор- монов, как и их гормональная активность, принципиально отличаются. Схема фолликулов (2) щитовидной железы: 1 — эпителий фолликулов; 3 — эритроциты в кровенос- ных капиллярах Йодированные гормоны Образование Т3 и Т4 регулируется ТТГ гипофиза. В свою очередь, сек- реция ТТГ регулируется ТРГ гипоталамуса. Отрицательная обратная связь самих тиреоидных гормонов проявляется преимущественно на уровне гипофиза. Образование ТРГ и ТТГ угнетается дофаминергически- ми нейронами, а стимулируется норадренергическими (через а-рецепто- ры). Реакция гипофиза на ТРГ модулируется и другими гормонами. Так, эстрогены повышают чувствительность тиреотрофов к ТРГ, а кортизол и гормон роста — угнетают. Уровень тиреоидных гормонов (Тд) в крови достаточно постоянен, так как Т1/2 их около 4 суток. Секреция ТТГ несколько усиливается в часы, не- посредственно предшествующие сну, а в течение ночи постепенно ослабля-
278 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ется. Помимо цикличности, связанной со сном, возрастание гормональной активности проявляется при адаптации, стрессе. В связи с участием тирео- идных гормонов в адаптации организма к сезонным колебаниям темпера- туры (см. гл. 15), в осенний и весенний периоды уровень этих гормонов несколько колеблется. Последнее обстоятельство обеспечивается даже морфологически: центры гипоталамуса, регулирующие образование ТРГ, расположены в непосредственной близости от центров терморегуляции. ТТГ стимулирует активность как существующих фолликулов щитовид- ной железы, так и развитие их клеток. Тиреоидная клетка характеризует- ся высокой степенью полярности: на апикальной поверхности ее располо- жены многочисленные микроворсинки, увеличивающие площадь поверх- ности, к которой прилегают запасы коллоида; на базальной поверхности, контактирующей с кровью, расположены рецепторы. Взаимодействие ТТГ с рецепторами вызывает ответные реакции клеток с помощью не ме- нее четырех внутриклеточных посредников: цАМФ, инозитолтрифосфа- та, диацилглицерола и комплекса Са2+ с кальмодулином. В результате влияния ТТГ в клетке происходит: - стимуляция всех стадий синтетических процессов; - перемещение везикул с коллоидом к апикальной поверхности клетки; - слияние мембран и выделение свободных гормонов. Для нормального синтеза гормона суточное потребление йода должно составлять не менее 150 мкг. Всасывание йода из кишечника и поглоще- ние его щитовидной железой стимулируется ТТГ. Основное количество тиреоидных гормонов в крови присутствует в ви- де Т4, значительно меньше концентрация Т3. Большая часть Т3 крови об- разуется в результате дейодирования Т4. Наиболее активно дейодирова- ние происходит в гипофизе, печени, почках. По направленности своего влияния оба соединения почти идентичны, но Т3 примерно в 5 раз актив- нее. Процесс дейодирования регулируемый. Так, синтез Т3 ослабляется при ряде тяжелых заболеваний, травме, голодании, безуглеводной диете, резком повышении концентрации кортизола. Напротив, при ожирении превращение Т4 в Т3 усиливается, что может ограничить процесс откла- дывания жира. Поступив в кровоток, Т3 и Т4 избирательно связываются с одним из нескольких белков-переносчиков. Около 60 % их связано с тироксинсвязы- вающим глобулином, около 30 % — с тироксинсвязывающим преальбумином и 10 % — с альбумином. Функция тиреоидных гормонов Тиреоидные гормоны участвуют в дифференцировке развивающихся клеток, а в уже дифференцированных клетках регулируют обменные про- цессы. Особенно важно для организма участие тиреоидных гормонов в процессах транскрипции и трансляции, то есть в дифференцировке клеток и синтезе белков. Причем значение гормонов проявляется тем ярче, чем меньше возраст человека. Наиболее наглядно это видно при гормональ- ной недостаточности. Так, в эмбриональном или раннем постнатальном
Гл. 9. ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 279 периоде гипофункция щитовидной железы проявляется в недоразвитии мозга (кретинизм) и малом росте (карликовость). Во взрослом организме нарушение продукции тироксина особенно заметно проявляется в нару- шении активности обменных процессов, в изменении процессов теплообра- зования (калоригенное действие): при гипофункции — больной страдает от холода, при гиперфункции — от тепла. Перед проникновением в клетки происходит диссоциация «гормон- белкового комплекса». Тиреоидные гормоны легко растворяются в бис- лое липидов мембран. Но на плазматической мембране обнаружены также и участки связывания гормонов (рецепторы). Одним из эффектов этого связывания является стимуляция трансмембранного транспорта аминокислот. Внутри клетки тиреоидные гормоны влияют на митохонд- рии и ядро, на мембранах которых также имеются гормональные рецеп- торы. Влияние на митохондрии приводит к повышению активности одно- го из окислительных ферментов — а-глицерофосфат-дегидрогеназы и активации процессов энергообразования. На уровне ядра тиреоидные гормоны проявляются усилением транскрипции и индукцией синтеза спе- цифических для данной клетки белков. Тиреоидные гормоны являются агонистами для некоторых гормонов. Суммарный комплекс влияний тиреоидных гормонов на уровне клетки сводится к следующим проявлениям: - быстрый транспорт аминокислот через клеточную мембрану; - повышение активности Na, К-АТФазы; - изменение активности ряда ферментов цитозоля (ферменты липоге- неза) и митохондрий; - повышение чувствительности клетки к другим гормонам (катехола- минам, инсулину, глюкокортикоидам, ростовым гормонам). На уровне организма это проявляется в усилении обмена углеводов, жиров, а при их нехватке — и белков. При этом увеличивается потребле- ние кислорода и выделение СО2, повышается основной обмен. Увеличение образования гормонов (базедова болезнь) нередко сопровож- дается увеличением щитовидной железы (зоб). Зоб может быть и как ком- пенсаторное разрастание железы при недостатке гормона, что чаще всего является следствием нехватки в организме йода — одного из наиболее не- обходимых «кирпичиков» для построения молекулы гормонов. В данном случае ткань железы разрастается в связи с влиянием ТТГ, образование которого стимулируется недостаточным количеством тироксина в крови. Нехватка гормонов у взрослых приводит к микседеме — понижению ин- тенсивности обменных процессов, слизистому отеку и т. п. Недостаточное образование его особенно опасно в детском возрасте, так как этот гормон не только участвует в регуляции роста (карлики), но и является необходи- мым компонентом развития ЦНС (идиотизм). Одним из механизмов, оп- ределяющих это влияние, является то, что йодсодержащие гормоны накап- ливаются в структурах ретикулярной формации, где, повышая ее тонус, оказывают активирующее влияние на кору больших полушарий. Гормон
280 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ тирокальцитонин (кальцитонин), участвующий в регуляции кальциевого обмена, рассматривается ниже вместе с другими гормонами, регуляторами этого обмена. 9.4. ЖЕЛЕЗЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ПРЯМОЙ НЕЙРОГЕННОЙ РЕГУЛЯЦИЕЙ ГОРМОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ Для большинства эндокринных желез нервная регуляция, осуществляе- мая ВНС, заключается в трофическом влиянии на них посредством регу- ляции сосудистого русла и трофики самих клеток. Однако для некоторых гормонов имеется и прямая регуляция синтеза и секреции гормона с по- мощью нейрогенной стимуляции. По сути дела, такие гормоны включа- ются в качестве составной части нервно-рефлекторного эфферентного пу- ти регулирования жизненных процессов. О механизмах регуляции по- следнего типа и пойдет речь ниже. 9.4.1. Нейрогипофиз Кроме тропных гормонов, реализующих свой эффект опосредованно через другие железы внутренней секреции, в гипофизе имеются гормоны прямого влияния на организм: это гормоны задней доли — нейрогипофи- за. По сути дела, нейрогипофиз это не железа, а вырост нервной систе- мы — нервные окончания нейронов, тела которых расположены в супра- оптическом и паравентрикулярном ядрах передней области гипоталаму- са. Именно здесь и синтезируются гормоны пептидной природы — вазо- прессин (антидиуретический гормон — АДГ) и окситоцин, которые затем транспортируются в виде гранул по нервным отросткам, контактирую- щим с кровеносными капиллярами, расположенными в данной области гипофиза. В обычных условиях скорость миграции секреторной гранулы по аксону около 3 мм в сутки. В нервном окончании (то есть в задней доле гипофиза) гранулы накапливаются, а затем постепенно секретируют- ся, всасываются в кровь и разносятся к периферическим органам-мише- ням. Перед всасыванием в кровеносные капилляры пептиды отщепляются от своих белков-переносчиков. Заметный эффект на ткани наблюдается уже через 20-30 с — время доставки гормона к периферическим органам. При стимуляции выброс гормона резко усиливается, что приводит к уменьшению количества гранул в нейрогипофизе. Выделение нейроэндок- ринными клетками активных пептидов в кровоток обусловлено поступле- нием к ним нервных сигналов по нервно-рефлекторному пути. Указанные пептиды играют роль своеобразных медиаторов, так как если типичные ме- диаторы влияют на рядом находящуюся постсинаптическую мембрану, то эти гормоны действуют далеко от места своего выхода из нерва. Так, окси- тоцин начинает активно секретироваться гипофизом при раздражении со- ска губами младенца (подробнее см. гл. 21), а влияет на секреторные про- цессы молочной железы. Точно так же АДГ (гормон, сохраняющий воду) выделяется при раздражении осморецепторов гипоталамуса, когда повы- шается осмотическое давление крови из-за уменьшения содержания в ней воды (подробнее см. гл. 17), влияет на процессы мочеобразования в почках.
Гл. 9. ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 281 Гормоны нейрогипофиза Окситоцин и вазопрессин (ВП) — близкие по структуре октапептиды мол. массой около 1100. Они синтезируются в супраоптическом и пара- вентрикулярном ядрах гипоталамуса в виде прогормонов (пропрессофи- зин — мол. массой 20000 и прооксифизин— 15000), упакованных в нейро- секреторные гранулы вместе с ферментами. Нейрон каждого типа проду- цирует один прогормон, от которого перед всасыванием в кровь отщеп- ляется нейрофизин. Антидиуретический гормон В физиологических концентрациях этот гормон обычно регулирует со- держание воды в крови и выделение ее почками, то есть он является од- ним из активных регуляторов осмомолярности жидких сред организма, объема крови и уровня артериального давления. Оптимальный антидиу- ретический эффект его проявляется уже в концентрации менее 0,1 мкг. В очень большой концентрации проявляется еще и сосудосуживающий эф- фект гормона, отсюда второе название гормона — вазопрессин. Секреция АДГ находится под тоническим тормозным контролем со стороны а-ад- ренергического пути, берущего начало в стволе мозга. Сигналом выброса гормона в кровь является снижение артериального давления или объема крови. Кроме того, этот гормон участвует в механизмах восприятия боли, антистрессорных реакциях организма, поэтому указанные сигналы также приводят к его выбросу в кровь (в соответствующих разделах эти вопро- сы обсуждаются более подробно), как и сигналы из таламуса. АДГ влияет на клетки трех типов: - клетки почечных канальцев, - гладкомышечные клетки кровеносных сосудов, - клетки печени. В почках он способствует сохранению воды в организме, в кровеносных сосудах сокращает клетки и суживает сосуды, в печени — стимулирует гликонеогенез и гликогенолиз. В почках рецепторами его являются Гг-ре- цепторы, а в печени и кровеносных сосудах— Г|-рецепторы. Влияние на внутриклеточные процессы передается с [Д-рецепторов с помощью цАМФ и Са2++кальмодулиновой систем, а Ki-рецепторов — через Са2+. Окситоцин Окситоцин влияет на матку, способствуя ее сокращению, и на молоч- ную железу, обеспечивая секрецию молока при кормлении. Последнее осуществляется путем влияния на способные сокращаться высокоспециа- лизированные миоэпителиальные клетки (подробнее эти вопросы рас- сматриваются в гл. 21). 9.4.2. Гормоны мозгового вещества надпочечников Мозговой слой надпочечников, подобно задней доле гипофиза, пред- ставляет собой производное нервной ткани. Он является видоизмененным симпатическим ганглием, специализирующимся на синтезе медиатора (гор- мона) в русло крови. Длинные преганглионарные волокна симпатических
282 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ нервов заканчиваются на хромаффинных клетках холинергическими си- напсами. В надпочечниках выделяется смесь катехоламинов, состоящая из адреналина (около 80 %) и норадреналина (около 20 %). Кстати, это соотно- шение у некоторых людей отличается от среднего: может быть несколько повышенное или сниженное образование норадреналина. Норадреналин образно называют гормоном «льва», а адреналин — гормоном «кролика» (у кроликов из надпочечников выделяется почти исключительно адрена- лин, а у хищников, китов, большую часть составляет норадреналин). Эти два катехоламина вырабатываются из тирозина различными клет- ками мозгового вещества в количестве 8-10 мг/кг/мин. Образование их ре- гулируется двумя путями: быстрая (кратковременная) и хроническая сти- муляция. Кратковременная регуляция осуществляется на том этапе биосин- теза, который не связан с синтезом новых ферментов. Фермент тирозин- гидрооксичаза существует в двух формах: активной и неактивной. Под вли- янием нервного стимула резко увеличивается доля активного фермента. Посредником влияния медиатора АХ выступает Са2++кальмодулин. Хроническая стимуляция образования катехоламинов связана с пред- варительной активацией биосинтетических процессов на уровне генетиче- ской информации. К регуляции синтеза адреналина имеют прямое отношение и гормоны коркового слоя — особенно кортизол. Этот эффект обусловлен тем, что кровь, прежде чем попасть в системный кровоток, из синусоидов корко- вого слоя проходит через мозговой слой. Хромаффинные клетки мозгового слоя надпочечников содержат по- крытые оболочкой гранулы. В них кроме катехоламинов находятся: бе- лок — хромагранин А, АТФ, аскорбиновая кислота. Концентрация гор- мона в везикулах в 10000 раз выше, чем в окружающем цитозоле. Такая концентрация создается специальным закачивающим механизмом и свя- зыванием адреналина с АТФ и белком. Аскорбиновая кислота является донором электронов, необходимых для превращения дофамина в норад- реналин. Движение гранул и их секреция стимулируются возросшей кон- центрацией кальция, что является результатом деполяризации мембраны при действии ацетилхолина. Процесс секреции заключается в приближе- нии гранулы к наружной мембране клетки и слиянии их мембран. Функция гормонов На периферии указанные гормоны воздействуют на те же эффекторные структуры, что и постганглионарные симпатические нейроны. Однако в норме они оказывают более выраженное влияние лишь на те органы, кото- рые хуже иннервированы симпатическими нервами (например, среднюю оболочку артерии). Действие же на богато иннервированные симпатиче- ским нервом органы (например, на семявыносящий проток) незначительно. Неиспользованные катехоламины крови могут захватываться нервны- ми окончаниями симпатических нервов, где включаются для ресинтеза медиатора, либо инактивируются в печени и выделяются с мочой. Кроме того, в тканях катехоламины участвуют в регуляции обменных
Гл. 9. ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 283 процессов, высвобождают липиды из подкожной клетчатки и усиливают расщепление гликогена. То есть это метаболические гормоны, которые вместе с симпатическим отделом ВНС обеспечивают эрготропную моби- лизацию организма. В связи с тем, что чувствительность а- и p-рецепторов к адреналину и норадреналину различна, эти гормоны на одни органы-мишени действу- ют сходным образом, на другие — по-разному. НА суживает сосуды всех отделов (исключая головной мозг), а А — часть сосудов суживает, часть расширяет. Адреналин — усиливает и учащает сердечные сокращения, а НА может их снижать (раздражая рецепторы vagus'а). В результате адре- налин повышает лишь систолическое, а НА — систолическое и диастоли- ческое. Адреналин возбуждает ретикулярную формацию (восходящее влияние), что проявляется в умственном возбуждении, состоянии тревож- ности. НА такой эффект оказывает в слабой мере. В примерно одинако- вой степени А и НА оказывают липолитическое действие. Особенно ярко проявляется значение катехоламинов при экстремаль- ных (стрессовых) состояниях: большая физическая нагрузка, кровопотеря, гипотермия, гипоксия, гипогликемия и т. д., при которых секреция гормо- нов резко возрастает. Эти состояния сопровождаются одновременным изменением функций сердечно-сосудистой системы, дыхания (усиление дыхания, кровообращения). Катехоламины крови главным образом через P-рецепторы «помогают» симпатической нервной системе, значительно пролонгируя ее способность повышать интенсивность окисления веществ в тканях, доставку кислорода в первую очередь к жизненно важным орга- нам (сердцу, головному мозгу). Образование катехоламинов возрастает при эмоциональных состояни- ях, когда интенсивность секреции их может увеличиваться в 10 раз и более по сравнению с покоем. Здесь проявляется влияние лимбической системы (центры эмоций) на гипоталамус. При стрессовых и эмоциональных ситуациях взаимодействие симпати- ческого отдела ВНС с катехоламинами надпочечников обнаруживается всегда, поэтому целесообразно говорить о наличии в организме единой симпатоадреналовой системы. Кроме того, при возникновении стрессовых ситуаций гипоталамус че- рез гипофиз (АКТГ-РГ) одновременно стимулирует образование и выход гормонов не только мозгового, но и коркового вещества надпочечни- ков — глюкокортикоидов (гидрокортизона, кортизона, кортикостерона), мобилизует внутренние факторы сопротивляемости организма (к приме- ру, влияя на иммунные процессы). Пептиды мозгового вещества надпочечников Помимо катехоламинов, в мозговом веществе надпочечников синтези- руются и пептидные гормоны. Здесь обнаружены вещество Р, интерсти- циальный вазоактивный полипептид, соматостатин, ^-энкефалин. Функци- ональная характеристика этих соединений приводится по мере изложения соответствующих разделов.
284 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ 9.5. ГОРМОНЫ, РЕГУЛИРУЮЩИЕ ГОМЕОСТАЗ Активность образования и секреции некоторых гормонов во многом зависит от концентрации в крови того соединения, в регуляции обмена которого они принимают участие. Такими гормонами являются гормоны поджелудочной железы (инсулин, глюкагон и соматостатин), регулирую- щие гомеостаз глюкозы; тирокальцитонин, паратгормон и витамин Dy, регулирующие гомеостаз кальция крови. Хотя говорить лишь о метабо- лической регуляции образования гормонов можно весьма условно, так как образование указанных гормонов зависит от взаимодействия множе- ства факторов. 9.5.1. Гормоны поджелудочной железы В островках Лангерганса поджелудочной железы образуются три ос- новных гормона: инсулин, глюкагон и соматостатин. Все они являются белками. Инсулин синтезируется ^-клетками (около 60% всех клеток), глюкагон — а-клетками (около 25%), соматостатин — 8-клетками (10% всех клеток). Инсулин Синтезированный вначале в виде проинсулина гормон, проходя через аппарат Гольджи, накапливается в гранулах в виде активного инсулина. Эти процессы протекают при участии цАМФ. Основным стимулятором синтеза проинсулина является глюкоза. Кроме того, стимуляторами синте- за его являются манноза, лейцин. На образование инсулина оказывают влияние и гормоны — СТГ, глюкагон, адреналин. Но, например, глюка- гон стимулирует синтез инсулина лишь в присутствии глюкозы, то есть в данном случае он является агонистом глюкозы. Образование гормона возрастает при потреблении пищи с высоким содержанием углеводов, при ожирении, беременности, а также в условиях хронического избытка гормона роста. Образование гормона тормозится при следующих услови- ях: повышении в крови уровня адреналина, низком содержании в пище углеводов и высоком — жиров, голодании. Непосредственным стимулятором секреции готового гормона служат ионы кальция. Поэтому процессы, приводящие к увеличению внутри 13- клеток этого иона, обеспечивают возрастание концентрации гормона в крови. Наиболее мощными стимуляторами синтеза являются сама глюко- за или ее метаболиты. Глюкоза крови стимулирует образование гормона инсулина в р-клетках поджелудочной железы путем стабилизации иРНК, что удлиняет время синтеза инсулина. Кроме того, под влиянием глюкозы в клетке увеличивается содержание цАМФ, концентрация свободного кальция, активируется кругооборот полифосфатидилинозитола. Продви- жение гормонсодержащих гранул обеспечивается взаимодействием Са2+ с кальмодулином. Механизм действия инсулина определяется его взаимодействием с ре- цептором. Плотность рецепторов так же, как и их сродство к гормону
Гл. 9, ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 285 непостоянны. Так, чувствительность к инсулину повышается при голода- нии, а при увеличении концентрации гормона в крови, напротив, про- грессивно снижается. Главным эффектом гормона является увеличение трансмембранного транспорта глюкозы, что обеспечивает усвоение ее клетками. Особенно это проявляется в клетках печени и скелетных мыш- цах. В печени инсулин обеспечивает усиление синтеза гликогена из глю- козы, а в высокой концентрации может даже ингибировать ферменты, расщепляющие гликоген, и тем самым блокировать его использование. Влияние на печень наглядно проявляется после приема пищи, благодаря чему глюкоза из крови быстро поступает в депо. При избытке гликогена в клетках печени под влиянием инсулина из глюкозы синтезируется жир. В скелетных мышцах поступившая глюкоза может использоваться для синтеза гликогена (если мышца не сокращается) или для образования АТФ при выполнении физической работы. Кроме этого, гормон-рецеп- торное взаимодействие приводит и к другим эффектам: - гиперполяризации мембраны; - выходу Н+; - активации Na, К-АТФазы; - росту pH в клетке; - ингибированию кальциевого насоса и задержке этого иона в клетке. То есть в клетке одновременно активируются различные транспортные системы. Инсулин проявляет еще и ростстимулирующее влияние. Это митоген- ное влияние гормона, вероятно, обусловлено участием его в синтезе пече- ночного соматомедина. Возможно, что здесь сказывается участие инсули- на в белковом обмене. Под влиянием гормона активируется трансмемб- ранный транспорт многих, хотя и не всех, аминокислот. Кроме того, ин- сулин повышает скорость транскрипции ДНК в ядре клеток. Таким образом, хотя инсулин и является одним из основных регулято- ров углеводного обмена, но он участвует в регуляции обмена и других органических соединений. Поэтому при его недостатке — при диабете — развиваются значительные изменения многих видов обмена. Гпюкагон Пептид с мол. массой 3485, выделенный из поджелудочной железы в качестве гормона — глюкагона, очень близкого по строению к трем гор- монам желудочно-кишечного тракта: секретину, ВИП и ЖИП. В силу этого они имеют ряд общих свойств, в том числе способность потенциро- вать стимулирующее влияние глюкозы на секрецию инсулина. Подобно инсулину, глюкагон образуется путем протеолиза из прогор- мона. Кристаллы активного гормона в а-клетках плотно упакованы в гранулах. Секреция глюкагона угнетается повышением внутри клетки концентрации свободного кальция, что происходит, например, под влия- нием глюкозы. Глюкагон является одним из основных физиологических антагонистов инсулина, что особенно проявляется при дефиците последнего. Глюкагон
286 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ влияет главным образом на печень, где стимулирует вначале гликогено- лиз, а затем глюконеогенез и кетогенез. Биологические эффекты гормона обусловлены взаимодействием с соответствующим рецептором и последу- ющей стимуляцией образования цАМФ. Под влиянием гормона увеличи- вается концентрация глюкозы в крови, стимулируется расщепление бел- ков, липидов, а синтез белков и жиров угнетается. Соматостатин Синтезируемый в 5-клетках островков полипептид соматостатин име- ет короткий период полураспада (около 5 мин). Как правило, стимулято- ры секреции инсулина повышают образование и соматостатина. Этот гормон, в свою очередь, ингибирует секрецию инсулина, глюкагона, а так- же гормона роста. Основные эффекты данного гормона связаны именно с этими влияниями. Взаимодействие между гормонами поджелудочной железы Между отдельными клетками островков Лангерганса (рис. 9.9) имеет- ся тесная взаимосвязь, определяемая как путем тесного межклеточного контакта, так и выходом гормонов в паренхиму (паракринный эффект) и их свободным перемещением. Благодаря тесному сосед- ству многие клетей могут получать общую информа- цию и реагировать как син- цитий (волна деполяриза- ции может распространять- ся от одной клетки к дру- гой). В силу этого островок может отвечать комплекс- ной реакцией на воздейст- вие, приходящее по крови или нерву. Паракринное межгормональное взаимо- действие этих трех гормо- нов заключается в следу- ющем: инсулин ингибиру- ет секреторную активность а-клеток, глюкагон стимули- рует секрецию р- и 5-клеток, а соматостатин ингибирует активность а- и р-клеток. Так как основное влия- ние инсулина, заключающе- еся в повышении проницае- Функциональная организация островков Лангер- мости мембран клеток для ганса как «мини-органа» глюкозы и последующей ее
Гл. 9. ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 287 утилизации, приводит к снижению уровня глюкозы в крови, то при недо- статочном образовании гормона (чаще всего это встречается при заболе- вании, называемом диабетом) утилизация клетками глюкозы нарушается. И для компенсации глюкозного голодания клеток начинает возрастать содержание глюкозы в крови. Это, с одной стороны, несколько повышает пассивное поступление ее через мембрану за счет создания более высоко- го градиента между кровью и клетками, а с другой — чрезмерное увели- чение содержания глюкозы в крови — выше 180 мг% (19 ммоль/л) — приводит к превышению порога реабсорбции глюкозы почками (см. гл. 17), и она появляется в моче. Создавая высокое осмотическое давле- ние мочи, глюкоза выводит с собой воду — возникает сахарное мочеизну- рение. Кроме того, при диабете нарушается и белковый обмен, так как инсулин повышает проницаемость мембран и для аминокислот, из кото- рых в клетках синтезируются белки. Поэтому недостаточное образование инсулина приводит к комплексу отклонений в организме больных диабе- том. Для лечения его применяется введение готового инсулина. При пере- дозировке вводимого гормона поглощение глюкозы мышечной и неко- торыми другими тканями возрастает настолько, что может развиться ги- погликемическая кома (содержание глюкозы в крови менее 2,5 ммоль/л). Ведущим патогенетическим механизмом комы является то, что при гипо- гликемии клетки ЦНС перестают получать основной источник образова- ния энергии — глюкозу крови. Указанные выше гормоны поджелудочной железы по своему влиянию на метаболизм являются гормонами с противоположным эффектом. Однако это происходит лишь при изолированном введении какого-либо из них или при снижении образования (при эндокринных заболеваниях). В естественных условиях имеет место функциональный синергизм. Глюкагон, напротив, способствует увеличению уровня глюкозы в кро- ви. Под его влиянием расщепляется гликоген печени, при одновременном его образовании из аминокислот и жиров, расщепление которых он также стимулирует. В норме, например, при выполнении физической нагрузки в крови увеличивается уровень как инсулина, так и глюкагона. Создаются условия для работы «конвейера»: глюкагон «вымывает» глюкозу в кровь, а инсулин отправляет ее в мышцы. Это в течение длительного времени способствует обеспечению как скелетных мышц, так и ЦНС глюкозой, то есть налицо явление функционального синергизма данных гормонов. 9.5.2. Гормоны, регулирующие гомеостаз кальция Во всем организме и особенно в крови под строгим гормональным контролем находится концентрация биологически важного иона — Са2+. Кальций необходим для секреторной активности практически всех желе- зистых клеток, как с эндо-, так и с экзокринной активностью. Самостоя- тельно или вместе с кальмодулином кальций является вторым посредни- ком влияния на клетку биологически активных соединений. В то же время поступление в цитоплазму клеток большого количества свободного каль- ция является неблагоприятной ситуацией, так как образуется малораство-
288 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ римая соль фосфата кальция, под влиянием чего прекращается продукция и утилизация АТФ. Поэтому в клетках, где кальций используется для обеспечения функций (например, в мышечной для сокращения), имеются системы депонирования его — СР. Кроме того, на мембранах клеток на- ходится кальциевая помпа, откачивающая излишки кальция наружу. В цитоплазме нестимулированной клетки концентрация кальция со- ставляет менее 0,1 мкМ. Внешний сигнал приводит к увеличению концен- трации кальция путем: - повышения проницаемости кальциевых каналов внешней мембраны и поступления его из внешней среды; - торможения оттока из клетки; - мобилизации внутриклеточных резервов из эндоплазматического ре- тикулума, митохондрий. Многообразие функций кальция определяет необходимость поддержа- ния гомеостаза его в крови на уровне 10 мг% (5 мЭкв/л). Немногим более половины его в крови находится в ионизированном состоянии, большая часть остального количества связана с белками, а меньшая — с вещества ми типа цитрата. Кроме указанных выше регулирующих функций, кальций, являясь од- ним из основных компонентов костного скелета, обеспечивает создание прочности кости. Этот кальций одновременно является мощным депо его в организме. Поэтому когда появляется необходимость в увеличении по- ступления кальция в кровь, то он вымывается из скелета. Другим меха- низмом роста кальция в крови является усиление всасывания иона в ки- шечнике и снижение выведения его с мочой. Для уменьшения уровня кальция в крови все указанные процессы идут в обратном направлении. Все пути метаболизма кальция регулируют три основных гормона: - паратгормон, - кальцитонин, - витамин D3. Кроме них, на кальциевый обмен влияют: - глюкокортикоиды, - женские и мужские половые гормоны, - гормон роста и соматомедины, - инсулин и глюкагон, - тиреоидные гормоны и простагландины. Паратгормон В паращитовидных железах синтезируется белок (мол. масса 9500) — паратгормон (ГИТ). Вначале он синтезируется в виде своего предшествен- ника — препро-ПТГ. Низкая концентрация кальция в плазме крови спо- собствует секреции, а высокая — распаду большей части синтезированно- го гормона. При низкой концентрации кальция синтез гормона возрастает главным образом за счет стимуляции пролиферации клеток околощито- видных желез. Поэтому при любой хронической стимуляции желез раз- вивается их гипертрофия. Стимуляция секреции ПТГ происходит и под
Гл. 9. ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 289 влиянием катехоламинов через p-рецепторы (даже в условиях пониженно- го уровня кальция). Опосредованно, через торможение всасывания Са2+ в кишечнике, секреция ПТГ активируется кортизолом. Секреция ПТГ связа- на с повышением в клетках уровня цАМФ. Основное влияние ПТГ заключается в стимуляции реабсорбции каль- ция в канальцах почек. Одновременно гормон снижает реабсорбцию про- ксимальными отделами почек РО^“. Влияние гормона на кости многооб- разно. Его рецепторы имеются как на остеобластах, так и на остеокла- стах. Гормон-рецепторное взаимодействие приводит к увеличению уров- ня цАМФ в клетках. Активирование остеокластов, способствуя разруше- нию кости, обеспечивает поступление кальция в кровь. Кальцитонин В щитовидной железе кроме йодсодержащих гормонов С-клетками синтезируется пептид — кальцитонин. Наиболее доказанный эффект каль- цитонина заключается в снижении резорбции костей. В результате сохра- няется костный матрикс, на котором оседает кальций, благодаря чему уровень Са2+ в крови снижается, что обеспечивает сбережение его в орга- низме. Рецепторы к кальцитонину в костной ткани найдены лишь на остео- кластах. Взаимодействие гормона с рецепторами на мембране остеокла- стов опосредуется активацией аденилатциклазы (увеличением содержа- ния цАМФ). Подобный же механизм обеспечивает влияние гормона и на клетки почечных канальцев, где он повышает выведение кальциевых и фосфорных соединений. Основным стимулятором секреции кальцитонина является высокий уровень кальция в крови. Кроме того, образование и секреция этого гор- мона зависят от уровня в крови гормонов желудочно-кишечного тракта, и особенно гастрина. Здесь проявляется как бы «упреждающий» сигнал о возможном поступлении кальция в кровь. При поступлении больших ко- личеств кальция с пищей образование гастрина возрастает, что стимули- рует синтез кальцитонина и усвоение кальция костным матриксом. В это время секреция ПТГ ослаблена, и поэтому в почках снижена реабсорбция кальция, он выводится с мочой. Содержание кальцитонина в крови возрастает в период усиления про- цессов костеобразования после перелома кости, при беременности и у кормящих матерей. При снижении образования гормона может разви- ваться остеопороз, что особенно часто встречается у пожилых людей, причем у женщин чаще, чем у мужчин. Витамин D (кальцитриол) В коже человека содержится D-7-дегидрохолестерол (провитамин), который при действии ультрафиолетового облучения превращается в хо- лекальциферол (витамин D3). Из холекальциферола в печени при гидро- ксилировании по 25-му атому образуется соединение 25(OH)D3. Однако и это соединение само по себе еще недостаточно активно и не стимулирует
290 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ всасывание кальция в кишечнике. Активные соединения образуются при его дальнейшем гидроксилировании. Процессы гидроксилирования со- вершаются в митохондриях клеток печени и почек. Регулятором процессов гидроксилирования гормона в почках является уровень кальция крови: при низкой концентрации ионов в плазме крови (ниже 10 мг %) он стимулируется, а при высокой — ингибируется. Воз- росший уровень паратгормона также стимулирует процессы гидроксили- рования гормона D. Наиболее активным соединением является 1,25(OH)2D3. Активные формы витамина D инактивируются в печени, по- добно всем другим стероидным гормонам. В кишечнике 1,25(OH)2D3 способствует всасыванию Са2+ и фосфата. При этом развертывается следующая последовательность реакций: - захват иона ворсинчатой поверхностью клетки; - транспорт его через цитоплазму клетки; - выброс через базолатеральную мембрану. Под влиянием активной формы витамина на ворсинчатой мембране появляется кальцийсвязывающий белок, который обеспечивает проник- новение и чрезцитозольный транспорт кальция. Аналогичное влияние оказывает витамин и на клетки почечных канальцев, где стимулируются процессы реабсорбции кальция и фосфата. Активная форма витамина влияет и на кость: рецепторы к 1,25(OH)2D3 обнаружены на остеобластах. При недостатке в организме активных форм витамина D (при низкой инсоляции) развивается рахит — снижение минерализации костей. Сход- ные нарушения встречаются и при поражении почек, в связи с участием их в образовании активных форм витамина. Вопросы для №1 Стимуляция секреции какого гормона происходит при увеличении уровня кальция крови: А. Тироксина Б. Паратгормона В. Вазопрессина Г. Тиреокальцитонина Д. Адреналина №2 На какие функции организма оказывает влияние тироксин: А. Эмоциональное состояние человека Б. Теплопродукция В. Обмен кальция, фосфора Г. Усиление обмена энергии Д. Правильного ответа нет №3 Какие из перечисленных гормонов об- ладают противовоспалительным дейст- вием? повторения А. Адреналин Б. Минералокортикоиды В. Глюкагон Г. Глюкокортикоиды Д. Альдостерон №4 Какие из перечисленных гормонов спо- собствуют гликогенолизу: А. Адреналин Б. Половые гормоны В. Инсулин Г. Глюкагон №5 Какие гормоны вырабатываются мозго- вым веществом надпочечников: А. Глюкокортикоиды, минералокортикоиды Б. Адреналин, норадреналин В. Адреналин, андрогенные гормоны Г. Норадреналин, глюкокортикоиды Д. Адреналин, норадреналин, альдостерон
Гл. 9. ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ оЭ1 №6 Какие процессы будут наблюдаться в организме при введении адреналина: А. Повышение артериального давления, рас- ширение зрачков Б. Увеличение ЧСС, снижение моторики же- лудка В. Гликогенолиз, гипергликемия, переход гликогена в глюкозу Г. Сужение зрачков, уменьшение ЧСС №7 Какие гормоны оказывают влияние на обмен натрия в организме за счет уве- личения реабсорбции его канальцами почек: А. Глюкокортикоиды Б. Паратгормон В. Андрогены Г. Интермедин Д. Альдостерон №8 Какой из перечисленных гормонов спо- собствует росту матки при беременно- сти и вызывает гипертрофию слизистой оболочки матки в первую половину менструального цикла: А. Лютеинизирующий Б. Тестостерон В. Эстроген Г. Фолликулин №9 Какая эндокринная железа причастна к трансформации лимфоцитов вТ-форму: А. Гипофиз Б. Вилочковая В. Щитовидная Г. Паращитовидная Д. Поджелудочная №10 Укажите ошибочные ответы. Какие характерные явления развивают- ся при микседеме: А. Снижение основного обмена Б. Медлительность мышления В. Снижение массы тела Г. Увеличение частоты сердечных сокраще- ний Д. Одутловатость лица №11 Какое влияние на организм человека оказывают катехоламины: А. Ослабление сокращения желудка и Тон. кого кишечника Б. Расширение просвета бронхов В. Сужение зрачков Г. Усиливает распад гликогена Д. Снижение частоты сердечных сокр9ще ний №12 Какие гормоны будут, оказывать Сво- зффект при блокаде мембранных Dp цепторов: р А. Производные аминокислот Б. Низкомолекулярные полипептиды В. Высокомолекулярные полипептиды Г. Стероидные Д. Гормоны средней доли гипофиза №13 Какие из перечисленных веществ отНо сятся к вторичным посредникам: А. цАМФ; цГМФ; соматомедины Б. цГМФ; кальмодулин; оксидион В. цАМФ; цГМФ; кальций Г. Аденилатциклаза; РНКаза; кальций №14 Концентрация каких гормонов в крОви регулируется с участием гипофиза,- А. Инсулин Б. Паратгормон В. Тироксин Г. Серотонин Д. Половые №15 Концентрация каких гормонов в крОви регулируется без прямого участия гцПо физа: А. Инсулин Б. Паратгормон В. Тироксин Г. Минералокортикоиды Д. Соматотропный
292 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ №16 Гормоны коры надпочечников по свое- му химическому строению являются: А. Стероидами Б. Пептидами В. Аминокислотами Г. Белками Д. Гликопротеидами №17 К гормонам нейрогипофиза относятся: А. Окситоцин, вазопрессин Б. Кортикотропин, лютеинизирующий гормон В. Вазопрессин, тиреотропный гормон Г. Тиреотропин-рилизинг-гормон, соматоста- тин №18 К нейрогормонам гипоталамуса отно- сятся: А. Окситоцин, вазопрессин Б. Кортикотропин, лютеинизирующий гормон В. Пролактин, тиреотропный гормон Г. Тиреотропин-рипизинг-гормон, соматоста- тин №19 Какой из указанных гормонов повышает уровень основного обмена энергии? А. Тироксин Б. Инсулин В. Прогестерон Г. Вазопрессин №20 Антидиуретический гормон вырабаты- вается: А. В гипоталамусе Б. В надпочечниках В. В гипофизе Г. В щитовидной железе №21 Укажите основные эндокринные желе- зы, которые вырабатывают гормоны, влияющие на обмен кальция: А. Паращитовидная Б. Надпочечники В. Щитовидная Г. Гипофиз №22 Половые гормоны образуются: А. В половых железах Б. В надпочечниках В. В передней доле гипофиза Г. В задней доле гипофиза №23 Какие из перечисленных гормонов вы- деляются передней долей гипофиза: А. Тиреотропный гормон Б. Вазопрессин В. Окситоцин Г. Гонадотропин Д. Соматотропный гормон №24 Механизм действия адреналина на клетки-мишени связан с его влиянием на рецепторы: А. Клеточных мембран Б. Протоплазмы клеток №25 Инсулин облегчает транспорт глюкозы в клетках следующих органов: А. Миокард Б. Скелетные мышцы В. Печень Г. Головной мозг Д. Эпителий кишечника №26 Какой из перечисленных гормонов об- ладает противовоспалительным дейст- вием: А. Глюкокортикоиды Б. Адреналин В. Минералокортикоиды Г. Глюкагон №27 Концентрация большинства гормонов в крови: А. Постоянна Б. Непостоянна №28 Белковые гормоны: А. Накапливаются в эндокринных клетках в виде гранул Б. Быстро секретируются после их синтеза
Гл. 9. ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 293 №29 Стероидные гормоны: А. Накапливаются в эндокринных клетках в виде гранул Б. Быстро секретируются после их синтеза №30 Вставьте пропущенные слова в схеме эндокринной регуляции физиологиче- ских функций. Гипоталамус— ...— нейрогипофиз — ...— ткани. А. Тропные гормоны, кровь Б. Тропные гормоны, аксоны В. Аксоны, кровь №31 Укажите гормоны, количество которых в крови регулируется аденогипофизом: А. Инсулин Б. Тироксин В. Паратгормон Г. Половые гормоны Д. Глюкокортикоиды №32 Укажите гормоны, образующиеся в ги- поталамусе: А. Гормон роста Б. Соматостатин В. АКТГ Г. Окситоцин Д. Тиреолиберин №33 Вставьте пропущенные слова в схеме регуляции активности эндокринных же- лез. ЦНС — гипоталамус — ... — тропные гормоны гипофиза — эндокринные же- лезы —... — ткани. А. Нейрогипофиз, аксоны Б. Аденогипофиз, аксоны В. Нейрогипофиз, кровь Г. Аденогипофиз, кровь №34 Рилизинг-гормоны вырабатываются: А. В передней доле гипофиза Б. В задней доле гипофиза В. В гипоталамусе №35 Паракринное действие биологически активных веществ состоит в действии: А. Через кровь на отдаленные от места вы- работки клетки Б. На соседние клетки В. На клетку, выделяющую это вещество №36 Телекринное действие биологически активных веществ состоит в действии: А. Через кровь на отдаленные от места вы- работки клетки Б. На соседние клетки В. На клетки, выделяющие это вещество №37 Аутокринное действие биологически активных веществ состоит в действии: А. Через кровь на отдаленные от места вы- работки клетки Б. На соседние клетки В. На клетки, выделяющие это вещество №38 Гормонообразующие клетки содержат- ся: А. В железах внутренней секреции Б. В головном мозге В. В пищеварительном тракте Г. В сердце Д. В скелетных мышцах №39 Вставьте пропущенные слова. Клетки APUD-системы располагаются в ... и продуцируют ... А. Головной мозг, гликополисахариды Б. Внутренние органы, биогенные амины В. Головной мозг, пептиды Г. Внутренние органы, углеводы №40 Вставьте пропущенные слова. Рилизинг-гормоны вырабатываются в ... и ... секрецию ... А. Нейрогипофизе, стимулируют, эндокрин- ных желез Б. Аденогипофизе, тормозят, эндокринных желез В. Гипоталамусе, стимулируют, аденогипо- физа Г. Гипоталамусе, тормозят, аденогипофиза
294 Раздел I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ №41 Вставьте пропущенные слова. Статины вырабатываются в ... и ... сек- рецию ... А. Нейрогипофизе, стимулируют, эндокрин- ные железы Б. Аденогипофизе, тормозят, эндокринные железы В. Гипоталамусе, стимулируют, аденогипо- физа Г. Гипоталамусе, тормозят, аденогипофиза №42 Статины вырабатываются: А. В гипоталамусе Б. В передней доле гипофиза В. В задней доле гипофиза №43 Укажите гормоны, образующиеся в аде- ногипофизе: А. Гормон роста Б. АКТГ В. Тиреолиберин Г. Окситоцин Д. Соматостатин №44 Образование мелатонина в период по- лового созревания: А. Не изменяется Б. Повышается В. Понижается №45 Кальцитонин стимулирует: А. Всасывание ионов кальция в кишечнике Б. Выход кальция из костей В. Выделение ионов кальция с мочой №46 Глюкокортикоиды: А. Снижают уровень сахара крови Б. Стимулируют реабсорбцию натрия в поч- ках В. Ослабляют воспалительные процессы Г. Участвуют в регуляции белкового обмена Д. Участвуют в регуляции углеводного обме- на №47 Укажите гормоны плаценты: А. Прогестерон Б. Хорионгонадотропин В. Окситоцин Г. Андрогены №48 Укажите, где продуцируется гормон ти- реолиберин: А. Гипофиз Б. Щитовидная железа В. Надпочечники Г. Гипоталамус №49 Стимулируют выработку альдостерона: А. Антидиуретический гормон Б. АКТГ В. Ангиотензин Г. Тиреолиберин Д. Соматотропин №50 На какие железы внутренней секреции влияют гормоны передней доли гипо- физа: А. Поджелудочная железа Б. Половые железы В. Надпочечники Г. Щитовидная железа Д. Паращитовидные железы
Раздел II ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Вода является растворителем органических и неорганических веществ. Она представляет собой основную среду развертывания метаболических процессов, осуществляет транспорт многих веществ как между клетками, так и органами. В различных органах и тканях взрослого человека отно- сительное содержание воды от 68 % (печень) до 83 % (кровь). Исключение составляют скелет (22%) и жировая ткань (10%). Среднее содержание во- ды— около 73% массы тела. В организме женщин, как правило, жира больше, и поэтому в теле воды примерно на 6-10% меньше. У новорож- денных процентное содержание воды примерно на 10% выше. Это разли- чие ликвидируется постепенно к окончанию полового созревания. Коли- чество воды, входящей в различные структуры клетки, межклеточное ве- щество, полости, определяет водный режим организма. В организме вода находится в пяти основных формах (разновидностях): - внутриклеточная; - интерстициальная (межклеточная); - внутрисосудистая (в системе крово- и лимфообращения); - жидкость закрытых полостей (внутри суставов, в сердечной сумке, плевральной и др.); - жидкость в «открытых» органах (ЖКТ, мочевых путях, потовых желе- зах). Между всеми этими водными средами идет активный обмен жидкости. Особенно он интенсивен между первыми тремя. Так, в опытах с примене- нием меченой воды показано, что за 1 мин более 70% всей жидкости плазмы крови обменивается с интерстициальным пространством. Одно- временно происходит постепенное обновление всей воды организма. Для обновления используется как «внешняя» вода, поступающая через ЖКТ, так и «эндогенная», образующаяся в процессе метаболизма. При окисле- нии 100 г жира образуется более 100 мл воды, 100 г белка— около 40 мл, 100 г углеводов — 55 мл воды. Закономерно, что с повышением уровня метаболических процессов параллельно возрастает и образование «воды окисления». Однако у человека эндогенной воды недостаточно для обес- печения водной среды метаболизма, поэтому требуется ее постоянное по- ступление и обновление. Вся вода организма обновляется примерно за месяц, а наиболее мобильная внеклеточная — примерно за неделю. У здорового человека поддерживается равенство объема поступающей и выделяемой воды, что носит название водного баланса организма. Обыч- но в организм здорового человека с пищей и питьем поступает около 2100 мл воды, 200-300 мл образуется в клетках в процессе окисления. Диффузия через кожу обеспечивает выделение около 300-400 мл, потеря через органы дыхания также составляет 300^400 мл, с потом выделяется минимум 100 мл. С фекалиями выделяется до 100 мл воды. Остальное
296 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА количество воды выделяется через почки. При различных условиях (изме- нение внешней температуры, характера питания и питья, физической ак- тивности) отдельные показатели водного баланса меняются, но у здоро- вого человека сам баланс сохраняется. Так, выделение воды с потом мо- жет быть весьма вариабельно: от 100 мл/сут до 2000 мл/ч. Почки также обладают довольно широким диапазоном колебаний количества выделя- емой жидкости: от 0,5 до 20 л/сут. Глава 10 КРОВЬ Кровь является одной из разновидностей соединительных тканей. Межклеточное вещество ее находится в жидком состоянии и называется плазмой. В воде плазмы во взвешенном состоянии «плавает» огромное ко- личество веществ и соединений, а также форменные элементы крови — эритроциты, лейкоциты и тромбоциты. Кровь, состоящая из плазмы и форменных элементов, формируется при взаимодействии многих органов и систем организма. Поддержание необходимого уровня компонентов плазмы зависит от функции печени, почек и функции других органов и тканей, водного режима организма. Форменные элементы образуются в кроветворном красном костном мозге. 10.1. ФУНКЦИИ КРОВИ Функции крови многообразны, но практически все они связаны с ее циркуляцией по кровеносным сосудам. Благодаря этому кровь выполняет общую транспортную функцию. Каждую из ее разновидностей кровь вы- полняет совместно с другими органами, входя составной частью в соот- ветствующие функциональные системы организма. Функции крови: 1. Дыхательная функция заключается в связывании и переносе 02 от легких к тканям и СО2— из тканей к легким. 2. Трофическая функция крови связана с обеспечением всех клеток ор- ганизма питательными веществами, приносимыми от органов пи- щеварения или других органов. 3. Обеспечение водно-солевого обмена. В артериальной части большин- ства капилляров жидкость и соли поступают в ткани, в венозной — они возвращаются в кровь. 4. Экскреторная функция. Кровь уносит из тканей конечные продукты метаболизма к органам выделения. 5. Терморегуляторная функция. Кровь из энергоемких органов уносит тепло, отдавая его поверхностно лежащим органам, теряющим тепло. 6. Защитная функция. Кровь является одним из органов, обеспечиваю- щих защиту организма от различных паразитов, бактерий, вирусов и генетически чужеродных клеток и веществ.
Глава 10. КРОВЬ 297 7. Гемостатическая функция. 8. Гуморальная регуляция. Кровь переносит гормоны и другие биоло- гически активные соединения от клеток, где они образуются, к дру- гим клеткам организма. Тем самым обеспечивается химическое вза- имодействие между всеми частями организма. В связи с участием крови в выполнении столь разнообразных функций, а также с участием многих органов в формировании самой крови, врач, анализируя ее состав, может судить о состоянии большинства органов и систем организма. Поэтому современная медицина не обходится без того или иного объема таких исследований. Входя составной частью в разно- образные функциональные системы организма, кровь вместе с нервной системой объединяет органы в единый организм. В то же время можно выделить более узкую, собственную систему крови. К ней, наряду с цир- кулирующей в сосудах кровью, относятся: органы образования и разру- шения форменных элементов, биосинтеза белков и других компонентов плазмы, а также нервные и гуморальные механизмы регуляции состава крови. 10.2. ОБЪЕМ ЦИРКУЛИРУЮЩЕЙ КРОВИ Объем циркулирующей в сосудах крови (ОЦК) является одной из кон- стант организма. Однако ОЦК не является строго постоянной величиной для всех людей, он зависит от возраста, пола, функциональных кондиций конкретного человека. Так, у взрослого молодого мужчины ОЦК около 7% массы тела. У женщин в сосудистом русле крови несколько меньше, чем у мужчин (около 6 % массы тела). У людей, ведущих малоподвижный образ жизни, ОЦК ниже, а у физически тренированных, напротив, выше, чем указанный средний уровень. Например, у спортсменов, способных выполнять физическую нагрузку в течение длительного времени, ОЦК доходит до 10 % массы тела. У новорожденных крови около 10% массы тела. Лишь к периоду по- лового созревания ОЦК постепенно приходит к уровню у взрослых. 10.3. ПЛАЗМА КРОВИ Больше половины объема крови составляет плазма. Если взять крбвь из вены и, воспрепятствовав свертыванию, отцентрифугировать, то жид- кая часть ее составит 55-60%, а форменные элементы — 40-45%. Про- центный объем форменных элементов крови носит название гематокрит. Величина гематокрита почти целиком зависит от концентрации в крови эритроцитов. (Обычно их объем составляет около 99% всех форменных элементов крови. Лишь при некоторых формах лейкозов, в связи с разви- тием анемии и резким увеличением количества циркулирующих лейкоци- тов, доля последних в величине гематокрита возрастает.) Основой плаз- мы крови (91 %) является вода. Вода плазмы, наряду со всеми другими ингредиентами, постоянно обновляется. Так, за 1 мин обменивается до 72% всей воды плазмы. Обмен воды между плазмой и межклеточным
298 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА пространством совершается в микроциркуляторном отделе сосудистого русла. В свою очередь, межклеточная вода интенсивно обменивается с внутриклеточной. 9% плазмы крови приходится на различные вещества, растворенные в ней. Часть из них находится на постоянном уровне, содержание других колеблется в зависимости от состояния организма. Примером последних являются продукты распада тканей, пищевые вещества, всосавшиеся в ки- шечнике. В крови, чаще всего в ее плазме, находится большое количество биологи- чески активных соединений — веществ различной природы, принимающих участие в гуморальной регуляции функций различных органов и систем. 10.3.1. Белки плазмы Белки составляют около 8 % объема плазмы. Подавляющее большин- ство их поступает в сосудистое русло из печени — основного органа их биосинтеза. Одни белки выполняют свойственную им функцию, находясь в самой крови, другие — циркулируют в ней короткое время, направляясь к месту использования либо выделения. Транспортная функция В молекуле многих белков имеются особые участки, которые присое- диняют органические йли неорганические вещества, обеспечивая их транспорт. С белками плазмы связаны многие ионы. Так, около 2/з Са2+ плазмы неспецифически связано с белками. Этот Са2+ находится в равно- весном взаимодействии со свободно растворенным в крови ионизирован- ным, физиологически активным кальцием. Железо переносится с по- мощью белка трансферрина, а медь — церуллоплазмина. Многие биологически активные соединения, гормоны и другие сравни- тельно небольшие органические молекулы также транспортируются (от места их образования, из депо, после всасывания в кишечнике) связанны- ми с белками-переносчиками. Такая связь обеспечивает удержание не- больших молекул в сосудистом русле при прохождении крови через поч- ки, а также препятствует их разрушению ферментами крови. Трофическая функция Белки плазмы после расщепления на аминокислоты могут использо- ваться в качестве питательных веществ. Аминокислоты в клетках боль- шинства органов служат для построения собственных структур, синтеза биологически активных соединений, а иногда и для образования АТФ. Для этого белки плазмы должны быть разрушены фагоцитирующими элементами, находящимися в крови или тканях. Образовавшиеся амино- кислоты пополняют пул аминокислот, всосавшихся в кишечнике. Трофи- ческая функция белков (аминокислот) плазмы используется в клинике при нарушении естественных путей питания, в так называемом паренте- ральном питании. С этой целью белковые или аминокислотные взвеси вводятся непосредственно в сосудистое русло.
Глава 10. КРОВЬ 299 Ферментативная функция В плазме крови можно обнаружить большое количество белков-фер- ментов, поступающих из различных органов. Обычно активность их сравнительно невысока, но в случае патологического повреждения органа за счет выхода из клеток концентрация ферментов резко возрастает. По- этому количественное определение их в крови является одним из доступ- ных лабораторных методов, помогающих постановке диагноза. Состав белков Большинство белков плазмы (50-60%) является сравнительно неболь- шими белками — альбуминами, имеющими мол. массу до 69000. В русле крови альбумины находятся достаточно продолжительное время: период их полувыведения (Т]/2) около 10-15 дней. Имея суммарно большую пло- щадь поверхности, альбумины выполняют транспортную функцию. Кро- ме того, альбумины являются резервными белками, используемыми для получения аминокислот. Альбумины в плазме являются основными бел- ками, создающими онкотическое давление и, тем самым, регулирующими объем плазмы крови. Глобулины плазмы — целая группа белков, которые при электрофорезе разделяются на фракции, обозначаемые аг, аг-, Р-, у-глобулинами. Моле- кулярная масса их от 44000 до 130000. Срок циркуляции у глобулинов меньше, чем у альбуминов: Т1/2 до 5 дней. Они выполняют самые разно- образные функции — от транспортной до защитной. Так, агглобулины переносят липиды, тироксин, гормоны коры надпочечников; а2-глобули- ны транспортируют липиды, медь; Р-глобулины транспортируют липиды, железо, гем; у-глобулины являются антителами. Соотношение указанных групп белков (альбуминово-глобулиновый коэффициент) в норме колеблется от 1,5 до 2,3. Наиболее крупным белком плазмы является фибриноген, принимаю- щий участие в свертывании крови и остановке кровотечения. Таким образом, белки крови выполняют транспортную, трофическую, защитную функции, создают онкотическое давление, принимают участие в свертывании крови, поддержании кислотно-основного равновесия. 10.3.2. Минеральные вещества плазмы В плазме крови находится большое количество различных неорганиче- ских соединений. Содержание минеральных веществ составляет около 0,9 % массы плазмы. Основные ионы — Na+, К+, Са2+, С1“, НСО5, HPOJ". Некоторые минеральные вещества в плазме содержатся в очень неболь- шом количестве, их называют микроэлементами (например, медь, железо). Большинство минеральных соединений находится на постоянном уровне, что обеспечивается собственными системами регуляции. Так, например, уровень кальция крови регулируется гормонами щитовидной и паращи- товидной желез, витамином D3.
300 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА 10.4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРОВИ 10.4.1. Осмотическое давление крови Различные соединения, растворенные в плазме и в форменных элемен- тах крови, создают в них осмотическое давление. В норме осмотическое давление плазмы крови около 7,6 атм (5700 мм рт. ст., 762 кПа). Осмоти- ческую активность плазмы можно выразить в мОсм/н. Она составляет около 282. Величина осмотического давления определяется количеством растворенных молекул, а не их размерами. Львиная доля (примерно 199/200) ионов плазмы — неорганические ионы. Их количество и опреде- ляет величину осмотического давления. Белки плазмы создают онкотиче- ское давление, равное лишь 0,03-0,04 атм. (25-30 мм рт. ст.). Но в то же время онкотическое давление играет важнейшую роль в регуляции рас- пределения воды между плазмой и тканями. Из общего онкотического давления на альбумины (4,5 г %) приходится 21,8 мм рт. ст., глобулины (2,5 г %) — 6,0 мм рт. ст. и фибриноген (0,3 г %) — 0,2 мм рт. ст. Участие онкотического давления в регуляции обмена воды обусловлено тем, что стенка обменных сосудов (капилляров) в большинстве органов не- проницаема для белков. В тканевой жидкости свободных белков мало, по- этому имеется градиент их концентрации с кровью. В отличие от этого в крови и межклеточной жидкости содержание неорганических или неболь- ших органических молекул, как правило, одинаково. Большее онкотиче- ское давление крови служит основой механизма удержания воды в ней. Осмотическое и онкотическое давления обеспечивают обмен воды между плазмой крови и форменными элементами. При нарушении осмо- тического или онкотического давления в плазме или клетках мбжет изме- няться функция клеток крови и продолжительность их жизни. Так, при понижении осмотического давления плазмы вода будет поступать в клет- ки крови, что при достижении предела растяжимости приведет к разрыву их оболочки — осмотическому гемолизу. Особенно это опасно для эри- троцитов. Разрушение даже части их понизит возможность функциональ- ной системы транспорта Oj. Но не менее важно и то, что при поступлении в плазму большого коли- чества гемоглобина может сказаться токсическое влияние как самого ге- моглобина, так и продуктов его метаболизма на многие жизненно важные Эритроцит (сканирующая микроскопия): а — интактный эритроцит; б — эритроцит в гипер- тоническом растворе органы (и в первую очередь на почки). Напротив, повы- шение осмотического давле- ния плазмы приведет к выхо- ду жидкости из клеток, поте- ре упругости, сморщиванию их (рис. 10.1). Это также отрицательно отразится на жизнедеятельности клеток и может привести к их разру- шению макрофагами тканей.
Глава 10. КРОВЬ 301 Регуляция осмотического давления крови Осмотическое и онкотическое давления плазмы относятся к одним из наиболее контролируемых гомеостатических констант организма, хотя в ряде случаев и они могут несколько изменяться. Ионный и водный со- ставы крови зависят как от обмена ими с тканями, так и от деятельности органов выделения (почки, потовые железы). Эти процессы координиру- ются системами регуляции, в основе которых лежит, главным образом, гормональная регуляция. Уровень этих гормонов и функция органов вы- деления контролируются при участии осморецепторов, которые активи- руются при изменении осмотического давления крови и межклеточной жидкости. Подробнее эти механизмы разбираются в гл. 13. Онкотическое давление белков плазмы менее стабильно и во многом определяется активностью процессов биосинтеза белков в печени, их ис- пользованием или выделением. Эти процессы при заболевании соответст- вующих органов нарушаются, что, например, при поражении почек и по- ступлении белков в мочу может привести к отеку тканей. 10.4.2. Плотность крови За счет наличия растворенных веществ плотность крови несколько больше, чем воды. Плотность плазмы составляет 1,025-1,034 г/см3, плот- ность эритроцитов — около 1,09 г/см3, а цельной крови— 1,05-1,06 г/см3. 10.4.3. Вязкость крови Вязкость крови обусловлена тем, что в сосудистом русле она находится в постоянном движении. В результате того, что отдельные слои ее про- двигаются с различной скоростью, между ними возникает трение, а к то- му же крайние слои плазмы крови трутся еще и о стенку сосудов. Возни- кает внутреннее трение, обозначаемое понятием вязкость. Вязкость ока- зывает сопротивление кровотоку. Величину ее обычно определяют отно- сительно воды, вязкость которой принимается за единицу. Растворение различных соединений, особенно крупных белковых молекул, присут- ствие форменных элементов увеличивает вязкость крови. Раствор плазмы в 1,7-2,2 раза более вязкий, чем вода. Вязкость цельной крови выше, чем воды, примерно в 5 раз. Основную долю в увеличение вязкости крови привносят эритроциты. Поэтому рост концентрации их в крови повыша- ет вязкость, а анемия — понижает. 10.4.4. Реакция крови и ее регуляция Реакция крови (pH) — обратный логарифм концентрации ионов водо- рода — обусловлена соотношением в ней водородных и гидроксильных ионов. pH артериальной крови 7,4, а венозной несколько ниже — 7,36. Указанные величины характерны для плазмы крови. Внутри эритроцитов pH колеблется от 7,27 до 7,29, а в клетках большинства тканей — от 6,8 до 7,0. Эти параметры являются одними из наиболее важных гомеостати- ческих параметров, поддержание которых на постоянном уровне обеспе- чивается многими органами и системами организма. Согласно правилу
302 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Гэмбла плазма крови должна быть электронейтральной, то есть сумма ка- тионов равна сумме анионов. Описание кислотно-основного состояния основано на уравнении Хен- дерсона — Хассельбаха, в котором рассматривается соотношение трех основных переменных плазмы крови (см. ниже понятие о бикарбонатной буферной системе и гл. 13): pH, РСО2 (парциальное давление СО2, см. гл. 14), концентрации НСОз и двух констант (рК и 5). 1g НСО^ рН = рК+ 5 РСО2, где рК — обратный логарифм константы диссоциации угольной кислоты (равный 6,1); S— константа растворимости двуокиси углерода в плазме (0,03 ммоль/л/мм рт.ст.). В норме НСОз в плазе составляет 24 ммоль/л, а РСОг в артериальной крови — 40 мм рт.ст. Подставив эти цифры в уравнение, получаем указанную выше норму для плазмы артериальной крови — 7,4. Содержание ионов водорода в плазме крови определяется соотноше- нием между парциальным давлением углекислого газа (РСО2) и концен- трацией анионов бикарбоната (HCOj). Это соотношение выражается уравнением „+ эл РС°2 Г , 1 Н = 24-------[мэкв/л], НСО5 то есть содержание Н+ прямо пропорционально уровню РСО2 и обратно пропорционально концентрации НСОз. (В норме содержание НСОз в крови равно 22-25 мэкв/л). Изменение концентрации водородных ионов на 1 мэкв/л приводит к изменению pH на 0,01. Следует особо подчеркнуть, что накопление в кро- ви кислых или основных метаболитов буферными системами компенси- руется лишь в плане снижения выраженности сдвига pH, но не предотвра- щает полностью их развития. Подключение к буферным системам таких органов, как легкие и почки, принципиально отличается во времени (по- дробнее см. в соотв. разделах). Легкие включаются для быстрой ком- пенсации, соответственно задерживая или удаляя углекислоту. Максимум компенсаторных реакций почек главным образом в виде подавления реабсорбции анионов бикарбоната, развивается постепенно, спустя не ме- нее 6-12 часов или даже через несколько дней. Поэтому почечный компо- нент обеспечивает лишь хронические нарушения метаболизма. Исходя из этого, диктуется необходимость оказания врачебной помощи больному, которая должна быть направлена на поступление ионов противополож- ного типа, появляющимся в крови. Постоянство pH крови необходимо для обеспечения нормальной фун- кции большинства органов, их внутриклеточных ферментативных про- цессов. Многие продукты обмена, в том числе и СО2, поступая в большом количестве в кровь, могут изменять pH. В норме эти отклонения незначи- тельны. Однако при ряде состояний (интенсивная физическая нагрузка,
Глава 10. КРОВЬ 303 некоторые виды патологий) они более заметны. Максимально возможные пределы колебания pH — от 6,8 до 7,8. Но эти колебания не должны быть продолжительными, так как само по себе отклонение pH от нормы может привести к гибели организма. Постоянство кислотно-основного состояния крови (КОС) зависит от взаимодействия нескольких механизмов: активности процессов обмена, буферных свойств крови, газообмена в легких, функции выделительных ор- ганов. Так, участие легких обеспечивается выделением или удержанием углекислоты; почки выделяют кислую или щелочную мочу; потовые же- лезы могут выделять некоторые недоокисленные продукты обмена (мо- лочную кислоту); фосфаты могут выделяться через почки и пищевари- тельный тракт; печень использует молочную кислоту крови для биосин- теза гликогена; сердце использует молочную кислоту в качестве субстрата в окислительных реакциях. В поддержании КОС крови и организма в це- лом ведущая роль принадлежит хеморецепторам, которые возбуждаются при отклонении pH. В результате запускаются нервно-рефлекторные пу- ти, изменяющие функцию органов. (Подробно вопросы участия легких, системы кровообращения и органов выделения в поддержании КОС излагаются в соответствующих разделах.) Буферные системы Буферные системы крови снижают выраженность сдвига pH крови при поступлении в нее кислых или щелочных продуктов. Они являются пер- вым «рубежом обороны», поддерживающим pH, пока поступившие про- дукты не будут выведены либо использованы в метаболических процессах. В крови имеются четыре буферные системы: - гемоглобиновая, - бикарбонатная, - фосфатная, - белковая. Каждая из них состоит из двух соединений — слабой кислоты и сопря- женного ей сильного основания. Буферный эффект обусловлен связывани- ем и нейтрализацией поступающих ионов соответствующим соединением буфера. В связи с тем, что в естественных условиях организм чаще всего встречается с поступлением в кровь недоокисленных продуктов обмена, то в буферной паре «кислота — основание» емкость щелочей больше. Бикарбонатный буфер крови достаточно мощный и наиболее мобиль- ный. Значимость его в поддержании параметров КОС крови возрастает за счет связи с дыханием. Система состоит из Н2СО3 и МаНСОз, находящих- ся в определенной пропорции друг с другом. Принцип ее функционирова- ния заключается в следующем. При поступлении кислоты (например, мо- лочной), которая является более сильной, чем угольная, щелочной резерв обеспечивает реакцию обмена ионами с образованием слабо диссоцииру- ющей угольной кислоты: 2СзНбОз + МагСОз ~ 2СзН50зМа + Н2СО3 .
304 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Синтезировавшаяся угольная кислота пополняет пул, имеющийся в крови, и сдвигает реакцию вправо: Н2СО3 ~ СО2 + Н2О . Особенно активно этот процесс совершается в легких, где образовав- шийся СО2 сразу выводится. Тем самым создается открытая система би- карбонатного буфера и легких, благодаря которой содержание свободно- го СО2 в крови поддерживается на постоянном уровне. Это, в свою оче- редь, обеспечивает поддержание pH крови на постоянном уровне. В слу- чае поступления в кровь щелочи происходит взаимодействие ее с кисло- той буферной системы. Связывание НСОз приводит к дефициту СОг и уменьшению выделения его легкими. При этом увеличивается щелочной резерв буфера, что компенсируется ростом выделения NaCl почками. Буферная система гемоглобина является самой мощной. На ее долю приходится более половины буферной емкости крови. Буферные свойства гемоглобина обусловлены соотношением восстановленного гемоглобина (ННЬ — слабо диссоциирующая кислота) и его калиевой соли (КНЬ). В слабощелочном растворе, каким является кровь, гемоглобин и оксиге- моглобин обладают свойствами кислот, будучи донаторами Н+ или К+. Эта система может функционировать самостоятельно, но в организме она тесно связана с предыдущей. Когда кровь находится в тканевых капилля- рах, откуда поступают кислые продукты, гемоглобин выполняет функции щелочи: КНЬ + Н2СО3 ~ ННЬ + КНСОз . В легких гемоглобин, наоборот, ведет себя как кислота, предотвраща- ющая защелачивание крови после выделения углекислоты. Оксигемогло- бин — более сильная кислота, чем дезоксигемоглобин. Поэтому гемогло- бин, освобождающийся в тканях от О2, приобретает большую способ- ность к связыванию Н+. В результате венозная кровь может содержать больший объем СО2 без существенного сдвига pH. Кроме того, в тканях гемоглобин, связывая часть поступающего СО2 и образуя карбгемогло- бин, предотвращает образование угольной кислоты, что также способст- вует сохранению КОС крови. Белки плазмы благодаря свойствам аминокислот ионизироваться также выполняют буферную функцию (около 7% буферной емкости крови). В кислой среде они ведут себя как щелочи, связывая кислоты. В щелоч- ной — напротив, белки реагируют как кислоты, связывая щелочи. Эти свойства белков определяются боковыми группами, способными ионизи- роваться. Особенно выражены буферные свойства у конечных карбокси- и аминогрупп цепей. Фосфатная буферная система (около 5 % емкости) образуется неоргани- ческими фосфатами крови. Кислотные свойства проявляет одноосновный фосфат (Н2РО4), а щелочные — двухосновный фосфат (HPOJ-). Функцио- нируют они по тому же принципу, что и бикарбонаты. Однако в связи с низким содержанием в крови фосфатов емкость этой системы невелика.
Глава 10, КРОВЬ 305 Для характеристики КОС крови введен ряд понятий. Буферная ем- кость — величина, определяемая отношением между количеством ионов Н+ или ОН", добавленных к раствору, и выраженностью изменения его pH: чем меньше сдвиг pH, тем емкость больше. Сумма анионов всех сла- бых кислот именуется буферными основаниями (ВВ). Содержание их в кро- ви составляет около 48 ммоль/л. Отклонение концентрации буферных оснований от нормы обозначается понятием избыток оснований (BE). Зна- чит, идеальным является BE около 0. В норме возможны колебания в пре- делах от -2,3 до +2,3 ммоль/л. Сдвиг в положительную сторону именуется алкалозом, а в отрицательную — ацидозом. При алкалозе pH крови стано- вится выше 7,43, при ацидозе — ниже 7,36. Механизм регуляции КОС крови в целостном организме заключается в совместном действии внешнего дыхания, кровообращения, выделения и буферных систем. Так, если в результате повышенного синтеза Н2СО3 или других кислот будут образовываться излишки анионов, то вначале они нейтрализуются буферными системами. Параллельно интенсифицируется дыхание и кровообращение, что приведет к увеличению выделения угле- кислого газа легкими. Нелетучие кислоты, в свою очередь, выводятся поч- ками или с потом. Напротив, при увеличении содержания в крови щелочей снижается выделение СОг легкими (гиповентиляция) и усиливается выде- ление Н+ с мочой. Постоянно'е поступление кислот или щелочей истощает соответствующую часть буферных систем. Поэтому после прекращения их поступления (например, после прекращения интенсивной физической ра- боты, при которой в кровь выводятся недокисленные продукты обмена) буферная емкость крови спустя какое-то время восстанавливается. Подключение систем дыхания, кровообращения и выделения к поддер- жанию КОС обусловлено соответствующими механизмами регуляции функций этих органов. В результате в норме pH крови может измениться лишь на короткое время. Естественно, что при поражении легких или по- чек функциональные возможности организма, направленные на поддер- жание должного КОС, понизятся. И теперь в случае появления в крови большего количества кислых или щелочных ионов одни буферные систе- мы, без помощи систем выделения, не удерживают pH на константном уровне, что приведет к ацидозу или алкалозу. 10.4.5. Скорость оседания эритроцитов Если в пробирке поставить кровь, взятую с применением противосвер- тывающих веществ, то эритроциты, как более тяжелые клетки, постепен- но оседают. В клинике в качестве одного из показателей состояния орга- низма широко применяют исследование скорости оседания эритроцитов (СОЭ). В норме СОЭ находится в следующих пределах: до 10 мм/ч у муж- чин, у женщин — до 15 мм/ч. Величина СОЭ во многом зависит от свойств плазмы, от содержания в ней крупномолекулярных белков — гло- булинов и фибриногена. Полагают, что крупномолекулярные белки уменьшают электрический заряд эритроцитов, а это снижает их электро- отталкивание друг от друга. При различных воспалительных процессах,
306 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА как правило, концентрация крупно молекулярных белков в крови возра- стает, что способствует увеличению СОЭ. В конце беременности содержа- ние фибриногена может возрастать почти в два раза и СОЭ при этом до- стигает 40-50 мм/ч. 10.4.6. Возрастные особенности физико-химических свойств крови У новорожденных и детей первого года жизни многие физико-химиче- ские свойства крови отличаются от взрослых. Так, у новорожденных вы- ше плотность и вязкость крови, что обусловлено главным образом боль- шей концентрацией эритроцитов. К концу первого месяца жизни указан- ные показатели снижаются и становятся близкими к взрослым или даже несколько меньшими. Плацентарное кровообращение и особенно роды затрудняют газооб- мен. Поэтому перед рождением и у новорожденных наблюдается выра- женный ацидоз (pH до 7,13-7,23). При этом снижается емкость буферных оснований. В течение первых часов (или суток) после рождения ацидоз постепенно ликвидируется. У новорожденных концентрация белков плазмы ниже (50-56 г/л). Уровня взрослых белки плазмы крови достигают лишь к 3-4 годам. Для новорожденных характерна высокая концентрация у-глобулина иммун- ных тел, получаемых от матери. К концу третьего месяца содержание их снижается, но в последующем за счет образования собственных антител начинает постепенно увеличиваться. Концентрация а- и Р-глобулинов до- стигает уровня взрослых к концу первого года жизни. При старении боль- шинство показателей, характеризующих физико-химические свойства крови (pH, осмотическое давление, концентрация натрия и калия, вяз- кость крови), остаются постоянными. Другие показатели могут изменять- ся. Так, повышается СОЭ, осмотическая резистентность эритроцитов, снижается гематокрит, абсолютная и относительная концентрация альбу- минов (в связи с малым изменением уровня глобулинов альбуминово-гло- булиновый коэффициент уменьшается). 10.5. ЭРИТРОЦИТЫ В крови у мужчин содержится 4,5—5,0-1012/л эритроцитов, у женщин — примерно на 0,55-1012/л меньше. Снижение концентрации эритроцитов ниже нормы называется эритроцитопенией (анемией), а увеличение — по- лиглобулией (полицитемией). Общий объем эритрона (сумма всех эритро- идных элементов костного мозга и крови) в крови взрослого человека около 2000-3500 см3, а суммарная поверхность, которая во многом опре- деляет выполнение почти всех ее функций, — 3000-3800 м2, что в 1500— 2000 раз больше кожного покрова. Циркулируя в крови между легкими (малый круг кровообращения) и тканями (большой круг), эритроцит вы- полняет свою основную — газотранспортную — функцию. Кроме того, он участвует: в регуляции КОС организма, агрегатного состояния крови, в белковом, липидном, водно-солевом обмене. Некоторые вещества спо-
Глава 10. КРОВЬ 307 собны вступать в легко обратимую связь со встроенными в мембрану молекулами и проходить через нее внутрь либо транспортироваться на мембране. За счет последнего типа связи эритроцит выполняет транспор- тную функцию. В связи с тем, что содержание этих веществ в эритроците может быть достаточно высоким, достигается высокая концентрация их и эритроцит выполняет концентрационную функцию для многих биологи- чески активных веществ (например, для факторов свертывания крови, ин- сулина, ряда аминокислот и т. д.). Эритроцит — яркий представитель узко специализированной клетки. Его округлая двояковогнутая форма, имеющая диаметр около 7,5 мкм, прекрасно способствует выполнению своей функции. Благодаря тому, что зрелый эритроцит лишен ядра, площадь его поверхности увеличилась, а расстояние от мембраны до самой отдаленной точки нахождения гемогло- бина резко уменьшилось (максимум 1,2-1,5 мкм). Это обеспечивает хоро- шие условия газообмена. Кроме того, безъядерность при эластичной мем- бране позволяет эритроциту легко скручиваться и проходить через капил- ляры, имеющие диаметр, порой почти в 2 раза меньший, чем у клетки. Большую роль в обеспечении жизнеспособности эритроцитов и выпол- нении их функций играет их эластичная мембрана. Ее толщина около 10 нм. Мембрана эритроцита примерно в миллион раз более проницаема для анионов, чем для катионов. Одним из важнейших периферических белков мембраны эритроцита является, так называемый, спектрин. Вме- сте с другими периферическими белками спектрин образует цитоскелет эритроцита, который, с одной стороны, обеспечивает сохранение формы, а с другой — придает эластичность плазматической мембране. Он состав- ляет около 75% всех белков цитоскелета эритроцита. Газотранспортная функция эритроцитов Наиболее важной функцией эритроцитов является транспорт кислоро- да, так как эта функция в организме человека выполняется практически только эритроцитами. Данная функция обусловлена наличием в нем кис- лородтранспортного белка — гемоглобина (34 % общего и 90 % сухого ве- са эритроцита). В 1 л крови находится 140-160 г гемоглобина. В норме среднее содержание НЬ в одном эритроците у женщин 32-33 пг, а у муж- чин — 36-37 пг. 10.5.1. Гемоглобин Заключение гемоглобина внутрь специализированной клетки — эритро- цита относится к существенному эволюционному приобретению. Если бы гемоглобин находился в крови в свободном состоянии, то это привело бы к ряду значительных нарушений: во-первых, большое количество свободного гемоглобина оказывает токсическое воздействие на многие ткани (нейроны, почки); во-вторых, в русле крови гемоглобин быстро окисляется в метге- моглобин, а в эритроците есть системы, препятствующие этому; в-третьих, тот уровень гемоглобина, который необходим для транспорта достаточно- го количества Ог, должен был бы резко повысить вязкость крови и затруд-
308 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА нить работу сердца по продвижению ее через сосудистое русло, в то время как присутствие эритроцитов увеличивает вязкость лишь в 2-2,5 раза. Гемоглобин участвует в транспорте газов, образуя различного рода со- единения с ними. Гемоглобин, присоединивший кислород, превращается в оксигемоглобин (НЬОг) ярко-алого цвета. Гемоглобин, отдавший в тка- нях кислород, именуется восстановленным или дезоксигемоглобином (ННЬ), имеющим более темный цвет. В венозной крови часть гемоглоби- на присоединяет СО2 карбгемоглобин (НЬСОг). В оксигемоглобине железо гема остается двухвалентным. При действии других окислителей железо гема превращается в трехвалентное. Иногда и с О2 образуется прочное соединение — метгемоглобин (MtHb). В норме метгемоглобин образуется в ничтожных количествах, чему препятствуют соответствующие фермен- ты, содержащиеся в эритроцитах. При наличии во вдыхаемом воздухе угарного газа образуется прочное соединение карбоксигемоглобин (НЬСО). Сродство гемоглобина к СО в сотни раз превышает сродство к О2, и поэтому при отравлении угарным газом резко ухудшается возможность транспорта кислорода. Однако при дыхании свежим воздухом, а еще лучше — чистым кислородом СО мед- ленно, но отщепляется, и кислородтранспортная функция гемоглобина восстанавливается. Гемоглобин начинает синтезироваться еще на стадии базофильных эрит- робластов. Заканчивается биосинтез гемоглобина в ретикулоцитах уже в русле крови. В зрелом эритроците содержание гемоглобина постоянно. Оно может лишь уменьшаться при частичном гемолизе за счет выхода из эрит- роцита, что в норме практически не встречается. Существенную роль в био- синтезе гемоглобина играют витамины В12, фолиевая кислота и микроэле- мент Fe , входящий в простетическую группу (гем). Белковая часть гемо- глобина — глобин состоит из 4 цепей. Эритроциты взрослого человека со- держат 2 а- и 2 p-цепи. Такой гемоглобин именуется АНЬ. В крови плодов имеется FHb, имеющий 2 а- и 2 у-цепи. FHb отличается по способности транспортировать кислород. Он имеет более высокое сродство к кислороду. Поэтому в крови плода, несмотря на более низкое РОг, образуется доста- точно большое количество оксигемоглобина. Перед рождением эритроци- ты с FHb из крови постепенно исчезают, заменяясь на содержащие АНЬ. Структура глобина оказывает влияние и на устойчивость, резистент- ность эритроцитов. К примеру, эритроциты с FHb менее стойки и активно разрушаются в русле крови при легочном дыхании. Особенно значительно меняется устойчивость мембраны, и даже форма эритроцита, при наличии патологических типов гемоглобина — S, С и т. д. Эти разновидности ге- моглобина особенно часто встречаются у жителей экваториальных стран. 10.5.2. Жизненный цикл эритроцитов Циркулирующий в крови зрелый эритроцит является дифференциро- ванной тупиковой клеткой, не способной к дальнейшей пролиферации (см. рис. Ю.1). Да и клеткой его можно назвать с некоторой натяжкой,
Глава 10. КРОВЬ 309 так как он лишен одного из основных атрибутов клетки — ядра. Ядра со- держат лишь предшественники эритроцитов — эритробласты костного мозга. При созревании ядро выталкивается через мембрану. Эритроцит в кровотоке способен циркулировать в течение 100-120 дней. После этого он погибает. Таким образом, в сутки обновляется около 1 % эритроцитов. Об интенсивности эритропоэза свидетельствует содержание в крови мо- лодых эритроцитов — ретикулоцитов (от лат. rete — сеть, которая появ- ляется при окраске особыми красителями. Основой ее являются иРНК). После выхода из костного мозга в русле крови в виде ретикулоцитов они сохраняются около суток. Поэтому их концентрация в крови около 0,8- 1 % всех эритроцитов. Активация эритропоэза сопровождается увеличением числа ретикуло- цитов в крови. Но в любом случае эритропоэз может стать интенсивнее не более чем в 5-7 раз по сравнению с исходным уровнем. То есть, если в обычных условиях за сутки производится около 25000 эритроцитов на каждый 1 мкл крови, то при самом интенсивном эритропоэзе из костного мозга в русло крови может поступить до 150 000 эритроцитов в 1 мкл. Су- щественных запасов (депо) эритроцитов в организме человека практиче- ски нет. Поэтому ликвидация анемии (после кровопотери) происходит лишь за счет усиления эритропоэза. Но необходимо учитывать, что зна- чительное увеличение образования эритроцитов в костном мозге начнет- ся лишь спустя 3-5 дней. В периферической крови это станет заметным еще позднее. В результате после кровопотери или острого гемолиза для восстановления уровня эритроцитов до нормального требуется достаточ- но много времени (не менее 2-3 недель). Эритропоэз становится более активным и при подъеме на высоту, за счет чего содержание эритроцитов и гемоглобина растет. У жителей гор наблюдается следующая зависимость: с каждым километром высоты кон- центрация эритроцитов возрастает на 0,75- 10|2/л. 10.5.3. Особенности энергетики эритроцитов Для выполнения газотранспортной функции эритроцит почти не расхо- дует энергию (АТФ). Поэтому АТФ в нем образуется лишь в небольшом количестве. При практическом отсутствии митохондрий АТФ синтезиру- ется за счет гликолиза. Используется также и пентозофосфатный путь, по- бочным продуктом которого является 2,3-дифосфоглицерат (2,3-ДФГ), участвующий в регуляции сродства гемоглобина к Ог. Это соединение на- ходится в эритроците в трех формах: свободной, связанной с гемоглоби- ном или с мембраной клетки. На фракцию связанного с мембраной, кото- рая является основным источником свободной его формы, приходится около 30 % всего количества. Связанный с гемоглобином 2,3-ДФГ способ- ствует ускорению дезоксигенации гемоглобина. Связь 2,3-ДФГ с гемогло- бином возрастает под влиянием гипоксии, закисления крови. Таким путем внутри эритроцита осуществляется авторегуляция процесса доставки кис- лорода к тканям.
310 Раздел П. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА АТФ, синтезируемая в эритроците, расходуется: - на поддержание эластичности мембраны, - поддержание ионных градиентов, - обеспечение некоторых биосинтетических процессов, - восстановление метгемоглобина. 10.5.4. Разрушение эритроцитов Жизненный цикл эритроцитов заканчивается их разрушением (гемоли- зом). В русле крови активность гемолиза эритроцитов обычно невелика, состарившиеся клетки погибают главным образом в макрофагальной си- стеме (в основном в селезенке). Эти процессы (рис. 10.2) зависят от изме- нения свойств как самого эритроцита, так и плазмы крови. Гормоны и другие регуляторы миелопоэза | Рис. 10.21 Жизненный цикл эритроцитов Внутри эритроци- тов содержание белков намного выше, а низ- комолекулярных ве- ществ, напротив, меньше, чем в плазме. Суммарное осмотиче- ское давление, созда- ваемое высокой кон- центрацией белков и низкой концентрацией солей, внутри эритро- цита несколько выше, чем в плазме. Это обеспечивает нормаль- ный тургор эритроци- тов. В связи с тем, что мембрана его для бел- ков непроницаема, ос- новным механизмом, обеспечивающим об- мен воды между эрит- роцитом и плазмой, являются низкомоле- кулярные ионы. Так, при повышении в кро- ви концентрации низ- комолекулярных сое- динений, которые лег- ко проникают в эрит- роциты, внутри них осмотическое давле- ние увеличивается. В результате вода посту-
Глава 10. КРОВЬ 311 пает внутрь эритроцитов, они набухают и могут лопнуть. Произойдет ос- мотический гемолиз. Это может наблюдаться, например, при уремии за счет увеличения содержания в крови мочевины. В ряде случаев в эритроците может нарушаться образование АТФ. При этом снижается скорость выкачивания ионов (работа ионных насосов), что приведет к увеличению концентрации ионов внутри клеток. Это так- же приведет к осмотическому гемолизу. Гемолиз наступает и в гипотони- ческом растворе. Мерой осмотической стойкости {осмотической рези- стентности) эритроцитов является концентрация NaCl в растворе, при которой происходит гемолиз. В норме гемолиз наименее стойких эритро- цитов {минимальная резистентность) начинается при концентрации NaCl 0,4%, а в растворе 0,34% {максимальная резистентность) разрушаются все эритроциты. При некоторых заболеваниях осмотическая стойкость эритроцитов снижается и гемолиз наступает при большей концентрации раствора. При старении эритроцитов активность метаболических процессов сни- жается. В результате мембрана клеток постепенно теряет эластичность и когда эритроцит проходит некоторые наиболее узкие участки сосудисто- го русла, то он в них может застревать. Одним из таких участков является селезенка, где расстояние между трабекулами около 3 мкм. Здесь эритро- циты разрушаются, а их осколки, гемоглобин фагоцитируются макрофа- гами. Часть эритроцитов может разрушаться в русле крови. При этом вы- шедший в плазму гемоглобин соединяется с а^-гликопротеином плазмы (гаптоглобином). Образующийся комплекс не проникает через мембрану почек и поступает в печень, селезенку, костный мозг. Здесь он распадает- ся, а поступив в печень, превращается в билирубин. При поступлении в кровь большого количества гемоглобина часть его фильтруется в почеч- ных канальцах. Здесь он может: выводиться с мочой, разрушаться либо возвращаться в кровоток, откуда затем поступать в печень. 10.5.5. Изменение концентрации эритроцитов в крови Анемия Снижение концентрации эритроцитов может быть следствием: - повышенного гемолиза, - кровопотери, - ослабления или полного прекращения эритропоэза. Следствием анемии является гипоксия, физиологическая характеристи- ка которой подробнее представлена в гл. 14. Полиглобулия (полицитемия) Состояние противоположное анемии — полицитемия наблюдается при повышении концентрации эритроцитов выше 5,0 млн/мкл. Можно выде- лить два типа полиглобулии: - физиологическая — обусловлена стимуляцией эритропоэза в ответ на пребывание человека в горах, - патологическая («истинная»).
312 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Последняя развивается вследствие ненормального возрастания образо- вания эритроцитов в костном мозге. Это разновидность лейкоза. Более редко полиглобулия развивается в связи с гиперпродукцией эритропоэти- на в почках (при их опухоли). Рост концентрации эритроцитов приводит к увеличению вязкости кро- ви. А это, в свою очередь, приводит к росту сопротивления кровотоку в сосудах микроциркуляторного русла. И здесь возникает несколько усло- вий, изменяющих кровообращение. Возрастание сопротивления кровотоку приводит к повышению нагруз- ки на сердце, особенно на левый желудочек (микроциркуляторные сосуды малого круга кровообращения имеют значительно больший диаметр, а значит, на них меньше сказывается возрастание вязкости крови). Соглас- но эффекту Анрепа, рост сопротивления приводит к более мощному со- кращению желудочка. Но высокая вязкость может привести к снижению венозного возврата крови к сердцу, а значит, к снижению силы систолы желудочка. Однако при полиглобулии, как правило, резко увеличивается общий объем крови, что приведет к возрастанию венозного возврата. То есть в данном случае конечный результат зависит от исхода «борьбы» противоположных механизмов. И чаще всего у таких больных ударцый объем сердца так же, как и АД, может оставаться в пределах нормы (ко- нечно, если не присоединяются какие-либо сопутствующие нарушения си- стемы кровообращения — подробнее см. гл. 11.) Функции других клеточных элементов крови (лейкоцитов и тромбоци- тов) рассматриваются ниже. 10.6. РЕГУЛЯЦИЯ КРОВЕТВОРЕНИЯ Общепринято образование форменных элементов крови обозначать термином кроветворение. Кроветворение — многостадийный процесс клеточных дифференцировок, в результате которого в кровь выходят зре- лые форменные элементы — лейкоциты, эритроциты и тромбоциты. Большинство клеток крови являются конечными, не способными к само- обновлению элементами. Постоянно идущий процесс обновления заклю- чается в гибели части клеток и замене их новообразованными. Современ- ная схема кроветворения основана на гипотезе А. А. Максимова, выска- занной еще в начале века, об унитарном (из общей клетки) происхожде- нии всех клеток крови. В настоящее время процесс развития клеток в костном мозге, его регу- ляция сравнительно неплохо изучены. Хотя остаются еще «белые пятна», касающиеся как морфологии, так и тонкостей тех механизмов, которые переводят процесс развития клеток на рельсы определенного ростка кро- ветворения. Механизмы, обеспечивающие дифференцировку — регулято- ры кроветворения, должны поддерживать образование форменных эле- ментов на таком уровне, чтобы в периферической крови не возник дефи- цит клеток. Так как развитие клеток в костном мозге совершается в тече- ние многих суток, заметный прирост клеток, если он связан с увеличени-
Глава 10. КРОВЬ 313 ем образования форменных элементов крови, на периферии будет ощу- щаться лишь через несколько дней. В реальной жизни могут возникать состояния, требующие изменения скорости кроветворения. Чаще всего возникает потребность в активации кроветворения после кровопотери. При этом совместимый с жизнью ми- нимум содержания эритроцитов в крови составляет [/4 от нормального уровня, а лейкоцитов и тромбоцитов — 1/|о. В связи с отсутствием в орга- низме истинного депо эритроцитов, после кровопотери и при ряде других состояний возникает необходимость в усиленном эритропоэзе. В отличие от этого, в норме большое количество тромбоцитов и особенно лейкоци- тов находится не в русле крови, а в депо. Поэтому в случае необходимо- сти они, выходя из депо, быстро пополняют пул циркулирующих клеток. Указанные отличия накладывают отпечаток и на скорость изменения активности систем регуляции для красного и остальных ростков кровет- ворения. 10.6.1. Кроветворные клетки Кроветворные клетки происходят из одной клетки-предшественницы. Это так называемая стволовая клетка. Одним из характерных свойств стволовой клетки ее является самоподдержание, заключающееся в том, что при делении одна из дочерних клеток остается стволовой, а другая может вступить на путь дальнейшей дифференцировки и пролиферации. После нескольких делений эта клетка образует класс полипотентных кле- ток, то есть способных дифференцироваться во все клетки крови (рис. 10.3). При выращивании in vitro культуры клеток установлено, что каждая клетка-предшественница образует колонии, состоящие из дочерних кле- ток, прошедших ту или иную стадию дифференцировки и пролиферации. Поэтому та- кие клетки называются коло- ниеобразующими единицами (КОЕ). Дальнейшее развитие клеток связано с формирова- нием унипотентных клеток, превращающихся при своем развитии лишь в определен- ный тип форменных элемен- тов крови. Первой «отшнуро- вывается» клетка, дающая колонию лимфоцитов. Остав- шиеся клетки еще содержат плюрипотентный потенци- ал — они могут дать начало всем клеткам, за исключени- КОГМ Г рануло- копк ППСК коэчк коз ©.^Эритро- циты ППСК ЛСК | Рис. 10.31. К0Мег Мега- карио- циты Т ромбоциты Фоциты В-ЛИМ- ФОЦИТЫ Дифференцировка кроветворных клеток кост- ного мозга
314 Раздел П. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА ем лимфоцитов. Через несколько делений и эти клетки превращаются в предшественницы строго специализированного ростка крови. Появляются предшественницы колоний эритроидного, нейтрофильного, эозинофиль- ного, базофильного, моноцитарного и мегакариоцитарного ряда. В норме для формирования зрелых клеток крови клетка-предшественница должна совершать не менее 11-12 делений. Продолжительность каждого митоти- ческого цикла — в среднем около суток, так что, например, до выхода эритроцитов в кровь проходит 12 суток. Все эти особенности кроветворения необходимо учитывать в гематоло- гической практике. Так, например, при лейкозе патологический тип кле- ток зависит от уровня «поломки»: может вовлекаться один росток кровет- ворения (на уровне дифференцированной КОЕ) либо несколько (на менее зрелом уровне). 10.6.2. Механизмы регуляции образования форменных элементов крови Восполнение естественного процесса разрушения форменных элемен- тов или активизация кроветворения происходят под влиянием специфиче- ских механизмов регуляции. В основе их лежат гуморальные факторы, контролирующие и направляющие пролиферацию и дифференцировку костномозговых кроветворных элементов. Тонкие механизмы, обеспечи- вающие поддержание пула родоначальных стволовых клеток и дифферен- цировку их до КОЕ, еще неизвестны. В этих процессах, по-видимому, определенную роль играют межклеточные взаимодействия самих клеток- предшественниц со стромальными элементами костного мозга. В резуль- тате постепенной трансформации родоначальных клеток на их поверхно- сти появляются рецепторы, обеспечивающие взаимодействие их со специ- фическими гормональными сигналами. После этого взаимодействия через посредство внутриклеточных вторичных посредников (циклические нуклеотиды, кальций, простагландины и т. д.) происходит дальнейшая дифференцировка КОЕ в направлении соответствующего ростка. В на- стоящее время выделены и достаточно хорошо изучены многие специфи- ческие стимуляторы кроветворения, называемые поэтинами или колоние- стимулирующими факторами (КСФ). Все они являются гликопротеинами. Местом образования большинства КСФ являются различного рода мак- рофаги и моноциты. Причем, эти же клетки выделяют вещества, стимули- рующие выделение КСФ из других клеток — например, эндотелия сосу- дов. К таким веществам относятся интерлейкин-1, фактор некроза опухо- лей. Развитие каждого ростка кроветворения происходит под влиянием специфического фактора. Так, эритропоэтин (ЭП) способствует образо- ванию эритроцитов; М-КСФ — колониестимулирующий фактор моно- цитов; ГМ-КСФ — грануломоноцитарные колонии; Г-КСФ — грануло- цитарные; интерлейкин-3 (ИЛ-3) — плюрипотентные колонии; ИЛ-2 и ИЛ-4 — лимфоциты. В результате взаимодействия различных КСФ с клетками костного мозга последние начинают созревать и выходить в кровоток. Так, к при-
Глава 10. КРОВЬ 315 меру, обеспечивается появление комплекса клеток белой крови, участву- ющих в иммунном ответе. На ранних этапах эмбрионального периода развития кроветворение происходит из эндотелия сосудов. Затем образование клеток крови перемещается в печень и лишь перед рождением — в костный мозг. Спе- цифические стимуляторы кроветворения появляются еще во внутриутроб- ном периоде. 10.6.3. Регуляция эритропоэза Основным местом образования эритропоэтина являются почки, а в них — клетки юкстагломерулярного аппарата. Небольшое количество его синтезируется в печени. Затем он поступает в кровь и разносится к месту своего влияния — костному мозгу. В условиях нормы ЭП синтезируется в небольшом количестве. Различного рода анемии, состояния, приводящие к недостатку кислорода во всем организме или только в почках, резко ак- тивируют образование ЭП. Под влиянием ЭП происходит дифференци- ровка и пролиферация эритроидных предшественников в костном мозге (рис. Ю.4.) Влияние ЭП на эритро- бласты модулируется други- ми стимуляторами кроветво- рения, образующимися в макрофагальной системе, на- пример интерлейкином-1. В результате этого комплекс- ного воздействия скорость пролиферации эритроидных элементов и их дифференци- ровка ускоряются. Эти про- цессы совершаются в так на- зываемых эритробластиче- ских островках. Эритроид- ные элементы в костном моз- Регуляция эритропоэза ге развиваются в виде коло- ний, сгруппированных вокруг макрофага (бывшего моноцита). Централь- ный макрофаг снабжает развивающиеся эритробласты эритропоэтином и другими регуляторами кроветворения, а также веществами, необходимы- ми для биосинтеза гемоглобина. В центре островков миелопоэза находят- ся ретикулярные клетки, выполняющие аналогичные функции для этих клеток. Кроме специфических гормонов, на пролиферацию и дифференциров- ку костномозговых кроветворных клеток влияют гормоны гипофиза, щи- товидной железы, надпочечников, половых желез. Вероятно, различием содержания гормонов объясняется более низкое число эритроцитов в кро- ви женщин.
316 Раздел П. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА 10.6.4. Регуляция объема плазмы крови* Почки более, чем другие органы, участвуют в поддержании объема плазмы крови, а опосредованно через нее — и других жидких сред орга- низма. Эта функция осуществляется путем участия в выделении воды, не- органических ионов, поддержания осмотического и онкотического давле- ний плазмы крови. Через плазму крови контролируются содержание меж- клеточной жидкости и уровень жидкости в закрытых полостях организма, а также содержание воды в межуточном веществе тканей. Основные механизмы, контролирующие постоянство объема крови, базируются на контроле артериального давления и объема крови, посту- пающей в предсердия (см. гл. 11). Рецепторы объема локализованы пре- имущественно в предсердиях. Кроме этого, объем плазмы регулируется в зависимости от осмотического и онкотического давлений, контроли- руемых осморецепторами гипоталамуса. При гиперволемии увеличивается венозный возврат крови к сердцу. В ре- зультате по механизму Франка — Старлинга (см. гл. 13) увеличивается сердечный выброс, что приводит к росту артериального давления. Сигнал от предсердных рецепторов растяжения угнетает образование антидиуре- тического гормона, под влиянием чего возрастает выделение воды почка- ми. Параллельно этому в предсердиях секретируется натрийуретический пептид, усиливающий выделение натрия, а вместе с ним и воды. Кроме то- го, указанный гормон способствует и образованию большего объема мо- чи. Все это обеспечивает снижение объема плазмы, а значит, и всей крови. При гиповолемии уменьшение венозного возврата крови к сердцу приво- дит к снижению сердечного выброса и артериального давления. При этом включается комплекс нейрогуморальных реакций. Уменьшение раздраже- ния барорецепторов дуги аорты, каротидного синуса, легочных артерий приводит к повышению сосудосуживающей импульсации симпатических нервов. Одновременно выбрасывается в кровь антидиуретический гормон гипофиза, запускается действие ренин-ангиотензин-альдостероновой систе- мы, в почках образуются местные вазоконстрикторы. Комплекс указанных изменений обеспечивает задержку натрия и воды в организме, а вместе с со- судосуживающими рефлексами — поддержание артериального давления. При снижении осмотического давления крови раздражение осморе- цепторов супраоптических ядер гипоталамуса приводит к уменьшению выброса антидиуретического гормона. Следствием этого будет рост вы- деления воды почками и увеличение осмотического давления. Противо- положная направленность реакций наблюдается при гиперосмии. Так, на- пример, повышение осмотического давления крови на 6% увеличивает концентрацию АДГ более чем в 10 раз. 10.7. КРОВОПОТЕРЯ Степень нарушений, возникающих в организме после кровопотери, определяется как ее величиной, так и скоростью. Постепенная потеря да- же 40 % ОЦК (эритроцитов) не вызывает катастрофических расстройств. * Материал, изложенный в подразд. 10.6.4 и 10.7, целесообразнее изучать после гл. 11 и 12.
Глава 10. КРОВЬ 317 В то же время острая потеря 30% крови может оказаться смертельной. Около 15% послеоперационной летальности обусловлено массивной кро- вопотерей во время операции. Восстановление кровотока после кровопотери Снижение объема циркулирущей в сосудистом русле крови при крово- потере приводит к развитию острой недостаточности кровообращения. Кровопотеря нарушает кровоток в связи с тем, что изменяет соотношение между емкостью сосудистого русла и ОЦК (рис. 10.5). Уменьшение ОЦК снижает давление наполнения во всей сосудистой системе, что прежде все- го приведет к уменьшению венозного возврата крови к сердцу. При этом в первую очередь задействуются системы рефлекторной компенсации имен- но этих нарушений — сниженного системного давления и падения веноз- ного возврата крови к сердцу. Они направлены на уменьшение емкости сосудистого русла, и прежде всего его венозного отдела — основного депо крови. Позднее мобилизуются резервы увеличения ОЦК. Если вели- чина кровопотери не превышает 15 мл/кг, то у физически здорового че- ловека системы регуляции могут компенсировать ее, и тогда среднее АД может быстро восстановиться. При большей кровопотере возможности рефлекторной компенсации емкости сосудистого русла оказываются не- достаточными и артериальное давление резко падает — развивается шок. Последовательность вовлечения механизмов компенсации при крово- потере примерно такова. Снижение конечнодиастолического объема при- водит к уменьшению ударного объема левого желудочка и к падению давления в магистральных сосудах. Уменьшение раздражения барорецеп- торов приводит к активации прессорных влияний, сужению артериаль- ных и венозных сосудов и учащению сердечного ритма. Сердце за счет учащения сокращений пытается компенсировать сниженный МОК. Суже- ние резистивных сосудов кожи, мышц, внутренних органов приводит к возрастанию периферического сопротивления. Исключение составляют сосуды сердца и мозга — органов, к которым и в этих условиях должна поступать значительная часть выбрасываемой крови. Сужение вен под- кожной клетчатки, скелетных мышц, чревной области, а также легких приводит к уменьшению объема емкостных сосудов. В результате разви- вается состояние, называемое централизацией кровотока’, оставшийся меньший объем крови перераспределяется к наиболее жизненно важным органам. Одновременно с указанными выше реакциями сердца и сосудов на- чинается как пассивное, так и гормонально регулируемое увеличение объема плазмы. Снижение давления в капиллярах приводит к превалиро- ванию реабсорбции над фильтрацией и к поступлению жидкости из меж- клеточного пространства в кровь (механизм см. ниже — гл. «Отеки»). В результате гормональных перестроек, о которых сказано в предыдущей главе, и уменьшения выделения воды и солей с мочой в благоприятных условиях мобилизации жидкости из тканей уже через 10—30 мин после по- тери 500 мл крови 80-100% потерянного объема может восполняться.
318 Раздел И. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Компенсация давления Давление! Объём I крови у крови у Компенсация объёма [Анаэробный! ! гликолиз J Лактат4 (Жажда) Г ипоталамус Гипофиз Возрастание симпатических . влияний Ро2| « х О ЗЕ Иду ° об) gsg 1 9 Мозговые сосудодвигательные центры АКТГ Почк ужение] вен J ора очечнико хронотропный и инотропный зФФект Хеморецепторы Б арорецепгоры Ангиотензин Ренин ужение артерий Капйлляры [П ериФерическое усопротивление TJ 71 о ложительный) (У величение)(Снижение1 х—__, адсорбции резерва (Олигурия ВОДЫ В крови '--------- J ' J L капи ллярах]< в венах | Рис. 10.51. Давлениет 0 бьём т крови I крови I Схема механизмов сопряженной регуляции функций сердечно-сосудистой системы и объема циркулирующей крови (по Gay)
Глава 10. КРОВЬ 319 При большей кровопотере объем плазмы восполняется через 12-72 ч. Вместе с задержкой воды для ее сохранения в русле крови должна восста- новиться прежняя концентрация ионов и белков. Особенно важна норма- лизация онкотического давления, позволяющая сохранить соответству- ющий объем плазмы в крови, проходящей через почки, а также условия обмена жидкости в микроциркуляторном русле. Онкотическое давление обусловлено белками плазмы, а их содержание зависит от активности основного органа синтеза плазменных белков — печени. Поэтому пато- логия этого органа приводит к задержке восстановления объема циркули- рующей крови. Только после восстановления прежнего ОЦК исчезает вышеуказанная напряженность функционирования регуляторных механизмов, направлен- ных на сужение сосудов, и нормализуется сосудистый тонус. 10.7.1. Шок Несовместимую с жизнью острую кровопотерю не следует отождеств- лять с геморрагическим шоком. Последний представляет собой патологи- ческий процесс, который хоть и вызван потерей крови, но в то же время она по своему объему первично не была несовместимой с жизнью. Тя- жесть состояния при острой кровопотере зависит от объема и темпа кро- вопотери, длительности сохранения дефицита ОЦК, то есть от исходного состояния больного и тех врачебных мероприятий, которые ему прово- дились. Если системам регуляции (нервно-рефлекторной, гуморальной) не уда- ется компенсировать возникшее уменьшение ОЦК, то произойдет резкое падение давления (шок). Это существенно нарушит функцию сердечно-со- судистой системы и послужит причиной смерти. Шок, обусловленный развитием декомпенсационной реакции, во многом является следствием длительного кислородного голодания тканей. Развивающееся энергетиче- ское истощение организма превращает гипоксию в ведущий фактор пато- генеза шока. Кроме того, необходимо учитывать, что кровопотеря чаще всего со- провождает травму. Присоединение болевого компонента усугубляет шокогенность недостаточного объема крови в русле. Однако при травма- тическом шоке можно выявить и механизмы компенсационно-адапта- ционного характера, направленные на стабилизацию всей системы транс- порта кислорода. При этом активируются симпато-адреналовая, каллик- реин-кининовая, гистаминовая и серотониновая системы. Учет всех факторов, характеризующих шокогенность кровопотери, в настоящее время весьма сложен и может быть оценен лишь приблизи- тельно. Показателем шокогенности кровопотери может быть соотноше- ние транспорта и поглощения кислорода. Это приблизительно может быть оценено исследованием АВР-О2 и метаболизма организма (парамет- ры КОС, исследование уровня недоокисленных продуктов).
320 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА 10.7.2. Искусственное восстановление объема крови (гемотрансфузия) После кровопотери, когда за счет плазмы начинается восстановление прежнего объема крови, концентрация эритроцитов параллельно этому падает. Максимум снижения гематокрита после массивной кровопотери наблюдается через 48-72 ч. Естественное восстановление эритрона за счет ускорения эритропоэза затягивается на много дней. В результате в первые часы и дни после кровопотери может проявляться дефицит эритроцитов, который тем более выражен, чем массивнее была кровопотеря. И поэтому встает вопрос об искусственном восстановлении его путем переливания крови. При гемотрансфузии необходимо восстановить не только дефицит ОЦК, но и достичь таких условий кровообращения, чтобы максимально снизить гипоксические расстройства обмена веществ. 10.8. ГРУППЫ КРОВИ* Необходимо помнить, что гемотрансфузия — это операция трансплан- тации чужеродной ткани. И первым грозным ее осложнением является иммунный конфликт. Антигенная специфичность присуща как ядерным клеткам крови, так и эритроцитам. Наличие антигенной специфичности эритроцитов определяют так называемые группы крови. Групповые анти- гены фиксированы на гликокаликсе мембраны эритроцитов. По своей хи- мической природе это гликолипиды или гликопротеиды. В настоящее время их обнаружено более 400. Система AB0 Наибольшее значение имеют антигены системы AB0. Молекула этих ан- тигенов состоит на 75% из углеводов и 15%—аминокислот. Пептидный компонент у всех трех антигенов, обозначаемых Н,А,В, одинаков. Специ- фичность их определяется углеводной частью. Люди с группой крови 0 име- ют антиген Н, специфичность которого обусловлена тремя концевыми угле- водными остатками. Добавление четвертого углеводного остатка к струк- туре //-антигена сообщает ему специфичность, обозначаемую А (если присоединена Ы-ацетил-П-галактоза), или В (если добавлена D-галактоза). Если смешать кровь, взятую от двух человек, то в большинстве случаев произойдет склеивание (агглютинация) эритроцитов. После этого может на- ступать их гемолиз. Та же картина наблюдается и при переливании несов- местимой крови. Это приведет к закупорке капилляров и другим осложне- ниям, заканчивающимся смертью. Агглютинация происходит в результате реакции «антиген — антитело». (Понятие об антителах дается в под- разд. 10.103.) Вышеуказанные антигены А или В взаимодействуют с имею- щимися в плазме крови другого человека антителами, обозначаемыми со- ответственно а или р. Это иммуноглобулины (1g), подробная характеристи- ка которых приводится в подразд. 10.10. По названию реакции антигены именуются агглютиногенами, а антитела — агглютининами. Полагают, что агглютинины имеют два активных центра, благодаря чему связывают два соседних эритроцита. При этом А взаимодействует с а, а В — с р. К агглю- тиногену Н в сыворотке крови нет агглютинина. Последующий лизис эри- * Материал, изложенный в подразд. 10.8, целесообразнее изучать после подразд. 10.10.
Глава 10. КРОВЬ 321 троцитов происходит при участии системы комплемента и образующихся протеолитических ферментов. Гемолиз происходит при наличии высокого титра антител. Антитела аир преимущественно относятся к IgM и в мень- шей степени — к IgG. Молекулярная масса их различна: у IgM—около 1000000, а у IgN— 170000. IgM являются типичными гемолизинами (при их взаимодействии с соответствующими антигенами, находящимися.на мемб- ране эритроцитов, образуются соединения, разрушающие эритроциты). В естественных условиях в крови человека не могут одновременно на- ходиться соответствующие один другому антиген и антитело, так как это могло бы привести к агглютинации эритроцитов. Но примечательно то, что при отсутствии в эритроците агглютиногена А или В в сыворотке крови обязательно есть агглютинины к ним. По соотношению этих факторов все люди могут быть подразделены на 4 группы крови: I группа — эритроциты содержат 0 антиген, плаз- ма — аир антитела; II — А и 0; III — В и а; IV — АВ и 0 (табл. 10.1). Начало исследованиям групп крови положил Ладштейнер, который в 1901 году описал эти 4 группы крови, обозначив их символами АВО по антигенам эритроцитов. Эти антигены являются наследуемыми, причем А и В — доминантные. В настоящее время обнаружено несколько подтипов этих антигенов. Плазма крови ново- рожденного, как правило, еще не имеет антител а и 0. После рождения они по- степенно появляются (рас- тет титр) к тому фактору, которого нет в его эритро- цитах. Полагают, что про- дукция указанных антител связана с поступлением в кровь детей каких-то ве- ществ из пищи или из суб- стратов, вырабатываемых кишечной микрофлорой. Эти вещества могут посту- пать из кишечника в кровь в связи с тем, что кишеч- ный тракт новорожденно- го еще способен всасывать крупные молекулы. Титр агглютининов достигает максимума в возрасте 10- 14 лет, постепенно снижа- ясь в последующем (рис. 10.6). Таблица 10.1 Агглютинация при смешивании эритроцитов и плазмы крови людей различных групп Антитела плазмы Антигены з ритроцитов Ц0) II (А) III (в) IV (А5) I а, 0 — + 4- + II . Р_ — — 4- 4- III а — + 4-. IV 0 - - - - 400 Тмтр агглютининов -------1 Возраст, года Рис. 10.6 Возрастная динамика титра а- и р-агглютининов
322 Раздел И. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Другие антигены эритроцитов На мембране эритроцитов кроме антигенов АВН имеются и другие ан- тигены (до 400), определяющие их антигенную специфичность. Из них около 30 встречаются достаточно часто и могут быть причиной агглюти- нации и гемолиза эритроцитов при переливании. По наличию антигенов Rh, М, S, Р, А, КК и других выделяют более двадцати различных систем крови. Однако к большинству этих факторов в естественных условиях в плазме не обнаруживаются антитела. Они образуются в ответ на попада- ние в организм антигенов, как и обычные иммунные антитела. А на это требуется время (несколько недель), в течение которого перелитые эрит- роциты уйдут из русла крови. Гемолиз эритроцитов при иммунном кон- фликте возникнет только при повторных трансфузиях. Поэтому при пере- ливании крови желательна совместимость не только по системе АВО, но и по другим факторам. В реальных условиях полной совместимости вряд ли можно добиться, так как только из тех антигенов, которые желательно учитывать (системы Rh, М, N, S, Р, А и др.), можно составить почти 300 млн комбинаций. Резус-принадлежность В настоящее время считается, что перед переливанием крови определе- ния групповой принадлежности лишь по системе АВО недостаточно. Как минимум всегда необходимо определить еще и резус-принадлежность. У большинства людей (до 85%) на мембране эритроцита имеется так на- зываемый резус-фактор (содержащийся и в эритроцитах макак-резус). Но, в отличие от антигенов А и В, в сыворотке крови резус-отрицате'ль- ного человека отсутствуют антирезусные антитела. Они появляются по- сле попадания резус-положительных эритроцитов в русло крови резус-от- рицательных людей, которых насчитывается примерно 15%. Резус-принадлежность (RJi) определяется наличием в мембране эритро- цита нескольких антигенов, обозначаемых С, D, Е, с, d, е. Наибольшее значение имеет D-агглютиноген, так как антитела к нему появляются более активно, чем к остальным. Кровь человека считается резус-положи- тельной (Rh+) при наличии в его эритроците D-фактора, при его отсут- ствии — резус-отрицательной (Rh). Переливание резус-отрицательному человеку резус-положительных эритроцитов приведет к иммунизации (рис. 10.7). Максимум титра антирезусных тел появится через 2-4 месяца. К этому времени ранее перелитые эритроциты уже покидают русло кро- ви. Но наличие антител представляет опасность при повторном перелива- нии вновь резус-положительных эритроцитов. Резус-фактор имеет значение не только при переливании крови, но и при беременности, в том случае, если мать, не имеющая в эритроцитах резус-фактора, беременна резус-положительным плодом. В ответ на попа- дание в ее организм эритроцитов плода постепенно начнется образование антител против резус-фактора. При нормально протекающей беременности это возможно, как прави- ло, лишь после родов, когда нарушается плацентарный барьер. Естест-
Глава 10. КРОВЬ 323 ЯЛ-фактор при беременности и трансфузии ЯЛ-несовместимой крови венные изоагглютинины аир относятся к классу IgM. Агглютинины против Rh+ фактора, как и ряда других, появляющихся при иммунизации, относятся к классу IgG. В связи с различием молекулярной массы, через плаценту обычно легко проникают антитела типа IgG, в то время как класса IgM не проходят. Поэтому после иммунизации при повторной и снова резус-конфликтной беременности именно иммунные антитела про- тив резус-фактора проникают через плаценту и вызывают разрушение эритроцитов плода со всеми вытекающими отсюда последствиями. Одна- ко, если почему-либо эритроциты плода попадают в кровеносное русло женщины во время первой беременности, тогда гемолитическая анемия новорожденных, вызванная резус-несовместимостью, может наблюдаться и при первой беременности. Изредка гемолиз эритроцитов плода может быть следствием проникновения и естественных изоагглютининов аир матери. 10.9. ОСНОВЫ ПЕРЕЛИВАНИЯ КРОВИ Ранее при переливании крови пользовались исключительно цельной кровью. Кроме того, когда не было широкой возможности переливать много крови, полагали, что при переливании нужно учитывать лишь групповую принадлежность эритроцитов донора. Действительно, при введении небольшого количества плазмы, содержащей агглютинины а или р, они разводятся в большом количестве плазмы реципиента, и титр их становится столь низким, что не в состоянии активно агтлютиниро-
324 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА вать эритроциты реципиента. Поэтому считалось возможным переливать не только одногруппную кровь, но и другую. Так, предлагали I группу крови, как не содержащую в эритроцитах А и В антигенов, вливать лю- бому реципиенту. Доноров I группы крови именовали универсальными. II и III группы крови рекомендовали переливать реципиентам этой же группы крови, но также человеку с IV группой крови, так что человека с IV группой крови относили к универсальным реципиентам. То есть здесь учитывается лишь переливаемая кровь, а не кровь реципиента. Однако подобные рекомендации нельзя использовать при введении значительных количеств крови, так как при этом антитела донора могут вызывать агглютинацию эритроцитов самого реципиента. Кроме того, необходимо учитывать, что в настоящее время рекомендации для перели- вания крови сужены, и, как правило, вводят много крови. А значит, для переливания необходимо использовать лишь одногруппную кровь. В край- нем случае можно воспользоваться одними эритроцитами I группы (0). Естественно, нельзя переливать также эритроциты резус-положитель- ного донора резус-отрицательному реципиенту. Хотя в этом случае во время первого переливания крови серьезных осложнений и не будет. Но опасным будет повторное переливание несовместимой крови. Исходя из этих же соображений, пользоваться кровью одного и того же донора при повторном переливании не следует, так как обязательно по какой-нибудь из более редких систем произойдет иммунизация. Таким образом, в на- стоящее время устарело не только представление об универсальном доно- ре, но и об универсальном реципиенте. В самом деле «классический универсальный» реципиент — человек IV группы крови является универ- сальным донором плазмы, так как в ней нет агглютининов. Несомненно, лучшим донором может быть только сам больной, и если есть возмож- ность заготовить перед операцией аутокровь, то это следует сделать. Пе- реливание крови другого человека, даже при соблюдении всех указанных выше правил, обязательно приведет к дополнительной иммунизации. 10.9.1. Недостатки трансфузии цельной крови Однако переливание большого количества цельной крови имеет ряд недостатков. Среди перечисленных ниже не указаны те, которые связаны с разнообразными врачебными оплошностями, и в том числе с переносом инфекций. С цельной кровью кроме эритроцитов, антигенную характеристику ко- торых обычно учитывают, в организм реципиента поступают и лейкоци- ты с тромбоцитами. А они имеют собственные антигены, которые могут быть основой иммунизации организма больного. И особенно при много- кратных трансфузиях, как правило, появляются антитела к этим формен- ным элементам. Этот недостаток можно преодолеть, применяя для пере- ливания эритроцитарную массу. Довольно частым осложнением гемотрансфузий является появление микротромбов и другого рода нарушений гемокоагуляции. Образование микросгустков происходит уже во флаконах при хранении крови, и тем
Глава 10. КРОВЬ 325 больше, чем дольше хранится кровь. Появляются они уже в суточной кро- ви. Поэтому при трансфузии, как правило, возникают микроэмболы. При этом еще происходят и микроциркуляторные нарушения. В основе их ле- жцт появление вазоактивных соединений (чаще всего аминов), образую- щихся при возникновении микроэмболов. Поэтому в период трансфузии растет периферическое сопротивление сосудов. Особенно наглядно это проявляется в сосудах малого круга — первых артериолах, с которыми встречается вводимая кровь при внутривенном переливании. Третьим существенным недостатком является постепенное повреждение мембраны эритроцитов при длительном хранении крови. В результате по- сле введения относительно быстро начинается разрушение переливаемых эритроцитов. Высокий гемолиз может привести не только к снижению кислородтранспортной функции крови, но и к тем нежелательным послед- ствиям, которые обусловлены появлением большого количества свобод- ного гемоглобина (блокаде ретикулоэндотелия, токсическому влиянию на ткани и органы). Четвертым недостатком является нарушение иммунореактивности. Так, например, при применении длительного искусственного кровообра- щения, когда в аппарате искусственного кровообращения (АПК) исполь- зуется не только ауто-, но и донорская кровь, изменяется уровень общего белка (особенно у-глобулина), развивается лимфо- и моноцитопения. Таким образом, при гемотрансфузиях могут быть следующие их неже- лательные эффекты: - повышение АД в сосудах малого круга кровообращения; - рост времени кровотока в малом круге кровообращения; - первые два эффекта, приводя к нарушению взаимодействия левого и правого отделов сердца, снижают мощность левого желудочка; - уменьшение объема плазмы; - прирост центрального объема крови; - относительно быстрое разрушение переливаемых эритроцитов. Некоторые из осложнений обусловлены не только указанными выше осложнениями (недостатками) гемотрансфузий, но и тем, что в самом организме уже вовлечены (еще до трансфузии) механизмы, запустившие системную реакцию компенсации кровопотери. Наиболее существенные изменения микроциркуляции и центральной гемодинамики происходят при переливании больших объемов крови (20 мл/кг и более). В принципе, для максимального снижения нежелательных последствий массивных гемотрансфузий можно рекомендовать переливание аутокрови или крови одного донора. Но оба указанных принципа маловыполнимы, так как много крови собственно больного или одного донора получить невозможно, а для накопления требуется ее долгое хранение. Последнее же чревато образованием большого числа микросгустков с повреждением эритроцитов, которые быстро гемолизируются в сосудистом русле реци-
326 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА пиента. Последствия же массивного гемолиза могут быть не менее тяже- лые, чем недостаток крови в русле при кровопотере. Исходя из всего сказанного выше, эффективность лечения кровопотери нередко становится более высокой при применении кровезаменителей и особенно их комплекса, в который может входить составной частью и трансфузия крови или эритроцитов. 10.9.2. Физиологические принципы составления кровезамещающих растворов Для замены крови при гемотрансфузиях в первую очередь необходимо использовать принципы изотоничности и изоонкотичности растворов. Раствор с давлением, большим чем у плазмы, называется гипертони- ческим, а с меньшим — гипотоническим. 96% общего осмотического дав- ления плазмы приходится на долю неорганических электролитов, среди которых основная роль принадлежит NaCl (около 60-80%). Поэтому про- стейшим кровезаменителем является раствор поваренной соли, 0,9% ко- торого создает осмотическое давление, близкое к 7,5 атм. Но если раствор вводится для возмещения потерянной крови, то он должен содержать более сбалансированную концентрацию неорганиче- ских солей, близкую по составу к плазме крови (будучи изотоничным), а также крупные молекулы (изоонкотичным), которые плохо проходят через мембраны и медленно выводятся из русла крови. Поэтому такие растворы являются более эффективными кровезаменителями. Наиболее полноценным плазмозаменителем является, естественно, сама плазма. Подобному условию отвечают также и протеиновые растворы, полиглю- кин и т. п. К примеру, применение полиглюкина приводит даже к более выраженному положительному эффекту. В русле крови его частицы нахо- дятся вдвое дольше, чем белки плазмы. В результате возрастает «приса- сывающее воду» влияние онкотического давления и за счет поступления межклеточной жидкости растет ОЦК. Кроме того, полиглюкин, обвола- кивая эритроциты в виде ионной оболочки, обуславливает дезагрегацию их, то есть снижается возможность внутрисосудистого тромбообразова- ния. Но данные эффекты возникают при переливании относительно уме- ренных количеств полиглюкина. Большие дозы его увеличивают вязкость крови и повышают агрегацию эритроцитов (за счет примеси декстрана, имеющего молекулярную массу выше 100000); приводят к значительному разбавлению крови и снижению ее коагуляционных свойств, гипопротеи- немии, снижению кислородтранспортной функции крови. Но если в качестве полноценного замещения потерянной крови приме- нять искусственно создаваемые растворы, то тогда необходимо воспроиз- вести и газотранспортные функции гемоглобина. В естественных условиях в растворенном состоянии в 100 мл крови находится лишь 0,3 мл кислоро- да. Кислородную емкость раствора можно повысить двумя путями: - повышая парциальное давление кислорода над жидкостью (гл. 14); - применяя соединения, обладающие способностью легко соединяться с этим газом и так же легко отдавать его в тканях.
Глава 10. КРОВЬ 327 Первое достигается в условиях барокамеры или при применении повы- шенного давления кислорода в АПК. В результате при давлении 3 атм в растворенном виде можно получить около 5 мл O2/IOO мл водного рас- твора. В настоящее время в клинических испытаниях находится несколько веществ, в той или иной степени попадающих под определение «искус- ственный гемоглобин». Такие исследования ведутся в трех основных направлениях: создание искусственного гемоглобина и эритроцитов; со- здание хелатных соединений, в том числе производных хлорофилла; созда- ние фторированных органических соединений. В странах СНГ наибольшее распространение получило третье направление, вылившееся в создание достаточно перспективного перфторана. Частички перфторуглеродов по размеру в 50-70 раз меньше эритроцитов, а кислородная емкость его в 3 раза больше, чем у любого плазмозаменителя. При введении препарата: - снижается вязкость крови за счет влияния на форменные элементы крови; - уменьшается агрегация эритроцитов, что способствует лучшей микро- циркуляции; - увеличивается резистентность эритроцитов к кислотному и осмотиче- скому гемолизу; - увеличивается величина электрического заряда клеточных мембран. В результате улучшаются не только кислородтранспортные способно- сти крови, но и гемодинамические характеристики кровотока. 10.10. ЗАЩИТНЫЕ СИСТЕМЫ ОРГАНИЗМА И ИХ НАРУШЕНИЕ 10.10.1. Общая характеристика защитных систем организма Для сохранения своей жизнеспособности организм должен постоянно защищаться как от действия различного рода микроорганизмов, их ток- синов, так и от токсических соединений, поступающих извне или образу- ющихся в нем самом. Кроме того, в процессе деления могут образовы- ваться мутантные клетки, от которых организму необходимо избавлять- ся. Естественно, что от функционального состояния защитных механиз- мов во многом зависит не только здоровье, но и жизнь человека. Основой защитных функций организма является реактивность — свой- ство отвечать на различные воздействия окружающей среды. При дейст- вии патогенного фактора принципиально возможны два ответа: болезнь или проявится свойство резистентности (устойчивость организма к дей- ствию патогенных агентов, способность сопротивляться им). Наиболее сложны механизмы защиты от действия живых патогенных факторов — микроорганизмов, вирусов, а также клеток, которые могут появляться в результате ошибок считывания генетической информации при делении. Резистентность может быть активной и пассивной. Пассивная связана с анатомо-физиологическими особенностями организма (механические свойства кожи, реснички, слизь слизистых и т. п.). Активная — включает за- щитно-приспособительные реакции на действие повреждающих факторов. Среди механизмов защиты от инфекционных агентов имеются неспеци-
328 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА фические — включающиеся при попадании любого патогенного агента (микробы, вирусы) и специфические — формирующиеся на поступление конкретного микроорганизма. Клеточные и гуморальные механизмы, обеспечивающие специфические реакции, называются иммунитетом (от лат. immunis — свободный от). Иммунная система способна распозна- вать «свое — чужое». Защитные функции крови обеспечиваются ее лейкоцитами. Фагоцитоз Из клеточных факторов защиты наибольшее значение принадлежит от- крытому И. И. Мечниковым фагоцитозу (от лат. phagos—пожираю- щий) — свойству некоторых клеток приближаться, захватывать и перева- ривать чужеродный объект. Комплекс всех фагоцитов крови и тканей на- зывается мононуклеарной фагоцитирующей системой (МФС). Среди них различают сравнительно небольшие клетки — микрофаги (например, нейтрофилы) и большие — макрофаги (моноциты и их тканевые потом- ки). Фагоциты, и особенно микрофаги, имеют хорошо развитый аппарат движения. Сближение фагоцита с микроорганизмом и его захват обуслов- лены хемотаксисом. Он проявляется при воздействии на клетку специфи- ческих факторов, образующихся при взаимодействии микробной поверх- ности с системами плазмы крови (иммуноглобулинов, комплемента, фрагментов молекул микроорганизмов). Самым мощным хемотаксисом обладают лейкотриены (производные арахидоновой кислоты). Они секре- тируются активированными Т-лимфоцитами и макрофагами после воз- действия на них бактериальных токсинов и других производных бакте- рий. Хемотаксису способствуют и вазоактивные соединения, благодаря которым усиливается кровоток и проницаемость сосудистой стенки для выхода нейтрофилов из русла крови. Фагоцитоз — активный процесс, сопровождающийся повышением по- требления клеткой С>2 и глюкозы. Фагоцитоз усиливается под влиянием образующихся в клетках гидроперекисей водорода и свободных радика- лов кислорода. Причем указанные соединения оказывают токсическое воздействие не только на микроорганизмы, но и на сам фагоцит. Это является одним из механизмов гибели самих фагоцитов при фагоцитозе. Макрофаги участвуют также в опознании «свое — чужое». Погло- щение макрофагом чужеродного антигена служит одним из сигналов для активации синтеза антител. Подобным же образом макрофаги участвуют в таких реакциях клеточного иммунитета, как отторжение транспланта- та, защита от опухолевых клеток. Гуморальные механизмы иммунитета Гуморальные механизмы включают широкий спектр факторов, имею- щихся в крови и других средах организма и нейтрализующих непосредст- венно патогенные факторы или их токсины. К ним относятся специфиче- ские у-глобулины (иммунные антитела), а также лизоцим, лизины, система
Глава 10. КРОВЬ 329 комплемента, интерферон и другие соединения, содержащиеся в различ- ных жидких средах организма. В ответ на попадание в организм чужеродного белка (или гликопроте- ида) — антигена в лимфоидных органах начинается пролиферация лим- фоцитов и синтез антител. Антигеном может быть микроорганизм или его отдельные молекулы-переносчики и расположенные на них детерми- нантные группы, обуславливающие специфичность. Антигенными свой- ствами обладают субстраты с мол. массой более 8000. Процессы узнавания генетически чужеродных веществ связаны с функ- цией лимфоцитов и моноцитов. В биосинтезе антител ведущую роль игра- ют лимфоциты. Когда фагоциты захватывают и разрушают чужеродные вещества, то их фрагменты остаются на плазматической мембране клеток в соединении со специфическими рецепторами. Одна из разновидностей лимфоцитов — антигенреактивные Т-лимфоциты также имеют на мем- бране рецепторы к антигенам, благодаря которым они и узнают их. После адсорбции антигена информацию о нем указанные клетки передают на лимфоциты другой разновидности — В-лимфоциты. В результате при участии Т-хелперов (от англ, helper — помощник) начинается процесс антигензависимого развития В-лимфоцитов в лимфоидных органах. Роль Т-хелперов заключается в том, что они с помощью гуморальных медиато- ров — митогенов стимулируют развитие В-лимфоцитов и превращение их в плазматические клетки, синтезирующие специфические иммунные тела. Т-хелперы определяют силу иммунного ответа. При старении и опухо- левом процессе содержание хелперов уменьшается, а, например, при ре- акциях отторжения пересаженного трансплантата — увеличивается. Сила и направление иммунного ответа регулируются также и клетками-супрес- сорами (от англ, suppress— подавлять), которые, главным образом, огра- ничивают пролиферацию клонов лимфоидных клеток, антителообразова- ние, активность клеток-киллеров (от англ, killer — убийца). Клетки-килле- ры вместе с хелперами и супрессорами участвуют в создании клеточного иммунитета. Особо важная роль в иммунных реакциях принадлежит лимфатическим узлам, содержащим все необходимые клеточные элементы. Лимфатиче- ские узлы являются своеобразным фильтром проходящей через них лим- фы. Поступающая по приносящим сосудам лимфа попадает сначала в краевой синус, расположенный между капсулой и корковым веществом. Затем она направляется к центру и покидает лимфатический узел через ворота по выносящему сосуду. Лимфа, проходя через корковое и мозго- вое вещество, при наличии микроорганизмов или антигенов частично, от них освобождается. Важную роль в защитных функциях слизистых обо- лочек выполняет лимфоидная ткань, находящаяся в подслизистом про- странстве. Подобным фильтром для крови является селезенка. Селезенка удаляет из кровотока не только попавшие чужеродные антигены, но и утратив- шие функциональную активность эритроциты, лейкоциты и тромбоциты.
330 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Антитела Синтез антител (иммуноглобулинов) плазматическими клетками проис- ходит в лимфоидных органах. Каждый из иммуноглобулинов состоит из легких и тяжелых цепей. Может синтезироваться несколько типов имму- ноглобулинов: IgM, IgG, IgA, IgD, IgE. Они имеют разную мол. массу (от 160000 до 970000) и обладают разной способностью соединяться с ан- тигеном и нейтрализовать его. У здорового человека 75 % антител — IgG. В зависимости от характера патологического процесса, стадии его, актив- ности развивающегося иммунитета, в крови и органах накапливаются различные типы антител. По механизму взаимодействия с антигеном различают антитела двух типов: - прямое взаимодействие антитела с антигеном, - опосредованное через вовлечение системы комплемента. При прямом взаимодействии антитела с антигеном могут происходить четыре разновидности реакций: - агглютинация — склеивание нескольких антигенов (клеток с антигена- ми) друг с другом; - преципитация, заключающаяся в превращении растворимого антигена в нерастворимую форму; - нейтрализация токсинов; - лизис — повреждение клеточной мембраны и разрушение клетки. Система комплемента содержит около 20 различных протеинов, мно- гие из которых обладают ферментативными свойствами. Взаимодействие антигена с соответствующим антителом зачастую вовлекает указанную систему. В результате могут быть весьма разнообразные эффекты, под- робно которые рассматриваются в специальных разделах иммунологии и патофизиологии. Реакция «антиген — антитело» представляет собой специфическое вза- имодействие этих соединений, благодаря чему происходит обезврежива- ние антигена, а если им является бактериальная клетка, то она погибает. В данном процессе принимают самое активное участие неспецифические факторы, такие как система комплемента. Выраженность иммунного ответа генетически детерминирована, и по- этому у разных людей на один и тот же антиген наблюдается различной силы ответ. Иногда иммунный ответ бывает столь сильным (гиперчув- ствительность), что сам по себе приводит к патологи — аллергии. При различного типа аллергических реакциях взаимодействие «антиген — ан- титело» вызывает образование целого комплекса биологически активных соединений, которые и обуславливают повреждающий эффект. 10.10.2. Физиологическая характеристика лейкоцитов Ведущая роль в формировании иммунитета принадлежит клеткам кро- ви — лейкоцитам. В норме в крови человека их содержится от 4 до 10 тыс. в 1 мкл крови (-4—10- 109/л). Увеличение их числа называется лейкоцитозом,
Глава 10. КРОВЬ 331 а уменьшение — лейкопенией. В отличие от других клеток крови, выпол- няющих свои функции непосредственно в сосудистом русле, лейкоциты выполняют свои разнообразные задачи преимущественно в соединитель- ной ткани различных органов. В русле крови лейкоциты циркулируют лишь в течение нескольких часов (от 4 до 72 ч) после выхода из костного мозга и других иммунокомпетентных органов. Затем они, проходя через стенку капилляров, расселяются по тканям. В тканях лейкоциты могут на- ходиться в течение многих дней. Все лейкоциты способны к самостоя- тельному передвижению. Амебоидное движение осуществляют содержа- щиеся в них белки актиновой и миозиновой природы. Таким образом, кровь для лейкоцитов является промежуточным этапом существования. Благодаря кровотоку, лейкоциты, образующиеся в костном мозге, разно- сятся ко всем органам. Лейкоциты являются полноценными клетками, содержащими ядро и прочие субклеточные структуры. По форме ядра и присутствию в цито- плазме различных включений лейкоциты подразделяются на пять видов, процентное соотношение которых в крови называется лейкоцитарной формулой (табл. 10.2). Таблица 10.2 Содержание в крови различных видов лейкоцитов (лейкоцитарная формула) Нейтрофилы Эозино- филы Базо- филы Лимфо- циты Моно» циты мета- миелоциты палочко- ядерные сегменто- ядерные Содержание в крови, % 0-1 1-5 45-70 1-5 0-1 20-40 2-10 Абс. кол-во в 1 мкл До 90 50-400 3000-5600 50-250 До 90 1800-3000 150-600 Нейтрофилы Подавляющее большинство лейкоцитов крови (40-70%) — нейтрофи- лы. Диаметр нейтрофилов 10-15 мкм. После выхода из костного мозга нейтрофилы в крови циркулируют лишь несколько часов (в среднем око- ло 8 ч). Затем они, покинув русло крови, в течение нескольких дней нахо- дятся среди соединительнотканных элементов большинства органов. Здесь они способны захватывать и переваривать (фагоцитировать) мик- роорганизмы. За это свойство и свои относительно небольшие размеры нейтрофилы именуются микрофагами. Переваривание бактерий происхо- дит под влиянием различных факторов, находящихся в гранулах лейкоци- тов (их три типа). Содержимое гранул в состоянии инактивировать ши- рокий спектр микрофлоры, микоплазм и даже некоторых вирусов. Осо- бенно активны миелопероксидаза, активирующаяся перекисью водорода, и лизоцим, гидролизирующий гликопротеиды бактериальной оболочки. Фагоцитин, катионные белки гранул, гидролазы, полипептидазы, ДНКа- зы и РНКазы совместно с указанными выше соединениями в состоянии расщепить любую структуру фагоцитированных бактерий. Кроме этих
332 Раздел И, ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА соединений бактерицидный эффект нейтрофилов связан с возникающим в них спустя 30-60 с после контакта мембраны с активирующим агентом «метаболического взрыва»: ростом потребления кислорода, образовани- ем супероксидных радикалов (Ог) и перекиси водорода (Н2О2). Нейтрофи- лы вместе с другими погибающими клетками образуют основу гноя. Способность нейтрофилов и других клеток распознавать микроорга- низмы, медиаторы и другие соединения определяется наличием на их мембране соответствующих рецепторов к этим лигандам. Участвуют нейтрофилы и в образовании интерферона — вещества, воздействующего на вирусы. Синтезируют они и факторы, обладающие бактерицидным действием (лактоферрин), а также стимулирующим реге- нерацию тканей (кислые гликозаминогликаны) после их повреждения. Причем некоторые из гранул (II типа) секретируются нейтрофилами по- стоянно и вне процесса фагоцитоза. Участвуют нейтрофилы и в специфическом иммунитете, влияя на актив- ность В- и Т-лимфоцитов, а также усиливая продукцию антител. В свою очередь, нейтрофилы в присутствии IgG и системы комплемента оказыва- ют повреждающий (цитотоксический — см. ниже) эффект на клетки-мише- ни при участии активных форм кислорода. В русле крови содержится лишь небольшое количество зрелых клеток. В 20-40 раз больше их находится в органах — депо, основным из которых является место образования — кроветворный костный мозг, а также селе- зенка, печень, капилляры легких. После образования зрелый нейтрофил еще в течение 5-7 дней остается в костном мозге. Отсюда нейтрофилы могут легко выходить и пополнять пул циркулирующих клеток, скапли- вающихся вокруг места повреждения, очага воспаления. Увеличение содержания нейтрофилов в крови может быть обусловлено как за счет ускорения, так и путем перераспределительной реакции, возни- кающей при попадании микроорганизмов, при эмоциях, физической ра- боте, пищеварении, различного рода стрессах. Активный выход лейкоци- тов из костного мозга приводит к появлению в русле крови юных форм— палочкоядерных или даже метамиелоцитов. Увеличение концентрации их в крови свидетельствует об активации образования и выхода нейтрофи- лов из костного мозга. За счет усиления новообразования лейкоцитоз воз- никает лишь спустя несколько дней после начала стимуляции этого про- цесса. Перераспределительный лейкоцитоз является следствием не только выхода нейтрофилов из органов депо, но и изменения способа циркуля- ции. Обычно в токе крови нейтрофилы составляют две части — пул цир- кулирующих по оси сосудов и пул пристеночных клеток. При выше- указанных состояниях лейкоциты отходят от стенок и присоединяются к циркулирующим клеткам. Моноциты Моноциты составляют 2-10% лейкоцитов. Это самые крупные моно- нуклеарные клетки крови, имеющие диаметр 16-20 мкм. Моноциты кро- ви после своего сравнительно длительного периода циркуляции (Т|/2 до
Глава 10. КРОВЬ 333 72 ч) покидают русло крови и в тканях превращаются в клетки макрофа- гальной системы. Кроме того, макрофаги могут трансформироваться и в другие клетки. Таким образом, моноциты крови не являются конечными дифференцированными клетками, они еще сохраняют потенцию к даль- нейшему развитию. Специфической функцией моноцитов и макрофагов является фагоци- тоз бактерий, поврежденных и состарившихся клеток. Они способны к хе- мотаксису, движению в направлении определенных веществ. Макрофаги участвуют в продукции ряда компонентов комплемента, интерферона. С защитной функцией макрофагов связана и способность их продуци- ровать в кровоток эндогенный пироген. Это белок, синтезируемый при фа- гоцитозе, который совместно с простагландинами крови действует на терморегулирующий центр гипоталамуса. Его воздействие изменяет со- стояние терморегулирующих процессов в организме, в результате чего при инфекциях температура тела повышается. Макрофаги участвуют в опознании «свое — чужое» и формировании ан- тител. Кроме этого, макрофаги участвуют в реакциях клеточного иммуни- тета'. уничтожая опухолевые клетки, отторгая чужеродный трансплантат. Система макрофагов играет важную роль также и в регуляции процессов кроветворения, образуя различные интерлейкины. В общей сложности мо- ноциты секретируют более 100 биологически активных соединений. Базофилы Базофилы составляют 0,5% лейкоцитов крови. Это клетки с сегменти- рованным ядром, имеющие диаметр 10-12 мкм. Базофилы, находящиеся в тканях, именуются тучными клетками. Базофилы содержат большое ко- личество таких биологически активных соединений, как гепарин — проти- восвертывающее вещество и гистамин, повышающий проницаемость сте- нок капилляров. Гистамин также укорачивает время свертывания крови (антагонист гепарина), активирует внутрисосудистое образование тром'ба, стимулирует фагоцитоз, оказывает противовоспалительное действие на ткани. В базофилах образуется и «фактор, активирующий тромбоциты». В начальный период поступления в организм микроорганизмов базофилы способствуют развитию воспаления, а после ликвидации — участвуют в рассасывании воспалительного очага. Базофилы являются также источ- ником брадикинина, серотонина и ряда лизосомальных ферментов. Функция базофилов заключается в поддержании кровотока в мелких со- судах, в регуляции роста новых капилляров, а также в участии в обеспече- нии миграции других лейкоцитов в тканях к месту воспаления. К примеру, в печени и легких, где кровоток в венах более медленный, находится много тромбоцитов и создаются условия для тромбообразования. Базофилы и тучные клетки, выбрасывая свое содержимое (главным образом, гепарин и гистамин), поддерживают здесь нормальный кровоток. Мощными факторами дегрануляции базофилов являются IgE и взаи- модействующие с ними аллергены. Это обеспечивает их участие в аллер- гических реакциях. При сенсибилизации организма (см. подразд. 10.10.8;
334 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА подробнее эти патологические реакции изучаются в курсе «Патофизоло- гия») в них синтезируются «эозинофильный хемотаксический фактор ана- филаксии» и «медленно реагирующая субстанция анафилаксии». Поэтому базофилия является одним из признаков сенсибилизации организма при аллергиях. Эозинофилы Эозинофилы (1-5 % лейкоцитов крови) — клетки диаметром 12-17 мкм, имеющие двухлопастное ядро. По мере созревания в их цитоплазме обра- зуется два типа ферментсодержащих гранул: малые и большие. Функцио- нально эозинофилы относятся к микрофагам. Но фагоцитарная активность ферментов эозинофилов ниже, чем у нейтрофилов. В то же время наличие ряда факторов и ферментов придает им способность выполнять некоторые свои достаточно специфические функции. Так, арилсулъфатаза мелких гранул инактивирует ряд субстанций анафилаксии, уменьшая выражен- ность реакций немедленной гиперчувствительности. Основной белок боль- ших гранул способен нейтрализовать гепарин. Эозинофилы под влиянием хемотаксических факторов мигрируют к месту появления небольшого ко- личества антигена, где происходит реакция «антиген — антитело». Здесь они образуют своего рода защитный вал в виде местного некроза и фибро- зирования, ограничивающий распространение продуктов данной реакции по всему организму. Основной ареной этого являются подслизистый и подэпителиальный слои, поэтому здесь их содержится больше всего. Мощ- ными хемотаксическими факторами для эозинофилов являются «эозино- фильный хемотаксический фактор анафилаксии», образуемый базофилами и тучными клетками, ряд субстанций комплемента. В тканях эозинофилы являются антагонистами базофилов, нейтрализуя их биологически актив- ные субстанции, выделяемые при анафилаксиях (гистамин, гепарин, «фак- тор, активирующий тромбоциты» и др.). Кроме этого, для функции эозинофилов важным является основной (красящийся основными красителями) белок с мол. массой 9200, содержа- щийся в больших гранулах эозинофилов. За счет этого белка они оказы- вают цитотоксическое влияние на гельминты и их личинки. С функцией эозинофилов тесно связана кинетика их в организме. Выходя из костного мозга, эозинофилы в крови циркулируют недолго (Т|/2 около 2 ч), после чего они мигрируют главным образом в покровные ткани. Содержание их в тканях примерно в 100 раз больше, чем в крово- токе. При длительном нахождении в организме гельминтов, при аллерги- зации развивается эозинофилия — увеличение количества циркулирующих клеток. Эозинофилия обусловлена тем, что вышедшие из костного мозга малозрелые клетки вначале находятся в крови в течение непродолжитель- ного времени, так как поступают в ткани. Отсюда они вновь могут воз- вращаться в кровоток, где циркулируют теперь уже много дней, создавая эффект эозинофилии.
Глава 10. КРОВЬ 335 Лимфоциты Лимфоциты составляют 20-40% лейкоцитов. Эти мононуклеары, как и моноциты, сохранили способность к пролиферации и дифференцировке. Лимфоциты, образовавшись в костном мозге, выходят в кровоток. Но большинство их подвергается повторному дозреванию в лимфоидных ор- ганах (рис. 10.8). Различают первичные и вторичные лимфоидные органы. Одним из первичных лимфоидных органов является вилочковая железа (тимус). Лимфоциты, как и другие клетки крови, возникают из общих стволовых клеток-предшественников, часть которых еще в эмбриональ- ном периоде покидает костный мозг и заселяет тимус. Эти клетки дают начало Т-лимфоцитам. Созревание и деление Т-лим- фоцитов регулируют гумораль- ные факторы — тимозин, ти- мопоэтин, Т-активин и другие, образующиеся в клетках эпите- лия тимуса. Т-клетки, созрева- ющие в коре тимуса, весьма чувствительны к действию кор- тикостероидов, так что при увеличении в крови содержа- ния указанных гормонов эти клетки могут разрушаться. Другим первичным лимфо- идным органом у человека, ве- роятно, является костный мозг, а у птиц — Bursa Fabricii. Созревающие здесь лимфоци- ты относятся к В-лимфоцитам (от лат. bursa — сумка). Рециркуляция лимфоцитов и моноцитов: В — В-лимфоциты; Т—Т-лимфоциты; Мо—мо- ноциты; Ма — макрофаги (по Foldi) К вторичным органам при- надлежат лимфатические узлы, селезенка и система лимфоэпителиальных образований, которая объединяет скопления лимфоидной ткани в слизи- стых оболочках ЖКТ, дыхательных и мочеполовых путей. Сюда поступают лимфоциты из костного мозга и тимуса, то есть поступают В- и Т-лимфоци- ты. Во вторичных лимфоидных органах происходит пролиферация лимфо- цитов в ответ на попадание в организм чужеродного белка-антигена. Указанные Т-, а возможно, и В-лимфоциты способны к рециркуляции: они снова появляются в крови и поступают в новые участки вторичных лимфоидных органов, где образуют колонии, синтезирующие эти антите- ла. В крови взрослого человека на долю Т-лимфоцитов приходится около 75% лимфоцитов, 15% составляют В-лимфоциты, а остальные 10% лим- фоцитов относятся к так называемым «ноль»- клеткам. Лимфоциты участвуют в реакциях антимикробного и клеточного им- мунитета, обеспечивающего уничтожение мутировавших клеток. Подводя
336 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА итоги краткой характеристике функций лимфоцитов, можно отметить следующие их функциональные назначения. Т-лимфоциты: - служат основным эффектором клеточного иммунитета (киллеры), - регулируют выраженность иммунного ответа (супрессоры), - обеспечивают узнавание «чужого». В-лимфоциты: - осуществляют синтез антител (превращаясь в плазматические клетки), - обеспечивают иммунную память, - участвуют в реакциях клеточного иммунитета (В-киллеры, В-супрессоры). Плазматические клетки Часть плазматических клеток может находиться в организме долгое время и после исчезновения антигенов. Это обеспечивает так называемую иммунную память. Кроме них важная роль в обеспечении иммунной па- мяти принадлежит и потомкам антигенреактивных Т-клеток, хелперов, супрессоров, несущих на своей мембране рецепторы к соответствующим антигенам. Благодаря этому, при повторном контакте организма с анти- геном иммунный ответ, в том числе и скорость образования антител, су- щественно отличается от первичной реакции. Начальная реакция в ответ на первое попадание антигенов развивается сравнительно медленно, так как достаточно высокая концентрация антител создается лишь через 2- 3 недели и находится в крови, как правило, сравнительно недолго (несколько недель). При повторном попадании антигенов, благодаря иммунной памяти эти процессы резко ускоряются. Достаточно большое количество антител появляется уже спустя несколько часов (суток), и ан- тигены быстро нейтрализуются. К тому же эти антитела в организме мо- гут находиться в течение более длительного времени, чем антитела после первой иммунизации. 10.10.3. Клеточный иммунитет Защитная функция белых клеток крови связана не только с обезврежи- ванием инфекционных агентов, но и вообще с уничтожением любых гене- тически отличающихся клеток (клеточный гомеостаз). Такие клетки мо- гут образовываться в организме в результате нарушений передачи наслед- ственной информации — мутаций. Полагают, что в организме в каждый данный момент может быть до 10 млн изменившихся клеток (примерная частота мутаций в период митозов составляет одну на миллион клеток). Большинство таких клеток нежизнеспособно и сразу погибает. Другие, напротив, приобретая повышенную потенцию к делению, могут стано- виться опухолевыми. Для борьбы с этими клетками существуют реакции клеточного иммунитета. Клеточный иммунитет имеет значение и для борьбы с некоторыми вирусами и микроорганизмами. Задачей клеточно- го иммунитета является уничтожение мутировавших и ставших чужерод- ными клеток (а также пересаженных клеток и органов). Его обеспечивают различные типы лимфоцитов, и главным образом клетки-киллеры. Килле-
Глава 10. КРОВЬ 337 ры образуются в результате дифференцировки лимфоцитов клеточными антигенами (см. ниже). Они оказывают цитотоксическое воздействие на чужеродные клетки. Цитотоксический эффект Т-киллеров схематично сводится к тому, что они при контакте с клеткой-мишенью выпускают из своей цитоплазмы продукты активных форм кислорода, лимфокины, спе- цифические гранулы. Все эти «стрелы» нарушают целостность клеточной мембраны клеток, что приводит к осмотическому гемолизу клеток и их гибели. В этом процессе принимают участие другие разновидности лим- фоцитов — хелперы и супрессоры, а также макрофаги и образуемые ими местно действующие антитела. Определенную роль в этом процессе выполняют и макрофаги, способ- ные распознавать чужеродные клетки. При этом они проявляют цитоток- сические свойства, которые определяются выходом продуктов, образо- ванных под влиянием активных форм кислорода. Антигены гистосовместимости Кроме того, важную роль в реакциях клеточного и трансплантацион- ного иммунитета играет система «антиген — антитело». Распознавание чужеродности обеспечивается антигенами гистосовместимости — HLA (от англ. Human Leukocytic Antigens — антигены лейкоцитов человека). Эти антигены находятся на плазматической мембране клеток, содержа- щих ядра, в том числе и лейкоцитов. Антигены HLA представляют собой гликопротеиды, прочно связанные с клеточной мембраной. Выделяют несколько основных подтипов антигенов: А, В, С, D, DR. Каждый из них, в свою очередь, имеет несколько подвидов. По наличию конкретного набора этих антигенов (а их около 100) клет- ки каждого человека обладают практически уникальной специфично- стью. Эту специфичность строго контролирует клеточный иммунитет. Появление чужеродных антигенов запускает реакции отторжения, в кото- рых участвует указанная выше система защиты. Поэтому при необходи- мости пересадки органа требуется очень тщательный подбор донора по антигенам гистосовместимости (наиболее близкие антигены у однояйцо- вых близнецов). Но даже при тщательном подборе донора после пересад- ки необходимо ослаблять реакцию клеточного иммунитета, так как абсо- лютное тождество подобрать практически не удается. 10.10.4. Регуляция иммунитета Иммунитет, его активность, определяемая взаимодействием клеточных и гуморальных механизмов, зависит: - от количества образующихся в костном мозге белых клеток крови, скорости их выхода; - от дифференцировки в лимфоидной и других тканях некоторых из них (моноцитов и лимфоцитов); - от активности синтеза гуморальных факторов иммунитета. Выше (см. подразд.10.6) описывались некоторые механизмы регуляции
338 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА интенсивности образования клеток белой крови в костном мозге. Другие процессы, их активность также подвержены регулирующему влиянию. Тимус Центральным звеном регуляции иммунитета, его интраиммунных ме- ханизмов является вилочковая железа (тимус). С одной стороны, в ней происходит созревание одного из видов лимфоцитов — Т-лимфоцитов. С другой стороны, тимус является активным эндокринным органом, син- тезирующим ряд гормонов, обеспечивающих регуляцию клеточного гоме- остаза и иммунную защиту от бактериальных агентов. Эти соединения осуществляют как местный паракринный эффект, так и дистантное влия- ние на другие органы иммунной системы. Среди большого количества биологически активных соединений тимуса можно выделить некоторые, гормональная активность которых установлена. Большинство их являет- ся полипептидами. Тимопоэтин Из других биологически активных соединений, выделяемых из вилочко- вой железы, можно указать на продуцируемый эпителиальными клетками пептид, названный тимопоэтином. Это название он получил за способность усиливать дифференцировку протимоцитов в тимоциты (Т-лимфоциты). Кроме того, в клетках стромы тимуса секретируются многие биологиче- ски активные соединения, которые образуются и в других органах и тка- нях. К ним можно отнести различные интерлейкины, простагландины. Эти соединения участвуют как в дифференцировке клеток самого тимуса, так и в оказании дистантного влияния на другие структуры иммунной системы. Тимозины Некоторые пептиды, выделенные из тимуса, получили название тимо- зины (выделяют несколько а- и р-тимозинов). Синтезируются они эпи- телиальными и соединительнотканными элементами тимуса. Тимозины обладают дистантным действием на лимфоциты и макрофаги костного мозга и лимфоидных органов. Под их влиянием усиливаются различные стадии иммунной активности данных клеток. Тимус и другие отделы эндокринной системы организма взаимосвяза- ны. Активность гормонов вилочковой железы находится под модулирую- щим влиянием гормонов гипофиза, эпифиза, коркового вещества надпо- чечников, гонад. Причем эта связь взаимная. Так, если гормоны корково- го слоя надпочечников стимулируют продукцию гормонов тимуса, то половые гормоны, напротив, снижают. Гормоны гипофиза оказывают разнообразный эффект на тимус: гормон роста стимулирует его, а высо- кая концентрация АКТГ в крови приводит к атрофии. Возрастные особенности Вилочковая железа проявляет наиболее высокую активность в детском и подростковом возрасте. Но уже в период от 20 до 50 лет количество лим- фоцитов в тимусе и его гормональная активность постепенно уменьшают-
Глава 10. КРОВЬ 339 ся. К 60 годам из мозгового вещества тимуса могут совсем исчезать клет- ки, синтезирующие тимозины. В то же время в корковом слое сохраняются эпителиальные клетки, синтезирующие свои гормоны (а-, Рз-, Рд-тимози- ны). Синтезируемые в этих клетках гормоны, вероятно, и поддерживают образование в тимусе некоторого количества Т-лимфоцитов. У женщин тимус инволюционирует медленнее, чем у мужчин. Влияние других систем регуляции Таким образом, иммунная защита организма реализуется при сочета- нии функций костного мозга, тимуса, селезенки, лимфатических узлов, циркулирующих в крови и находящихся в тканях фагоцитирующих клеток и лимфоцитов. Постоянный обмен клетками иммунной системы между различными лимфоидными органами обеспечивает функционирование иммунной системы как единого целого. К примеру, число антителпро- дуцирующих клеток селезенки находится в прямой зависимости от числа Т-клеток, мигрирующих из тимуса. Все вышеуказанные органы хорошо иннервированы ВНС и активно кровоснабжаются. Это обеспечивает воз- можность влияния двух систем регуляции — нейрорефлекторной и гумо- ральной. Среди них можно выделить внешние по отношению к системе иммунитета (экстраиммунныё) и возникающие внутри ее (интраиммунные) регуляторы. Большинство иммуноцитов имеет на своей мембране рецепто- ры ко многим нейротрансмиттерам и другим гуморальным факторам. Нейрогенная регуляция происходит двумя путями: опосредованно через регуляцию кровоснабжения и трофики, прямо — через влияние нейро- трансмиттеров и нейромодуляторов. Так, например, норадреналин тор- мозит, а ацетилхолин, напротив, стимулирует синтез антител. Гуморальная регуляция осуществляется комплексом гормонов, синтези- руемых в эндокринных железах, а также биологически активных соедине- ний, образующихся в самой иммунной системе. К регуляции иммунитета причастны тропные гормоны гипофиза (АКТГ, ТТГ, СТГ, пролактин и ряд других), опиоидные пептиды мозга и надпочечников, глюкокортикои- ды и катехоламины надпочечников, гормоны половых желез, щитовидной железы. Участие этих гормонов и других биологически активных соедине- ний полностью контролирует множественные звенья иммунной системы. Наиболее весомая роль в регуляции иммунитета принадлежит гипота- ламусу, который интегрирует нейроэндокринные и иммунные механизмы регуляции функций организма. Поэтому при реакциях, в которые наибо- лее активно вовлекаются эти системы, изменяется активность иммуните- та. Так, выраженность иммунных процессов при адаптации организма стимулируется, а при стрессе угнетается. При поражении гипоталамуса нарушаются процессы кроветворения, миграции клеток из костного моз- га в периферические отделы иммунной системы. Кортикостероиды влия- ют на созревание, дифференцировку и распределение лимфоцитов. В то же время этот эффект дозазависимый: небольшие дозы кортикостероидов стимулируют, а большие, напротив, угнетают гуморальный иммунный
340 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА ответ. Гормоны щитовидной железы стимулируют лимфоидную систему. Обусловлено это их неспецифическим влиянием на метаболизм и транс- крипцию генетической информации клеток. А такой гормон гипофиза, как пролактин, в присутствии инсулина воздействует на реализацию и синтез гормонов тимуса. Весьма важную роль в регуляции иммунного ответа играют половые железы, гормональная активность которых существенно меняется в про- цессе онтогенетического развития. Физиологический уровень эстрогенов, стимулируя фагоцитарную способность макрофагов, функцию В-клеток; при этом существенно угнетает функцию Т-супрессоров. Тестостерон стимулирует миграцию клеток из тимуса, но подавляет другие иммунные реакции. Рецепторы к половым стероидам локализова- ны на клетках ретикулоэндотелия тимуса, которые обладают гормональ- ной активностью. Под влиянием мужских половых гормонов тормозится синтез гормонов тимуса, но стимулируется продукция здесь простаглан- динов, что и приводит к угнетению иммунных реакций. В отличие от это- го прогестерон и эстрогены оказывают противоположный эффект на про- дукцию простагландинов. Прогестерон и эстрогены оказывают влияние и на содержание в крови различных компонентов системы комплемента. Они участвуют в продукции интерлейкинов, у-интерферона. В то же время активность самой гипоталамо-гипофизарно-адреналовой системы изменяется в ответ на поступление в организм антигенов, то есть имеет место взаимодействие иммунной системы и эндокринной. Таким образом, все иммунные механизмы регулируются комплексом гормонов и других биологически активных соединений. Системы регуля- ции включают механизмы, позволяющие усиливать, ослаблять или моду- лировать протекание любой стадии иммунного процесса. Эти механизмы порой дублируют друг друга, тем самым создавая надежность системы регулирования столь важной функции организма. Однако грубые нару- шения какого-либо звена системы регуляции могут привести к изменению иммунного ответа. К примеру, при стрессе повышение образования глюкокортикоидов приводит к угнетению функций тимико-лимфоидной системы. А отключение одного из наиболее активных стимуляторов иммунитета — трийодтиронина, отрицательно сказывается на течении патологического воспалительного процесса. 10.10.5. Значение облигатной микрофлоры в развитии системы иммунитета Сразу после рождения ребенка три открытые во внешнюю среду систе- мы — кожа, дыхательная и пищеварительная — начинают активно засе- ляться микроорганизмами. Поэтому дальнейшее развитие человека, его защитных систем происходит при активном взаимодействии указанных систем и «тренирующего» воздействия сапрофитной микрофлоры. Весьма наглядно это показано при изучении гнотобионтов — животных (или лю- дей), выращенных в стерильных условиях. Нормальная микрофлора является важнейшим фактором, контролиру-
Глава 10. КРОВЬ 341 ющим иммунологическое созревание центральных и особенно перифери- ческих лимфоидных органов. Отсутствие ее ведет к количественным и ка- чественным иммуноморфологическим изменениям в лимфоидной ткани, которые обуславливают снижение функциональных возможностей всех ее звеньев, а особенно В-клеточной системы иммунитета. Результатом всех указанных изменений является снижение устойчивости к инфекции. Еще одним следствием недостаточной «тренированности» иммунных механизмов гнотобионтов является то, что при этом: - в значительно меньшей степени проявляются аллергические реакции; - несколько замедляются реакции отторжения трансплантата (хотя вре- мя, необходимое для генерации цитотоксических Т-клеток-киллеров трансплантационного иммунитета, одинаково). Примечательно, что на фоне выраженного недоразвития лимфатиче- ской ткани кишечного тракта недостаточно развитой остается и сама сли- зистая оболочка, которая становится значительно тоньше. В ней содер- жится меньше клеток. У безмикробных животных снижена митотическая активность эпителия, так что время миграции клеток крипт на вершину ворсинки возрастает почти в 2 раза. Одной из причин продления жизнен- ного цикла эпителия является не только отсутствие влияния микрофлоры, но и выпадение действия холиевой кислоты, которая обычно образуется из желчных кислот ферментами кишечной микрофлоры. Специфические защитные механизмы ЖКТ Из специфических иммунных механизмов следует в первую очередь ука- зать на лимфоидную ткань стенки. Лимфоидная ткань кишечника состоит: - из лимфоцитов, находящихся в соединительной ткани собственной слизистой оболочки; - лимфоцитов, расположенных между эпителиальными клетками; - специфических скоплений лимфоидной ткани — пейеровых бляшек; - солитарных лимфоидных фолликул слизистой. В связи с особенностями кишечника иммуноциты тонкой кишки являются основной зоной, где происходит сенсибилизация иммуноцитов, заселяю- щих затем другие слизистые и иммунные органы. Они через брыжеечные лимфоузлы, грудной проток и систему кровообращения мигрируют к несо- держащей антигены слизистой кишечника и в ретикулоэндотелий печени. Уже отсюда, из слизистой кишечника, лимфоциты заселяют слюнные желе- зы, лимфоидную ткань глотки, слизистую бронхов, мочеполовых органов. Таким образом, можно говорить о наличии единой иммунной защит- ной системы всех слизистых оболочек, которая «управляется» лимфоид- ными элементами кишечника. Нормальные микробные популяции контролируются антителами, ко- торые вырабатываются в ответ на рост микробов в кишечнике. При по- падании бактерий стимулируется специфический иммунный механизм нейтрофилов, благодаря которому они накапливаются и фагоцитируют бактерии. Поэтому одной из наиболее ранних реакций защитных систем
342 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА организма на поступление микроорганизмов в кишечник является резкое увеличение содержания нейтрофилов в слизистой оболочке, в лимфоид- ных структурах ее (пейеровы бляшки и др.). В тонкокишечном соке они обнаруживаются в огромном количестве уже через 15 мин. Инвазирован- ные микробы погибают от действия веществ, высвобождающихся из вто- ричных гранул фагоцитов и из гранул, выходящих во внеклеточное про- странство, где они также могут поражать бактерии. Поэтому уже в пер- вые часы бактериальной стимуляции в кишечном соке можно обнару- жить резкое возрастание (в десятки раз) лактоферина, поступающего из вторичных гранул разрушающихся нейтрофилов. Лактоферин подавляет рост ряда бактерий (к примеру, Е. coll), а железо снижает этот эффект. На активность и эффективность фагоцитоза влияют многие факторы. Одним из них является трехатомное железо, под влиянием которого интенсив- ность поглощения микроорганизмов хотя и не изменяется, но зато резко тормозится их переваривание внутри фагоцитов. Адгезия микробов на эпителии кишечника У здорового человека среда обитания заселена стабильными сообщест- вами микроорганизмов, каждый из которых занимает определенное мес- то и тем самым вносит свой вклад в структуру всей системы. Одним из барьеров для кишечной инфекции является нормальная мик- рофлора кишечника. Она конкурирует с патогенными микробами за пи- тательные вещества, за место на поверхности клеток, продуцирует ток- сичные для них метаболиты и поддерживает низкий окислительно-восста- новительный потенциал. Микробы существуют в организме хозяина в просвете кишки, на по- верхности эпителия или в криптах. Наиболее чистой формой ассоциации микро- и макроорганизма является «прилипание» или адгезия микроба к поверхности эпителия. Колонизацию обеспечивают белковые поверхност- ные антигены. Поэтому число «прилипших» к тонкой кишке микроорга- низмов после вакцинирования заметно снижается. Вероятно, эта «антиад- гезия» является одним из факторов защиты против инфекционного забо- левания. «Прилипшие» к энтероцитам микроорганизмы начинают активно про- лиферировать и выделять токсины. И если патогенные свойства микроор- ганизма определяются выделением экзотоксина (например, при холере), то местное действие секреторных антител к токсину в значительной сте- пени определяет развитие защитного ответа организма. Поэтому при кишечных инфекциях титр специфических антител в вы- делениях слизистой оболочки лучше коррелирует с резистентностью ор- ганизма к инфекции, чем уровень сывороточных антител. 10.10.6. Аутоантигены Формирование иммунологической толерантности—невосприимчиво- сти иммунных механизмов организма к собственным антигенам — обычно заканчивается к концу эмбрионального периода развития. Те структуры
Глава 10. КРОВЬ 343 организма, которые отсутствовали к этому времени или были изолирова- ны гематоорганными барьерами от иммунокомпетентных клеток (ИКК), воспринимаются последними как чужеродные и уничтожаются, когда эти клетки получают к ним доступ. Антителом (аутоантителом — АА) могут стать и те ткани или их отдельные молекулы, которые по какой-либо при- чине изменили свою структуру. Вследствие этих процессов может развить- ся аутоиммунная патология, что является еще одним примером перехода естественного, «нормального» механизма в патологический. В норме в организме всегда есть небольшое количество антител к соб- ственным тканям (естественные АА). Противотканевые естественные аутоантитела связывают клеточные продукты, продукты их распада, об- разуя с ними растворимые или нерастворимые комплексы. Клетки МФС захватывают эти комплексы и прекращают дальнейшее воздействие их, которое может оказаться вредным для организма. Эти аутоантитела от- носятся к IgM, которые не приводят к освобождению из клеток биологи- чески активных соединений. Поэтому нельзя отождествлять постоянно идущие процессы, связанные с аутоантителами, с аутоиммунными заболеваниями. Обычно титр есте- ственных аутоантител небольшой, и они не оказывают повреждающего действия на ткани. Но четкого представления о том, когда и почему естественно идущие процессы переходят в патологические, еще нет. Хорошо известно, что образование аутоантител усиливается при повреждении тканей. Однако в настоящее время более обоснованной считается точка зрения об аутоим- мунных заболеваниях как о нарушении реакций клеточного иммунитета. Аутоиммунные заболевания могут быть следствием выхода «запрещен- ных» клонов иммуннокомпетентных клеток при генетических аномалиях (Burnet). Кроме того, многие из них являются следствием повреждения тканей хроническим инфекционным процессом. При этом может происхо- дить взаимосвязь микроорганизма с тканевыми субстратами с образовани- ем «чужеродного» антигена (аутоантигена). Примером подобного заболе- вания является хронический гломерулонефрит. При взаимодействии аутоантител с аутоантигенами происходит депо- нирование в тканях иммунных комплексов (ИК) с включением системы комплемента, что сопровождается лизисом клеток крови Т-клеток либо деструкцией тканей под влиянием цитотоксического действия клеток-кил- леров и макрофагов. Рецепторы к ИК есть и у тромбоцитов, что приво- дит к агглютинации их с выделением вазоактивных аминов, а это, в свою очередь, является причиной нарушения микроциркуляции. К примеру, аутоиммунные процессы могут быть основой возникновения ряда заболеваний щитовидной железы. Во многом эти процессы являются генетически детерминированными. Так, в фенотипе многих больных (диф- фузный токсический зоб, аутоиммунный тиреоидит) присутствуют антиге- ны Вз и £>2?з системы HLA. Их наличие обуславливает выраженное подав- ление Т-супрессоров, что приводит к усилению аутоиммунных процессов.
344 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Аутоантитела и бесплодие (мужское) Типичным примером развития аутоиммунной патологии при наруше- нии гематоорганного барьера является мужское бесплодие. Во-первых, многие структуры семенников (например, сперматозоиды) появились зна- чительно позже того периода, когда в организме завершается формирова- ние иммунной системы. К тому же дифференцировка половых клеток свя- зана с синтезом в них белков, гликопротеинов и липопротеинов, отсутст- вующих в других клетках. Во-вторых, эти структуры обычно находятся под защитой гематотестикулярного барьера. Нарушение его под влияни- ем экзогенных или эндогенных факторов приводит к развитию антиспер- мального аутоиммунитета. Так, показано, что у подавляющего большин- ства (до 90%) мужчин, страдающих бесплодием, в крови имеются антите- ла к сперматозоидам. 10.10.7. Аллергия Аллергия представляет специфичную реакцию организма на какие- либо вещества антигенной или гаптенной природы (аллергены), сопровож- дающуюся повреждением структуры и функции клеток, тканей и органов. В основе ее лежит взаимодействие антигена с антителом. Но вместо за- щитной иммунной реакции возникает повреждение. Возникновение этой «извращенной» реакции обусловлено изменением реактивности организ- ма. Не последняя роль в развитии аллергической реактивности принадле- жит наследственной предрасположенности к такому типу ответа организ- ма на поступление аллергена. В основе большинства аллергических реакций лежат IgE, для которых наиболее характерным является цитотропность. Последнее определяется свойством одного из фрагментов 1g — FC прикрепляться к клеткам (поэ- тому обычно свободных иммуноглобулинов этого типа в крови относи- тельно мало). Особенно много рецепторов к IgE на базофилах и тучных клетках. На других лейкоцитах и тромбоцитах подобные рецепторы так- же имеются, хотя и в меньшем количестве. Фиксированные в тканях ан- титела могут находиться там длительное время, они лишь при поступле- нии антигенов вызывают аллергические реакции. Развитие аллергической реакции обусловлено выходом медиаторов из клеток-мишеней, которые, как правило, локализуются в подслизистом слое. Важнейшим проявлением этого является повышение проницаемости микроциркуляторного русла. Другим проявлением взаимодействия «аллерген — антитело» является цитотоксический (повреждающий клетки) эффект. Причиной его является возникновение в организме клеток с измененными компонентами клеточ- ной мембраны, в результате чего возникают аутоантитела. Повреждение клеточных антигенов чаще всего происходит при действии различного рода химических веществ, бактериальных, вирусных, паразитарных. 1g, связываясь с аутоантигенами, фиксируют комплемент. Происходящая
Глава 10. КРОВЬ 345 гибель клеток с последующим их лизисом и фагоцитозом является глав- ным клиническим проявлением аллергии данного типа. В ряде случаев аллергические проявления, приводящие к патологии, обусловлены циркуляцией в крови иммунных комплексов «антиген — ан- титело». Еще одна разновидность аллергических реакций связана с активацией Т-клеток. Антигенную стимуляцию вызывают некоторые микроорганиз- мы (например, туберкулезная палочка), клетки трансплантата. Стимули- рованные таким образом Т-клетки видоизменяются и, пролиферируя, выделяют медиаторы гиперчувствительности замедленного типа — лим- фокины. Биологический эффект лимфокинов сказывается в изменении подвижности клеток, активировании тех из них, которые участвуют в вос- палительной реакции. 10.10.8. Защитные функции кожи и слизистых верхних дыхательных путей Кожа Бактерицидные свойства кожи обусловлены кислой pH (3,3-3,5), а так- же жирными кислотами секрета сальных желез. К примеру, брюшноти- фозная палочка и холерный вибрион на чистой коже погибают в течение нескольких часов или даже минут. Кроме того, кожа, естественно, являет- ся и механическим барьером. Слизистые оболочки Слизистые оболочки очищаются от микробов благодаря реснитчатому эпителию и секрету. Кроме того, в верхних дыхательных путях этому спо- собствуют такие защитные рефлексы, как кашель и чихание, при которых воздух в воздухоносных путях движется со скоростью до 50 м/с, увлекая за собой наружу пыль и слизь. Бактерицидные свойства слизистых оболо- чек связаны с наличием разрушающих микроорганизмы ферментов, анти- тел, лейкоцитов, которые постоянно мигрируют на поверхность слизи- стых. 10.10.9. Гематоорганные барьеры Наиболее «простой» механизм защиты заключается в создании механи- ческого барьера для действия повреждающего агента (токсина). Самым мощным из них является кожа с ее потовыми и сальными железами. Сли- зистые оболочки более проницаемы, чем кожа, но они «подкреплены» своими защитными механизмами. Для ряда жизненно важных органов имеется дополнительная защита в виде гематоорганных барьеров. Гематоорганные барьеры (гематоэнцефалический, гематоофтальмиче- ский, гематотестикулярный): I. Создают высокую избирательную проницаемость, благодаря чему из крови в орган поступает ограниченное количество различных биоло- гически активных веществ. Таким образом орган повышенно защи- щен от излишнего вмешательства извне и может как бы в более «спо-
346 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА койной обстановке» выполнять присущую ему жизненно важную функцию в условиях своего гомеостаза. 2. Служат для предотвращения поступления в наиболее жизненно важ- ные ткани токсичных веществ (непроницаемость барьера). 3. В то же время чрезмерная защищенность данных органов создает свою опасность: «забарьерные» ткани лишаются иммунной толерант- ности. Поэтому при повреждении барьеров макромолекулярные структуры этих тканей воспринимаются иммунной системой как «чу- жеродные», что приводит к появлению иммунных антител (аутоанти- тел) к собственным тканям организма даже без повреждения тканевых структур. Последнее обстоятельство приводит к иммунному пораже- нию данных органов. 10.10.10. Система детоксикации организма Организм человека постоянно подвергается действию не только микро- организмов, но также различного рода соединений, которые могут ока- зывать токсическое влияние. Естественно, что для борьбы с ними во мно- гих органах имеются соответствующие механизмы, которые могут быть объединены в единую функциональную систему детоксикации. К системе детоксикации организма относятся органы, ткани, ферменты и химические реакции, обеспечивающие очистку организма от токсиче- ских веществ как эндо-, так и экзогенного происхождения. В данном раз- деле наибольшее внимание уделим эндотоксикозу. Эндотоксикоз представляет собой структурно-функциональный ответ организма на накапливающиеся в тканях и биологических жидкостях избытки продуктов нормального обмена веществ или извращенного обмена и клеточного реагирования. Этот синдром включает: - источник токсемии; - биологические барьеры, предупреждающие прорыв эндогенных ток- синов за пределы источника; - механизмы переноса токсинов к клеткам-мишеням и органам детокси- кации; - механизмы иммобилизации, нейтрализации и экскреции; - эфферентные ответы на токсины, в связи с чем острый эндотоксикоз может переходить во вторичную токсическую агрессию. Токсическое воздействие может быть следствием: - накопления в высокой концентрации продуктов нормального обмена (мочевина, мочевая кислота, креатинин, билирубин глюкоронид и т. п.); - избыточного количества продуктов извращенного метаболизма (ам- миак, кетоновые тела); - появления продуктов распада тканей при их деструкции или наруше- нии естественных барьеров (индол, скатол и т. д. из ЖКТ); - возрастания уровня биологически активных соединений (регуляторов); - микробной интоксикации; - иммунных или аллергических реакций.
Глава 10. КРОВЬ 347 Развитие эндотоксикоза связано с несоответствием образо- вания и поступления токсинов и активностью системы детоксикации. Если вначале токсикоз может быть компенсирован, то затем могут проявляться стадии суб- и декомпенсации. Для диагностики эндотоксикоза и выбора тактики лечения необ- ходимо применять комплексный подход. Особенно это необходимо при переходе в состояние декомпенсации (состояние вторичной аутоагрессии). Определение уровня продукта обмена в крови или другой жидкой среде организма не всегда отражает истинную картину, и требуется сопоставле- ние данного показателя с другими, отражающими более полно состояние данного типа обмена, а также с функциональным состоянием органов и систем организма. К примеру, одно лишь увеличение уровня лактата в крови еще не дает основания для отнесения этого явления к постгипоксическому ацидозу или к лактатацидозу как проявлению критической декомпенсации сахарного диабета. Для полной диагностики диабетогенной интоксикации жела- тельно определение еще и уровня кетоновых тел, показателей КОС крови. К системе детоксикации можно отнести следующие органы и реакции: - желудочно-кишечный тракт — основной поставщик токсинов; - печень (один из основных органов детоксикации, «вставленный» меж- ду основным местом поступления токсинов — ЖКТ и общей системой кровообращения); - почки; - легкие; - фагоцитирующие элементы тканей; - кровь; - лимфатическая система; - гематоорганные барьеры; - селезенка; - антиоксидантная система клеток; - индуцируемые в клетках ферменты. В связи с тем, что токсические вещества могут поступать в организм различными путями (извне или изнутри организма), а химический состав их также весьма вариабелен, механизмы детоксикации тоже весьма разно- образны. Здесь имеют место «простые» химические реакции, сложные биохимические превращения, а также комплекс различных физиологиче- ских процессов и состояний. Среди них можно выделить как специфиче- ские, так и неспецифические механизмы и реакции. Примечательно, что органы, имеющие отношение к функционирова- нию детоксикационной системы, повышенно проницаемы к различным веществам. С указанной ситуацией мы встречаемся в ЖКТ, почках, лег- ких, лимфатических железах и селезенке.
348 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Микрофлора и аутоинтоксикация Наиболее часто токсические вещества и микроорганизмы проникают в организм человека- через желудочно-кишечный тракт. В нем постоянно (по крайней мере после рождения) находится огромное количество мик- рофлоры. Микрофлора толстого кишечника Из всей сапрофитной микрофлоры наиболее важна роль микроорга- низмов толстого кишечника. Если в тонком кишечнике встречается отно- сительно небольшое количество микробов, то микрофлора толстого ки- шечника является необходимым условием нормального существования организма. До 90 % всей микрофлоры составляют бесспоровые анаэробы, остальные 10%— молочнокислые бактерии, кишечная палочка, стрепто- кокки и спороносные анаэробы. Микрофлора кишечника, кроме участия в регуляции развития иммун- ной системы организма, осуществляет: - конечное разложение остатков непереваренных пищевых веществ и компонентов пищеварительных секретов; - создание иммунного барьера путем подавления патогенных микроор- ганизмов; - синтез витаминов (группы В, К) и других биологически активных ве- ществ; - участие в обмене веществ. При этом из разлагающейся пищи в кишечнике образуется много раз- личных токсических соединений. Под воздействием микробов неперева- ренные углеводы сбраживаются до молочной и уксусной кислот, алкого- ля, СО2 и Н2О. Сохранившиеся белки подвергаются гнилостному разло- жению с образованием токсичных соединений: индола, скатола, водоро- да, сернистого газа, метана и таких биологически активных соединений, как гистамин, тирамин. Сбалансированное питание уравновешивает про- цессы гниения и брожения. К примеру, образующиеся при брожении кис- лые продукты препятствуют гниению. Одностороннее питание приводит к расстройству указанных процессов с преобладанием одного из них. У новорожденных толстый кишечник стерилен. Он заселяется микроор- ганизмами в течение первых месяцев жизни. В норме среда обитания засе- ляется стабильными сообществами аутохтонных микробных видов, каж- дый из которых занимает определенное место и тем- самым вносит свой вклад в структуру всей системы. Количество микробов зависит не только от питательной среды кишечника (остатков пищевого химуса), но оно контро- лируется и специфическими механизмами. Обычно большинство микроор- ганизмов в кишечнике находится на поверхности эпителия. Белковые поверхностные антигены, обеспечивающие «прилипание» или агрегацию бактерий, находятся под контролем трансмиссивных плазмид (это неболь- шие ДНК, мультиплицирующиеся вне зависимости от хромосомной ДНК). Количество белковых структур, к которым могут «прилипать» микро- организмы, как и синтез любых белков, регулируемо. Кроме того, если
Глава 10. КРОВЬ 349 эти структуры заняты нормальной микрофлорой, то они не позволяют патогенной микрофлоре «прилипать» к энтероциту. Большинство пато- генных микроорганизмов (даже холерный вибрион) начинает активно пролиферировать и выделять свои токсины лишь после «прилипания» к поверхности эпителиальных клеток. И одним из механизмов защиты больных, переболевших холерой, является препятствие антигеном «при- липанию» вибриона к мембране энтероцитов. Поэтому наряду с ослабле- нием всех защитных механизмов нарушение соотношения и числа сапро- фитных микроорганизмов повышает риск микробной инфекции. К исчезновению некоторой части микрофлоры кишечника может при- вести чрезмерное увлечение антибиотикотерапией, что отрицательно от- разится на состоянии человека. Взаимосвязь кишечной микрофлоры и слизистой оболочки Сапрофиты толстого кишечника находятся в тесном функциональном взаимодействии с организмом хозяина. И проявляется это не только в участии микроорганизмов кишечника в развитии здесь иммунных меха- низмов, но и во взаимосвязанном метаболическом обмене между микро- флорой и эпителиальными клетками стенки кишечника и в синтезе мик- роорганизмами веществ, могущих оказывать регулирующее влияние на функцию кишечника и организма в целом. Так, ряд продуктов метаболизма анаэробных микроорганизмов может служить основой синтеза слизи в эпителии. Примером таких соединений могут быть летучие жирные кислоты, которые используются эпителиоци- тами в качестве энергетических источников окисления или пластического материала для образования муцина. Но соединения, входящие в слизь, могут, в свою очередь, использоваться и микроорганизмами. Поэтому в принципе возможно двустороннее нарушение указанных взаимосвязей: гибель микрофлоры приведет к изменению функции эпителиоцитов, а по- ражение кишечного эпителия — к изменению соотношения между раз- личными микроорганизмами кишечника. Кроме хорошо известного участия микроорганизмов в синтезе витами- нов, в качестве регуляторов функций организма человека могут высту- пать такие вещества, как ГАМК, глутамат, которые синтезируются мно- гими анаэробами (B.fragilis, В. coll). Вполне вероятно, что эти соединения, всасываясь слизистой, могут оказывать регулирующее влияние как на сам кишечник, так и на другие органы и системы (вплоть до ЦНС), содержа- щие рецепторы к ним. К примеру, ГАМК угнетает перистальтику кишеч- ника, а глутамат повышает его тонус. Естественно, что нарушение синтеза микрофлорой подобных соедине- ний может соответствующим образом сказываться и на состоянии указан- ных органов. Детоксикационная функция ЖКТ Поскольку слизистая ЖКТ является естественной границей между внешней и внутренней средами организма, причем такой, через которую наиболее часто происходит проникновение в организм различного типа
350 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА токсических соединений, то у ЖКТ имеется наиболее широкий спектр за- щитных детоксикационных механизмов. Здесь имеются механизмы, одни из которых предупреждают проникновение в организм чужеродных веществ, а другие — ликвидируют последствия такого проникновения. Среди них можно выделить неспецифические и специфические механиз- мы. И первым неспецифическим барьером является ротовая полость. Нормальная микрофлора ротовой полости угнетает развитие патогенных микроорганизмов. В слюне имеется бактерицидное вещество — лизоцим, большое количество лейкоцитов (до 4000 в 1 мл). Антивирусное действие слюны обусловлено нуклеазой. При попадании в полость рта токсических соединений начинается рефлекторная обильная саливация, что приводит к разбавлению и механическому их вымыванию. Среди детоксикационных механизмов желудка можно выделить кислое pH желудочного сока, экскрецию в полость желудка таких метаболитов, как мочевина, мочевая кислота, креатинин, креатин, и многих веществ, по- ступающих извне (соли тяжелых металлов, фармакологические препараты и т. п.). Кроме того, к защитным механизмам желудка относится его лизо- цим, уреаза, расщепляющая мочевину, и, наконец, пепсины и липаза, кото- рые могут расщеплять соответствующие токсические соединения. Защит- ными свойствами обладает и слизь желудочного сока, в которой, кроме всего прочего, имеются сиаломуцины, способные нейтрализовать некото- рые вирусы. В тонком кишечнике неспецифическими защитными механизмами прежде всего являются ферментное расщепление токсинов и микроорга- низмов, бактериостатическое действие желчи. Еще одним неспецифиче- ским механизмом является нормальная двигательная и секреторная ак- тивность тонкого кишечника: секреция жидкости в крипты вымывает микроорганизмы в просвет кишки, откуда они удаляются, в том числе механически, при перистальтике. Особенно значительная роль в детоксикации организма принадлежит печени. К таким механизмам относится биотрансформация различных соединений, образующихся в толстом кишечнике под влиянием микро- флоры (индол, скатол, фенол) в процессе обмена или поступающих извне. К примеру, при дезаминировании аминокислот, нуклеотидов и других азотистых соединений в печени вначале образуется аммиак, а его деток- сикация заключается в использовании для синтеза мочевины. Первичная нейтрализация токсинов происходит еще перед и в период всасывания в пристеночном слое в процессе гидролиза. Уничтожение ток- синов происходит и в эндоплазматической сети, комплексе Гольджи энте- роцитов, где продолжается метаболическое превращение пищевых ве- ществ. В межклеточном пространстве и в слизистой тонкого кишечника находятся иммунокомпетентные клетки, которые реагируют как на анти- генные и бактерицидные свойства пищевых веществ, так и на химический их состав. Моноциты слизистой способны в процессе фагоцитоза погло- щать и хиломикроны, контролируя тем самым химический состав всасы-
Глава 10, КРОВЬ 351 ваемых соединений. Дальнейшая детоксикация их может происходить в других отделах иммунной системы организма и особенно в аппарате окислительного гидроксилирования звездчатых ретикулоэндотелиоцитов печени,в почках. Кишечная аутоинтоксикация При чрезмерно активном образовании продуктов гниения и брожения может возникнуть кишечная аутоинтоксикация. Чаще всего это происхо- дит при метеоризме и снижении секреции кишечного сока, что наблюдает- ся при различного рода запорах, непроходимости кишечника. Аминокис- лоты превращаются в токсические вещества (сероводород, скатол, крезол, индол, фенол и др.) или в биологически активные амины (гистамин, када- верин, путресцин). Частично они могут обезвреживаться в кишечной стен- ке под влиянием аминооксидазы энтероцитов, но при избытке токсических веществ «прорываются» в кровоток и вначале поступают в печень. Как правило, здесь они обезвреживаются путем образования солей серной и глюкуроновой кислот или дезаминирования и окисления. Но если и эти механизмы оказываются недостаточными, что происходит при печеноч- ной недостаточности или при образовании слишком большого количества веществ, то аутотоксины поступают в общий кровоток. Здесь они частич- но могут выводиться почками. Но и в почках возникает та же ситуация: при патологии почек или чрезмерно большой концентрации токсинов этот механизм детоксикации может оказаться недостаточным. Токсические вещества оказывают разнообразное влияние на органы и системы организма, начиная от самого ЖКТ до нервной и эндокринной систем регуляции. Так, воздействуя на сосудистые рецепторы, они могут вызывать падение АД, ослаблять работу сердца; на рецепторы ЦНС — по- нижать болевую чувствительность, угнетать дыхание, оказывать глубокое торможение коры головного мозга. При этом могут снижаться запасы гли- когена печени и возникнуть другие нарушения углеводного обмена и энер- гетики организма в целом. Проявится это различными симптомами: го- ловной болью, коматозным состоянием, снижением аппетита, угнетением активности желез пищеварительного тракта, дистрофией миокарда и т..п. Кроме «обычных» токсинов многие бактерии способны образовывать из пищевых веществ (жира, аминокислот) и желчных кислот различные соединения, обладающие даже канцерогенными свойствами. Особой ак- тивностью в этом отношении отличаются клостридии. Поэтому для про- филактики рака толстого кишечника можно рекомендовать: - снижение концентрации жирных кислот путем изменения характера питания; - удаление клостридий и замещение их другой микрофлорой; - модификацию кишечного метаболизма желчных кислот, например, путем понижения внутриклеточного pH, повышения содержания кис- лорода в кишечнике и т. п. Таким образом, при ряде условий сапрофитная микрофлора кишечни- ка начинает проявлять себя как патогенная.
352 Раздел И, ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Рвота Одной из неспецифических защитных реакцией ЖКТ на поступление в организм токсинов является рвота. Рвота — сложнорефлекторный акт, направленный на удаление наружу желудочного или даже тонкокишечного содержимого через пищевод и по- лость рта. Защитный рвотный рефлекс возникает в результате раздраже- ния рецепторов корня языка, глотки, слизистой желудка, кишечника, брю- шины. От указанных органов по различным афферентам сигналы поступа- ют к центру рвоты, расположенному в ретикулярной формации (вблизи tr. solitarius на уровне моторного ядра продолговатого мозга). Эфферент- ные импульсы идут по волокнам блуждающего и чревного нервов к мыш- цам пищевода, желудка, кишечника, а по двигательным нервам — к мыш- цам брюшной полости, диафрагмы. Вызывают рвоту различные токсиче- ские вещества, образующиеся в организме или введенные извне, и неко- торые лекарственные соединения (например, апоморфин), поступающие к центру с кровью. Рвоту могут вызвать импульсы от вестибулярного ана- лизатора и даже условно-рефлекторные механизмы. Акту рвоты предшест- вует тошнота, слюноотделение, медленное и глубокое дыхание, потоотде- ление и сужение сосудов. Обусловлено это структурной близостью соот- ветствующих нервных центров и центра рвотного рефлекса. Рвота начинается с антиперистальтических движений кишечника, желудка. При закрытых дыхательных путях, расслабленном пищеводе со- держимое желудка выбрасывается наружу благодаря мощным сокраще- ниям диафрагмы и мышц брюшного пресса. Но при чрезмерном раздра- жении или растяжении стенки кишечника антиперистальтические волны, распространяясь со скоростью 2-3 см/с, могут возвращать в duodenum и желудок даже кишечный химус. Сильное растяжение этих органов, при- водя к резкому сокращению мускулатуры их и брюшной стенки, выбра- сывает пищевые массы через пищевод. Диарея Если для начального отдела ЖКТ «универсальной реакцией», которая механически освобождает организм от токсина, является рвота, то для нижнего отдела такой же реакцией является диарея (понос). Понос возни- кает в результате многих заболеваний. В его основе лежит повышенное выделение жидкости в кишечную полость, ускоренное продвижение ки- шечного химуса с последующим его выделением. Таким образом, в резуль- тате диареи происходит механическое вымывание бактерий, различных токсинов, особенно тех из них, которые находятся в криптах и полости кишки. Физиологическая характеристика диареи В течение всей жизни человека одной из наиболее часто встречающих- ся причин его болезненного состояния является острая диарея. Несомнен- но, выделение большого количества жидкого стула служит одним из ме- ханизмов защитной реакции — «механической» детоксикацией организ- ма. Правда, в детском и старческом возрасте сама по себе диарея, в связи
Глава 10» КРОВЬ 353 с резким обезвоживанием организма, может представлять одну из наибо- лее серьезных опасностей для жизни. Механизмы диареи, как и ее формы, весьма разнообразны. Основные физиологические характеристики диареи можно свести к следующим: - Раздражение слизистой кишечника и избыточная секреция воды и ионов, превышающая их реабсорбцию. - Подавление секреторной функции желез пищеварительного тракта, ведущее к нарушению процессов переваривания и всасывания пище- вых веществ. - Повышение перистальтики как следствие местных рефлексов, так и возбуждающего влияния парасимпатической нервной системы. - Прямое торможение абсорбции воды и солей. - Одним из основных мест образования серотонина является кишечник. При продуцировании большого количества серотонина индуцируется процесс секреции солей и воды в полость кишки и стимулируется мо- торика. Результатом последнего эффекта является ускорение транзита содержимого по тонкому кишечнику, вследствие чего и происходит поступление в конечные отделы кишечника повышенного количества остатков пищевого химуса. - Неадекватно высокая секреторная активность эндокринных клеток ЖКТ также может явиться одной из причин диареи. Так, например, при чрезмерно интенсивном образовании гастрина в желудке создает- ся такой объем НС1, что большое количество ее поступает в двенадца- типерстную кишку. Под ее влиянием образуется чрезмерно большое количество секретина — стимулятора секреторной деятельности под- желудочной железы и желчи (главным образом, воды и бикарбона- тов). В результате в тонкий кишечник может поступать до 15-25 л/сут- жидкости, что в 3-5 раз превышает верхнюю границу нормы. 55-70% ее составляют секреты печени и поджелудочной железы в двенадцати- перстную кишку. Сравнение количества поступающей жидкости в об- ласти угла Трейтца с терминальной частью подвздошной кишки пока- зало, что успевает реабсорбироваться лишь 55-75 % ее. Это означает, что при данных состояниях значительно выше нормы становится и скорость реабсорбции. Более активное всасывание жидкости продол- жается и в следующих отделах кишечной трубки, хотя в толстом ки- шечнике эти процессы не превышают верхние пределы нормы. И не- смотря на более активное всасывание, еще много жидкости выводится с каловыми массами. Одним из «медиаторов поноса» является вазоактивный полипептид. При повышении содержания ВИП, с одной стороны, стимулируется ки- шечная секреция, а с другой — тормозится всасывание воды и солей, рас- ширяются сосуды, расслабляется желчный пузырь. Таким образом, в конечном итоге в основе диареи лежит нарушение баланса между абсорбцией и секрецией жидкости слизистой оболочкой кишки, так что в ее полости начинает скапливаться жидкость. Кроме того,
354 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА определенную роль играет и стимуляция перистальтики под влиянием токсинов. В этом активное участие принимает и нервная система — через местные и центральные рефлексы. Бактериальные диареи Острая инфекционная диарея возникает при повреждении кишки ток- синами, вносимыми извне или выделяющимися в кишечнике после инва- зии микробов в слизистую оболочку. Многие микробы вызывают острую диарею, продуцируя экзотоксины в период размножения вне слизистой оболочки. Токсины могут образовываться и в пищевых продуктах. Ток- сины подразделяются на энтеротоксины и цитотоксины. Энтеротоксин не вызывает гистологически видимых изменений слизистой, он изменяет биохимическую функцию эпителиальных клеток. Цитотоксин разрушает мембраны клеток эпителия. Это может приводить к значительным некро- тическим, воспалительным изменениям слизистой оболочки, внедрению в нее микроорганизмов. Размножение бактерий в просвете кишечника происходит менее актив- но, чем на эндотелии. Как правило, развитие инфекции зависит от спо- собности микроорганизмов «прилипать» к поверхности эпителиальных клеток, что определяется присутствием в бактерии адгезивных антигенов и наличием генетически детерминированных рецепторных зон на эпите- лии. Поэтому токсины, образующиеся на слизистой оболочке, оказывают более сильное влияние, чем пищевые токсины этих же микроорганизмов. Сравнительно хорошо изучен подобный механизм у холерного энтеро- токсина. Быстро и необратимо связываясь с эпителиальной клеткой, он стимулирует аденилатциклазу и образование цАМФ. Это вызывает постоянную секрецию изотоничной жидкости либеркюновыми железами. Особенно сильно процесс выражен в верхней части тонкой кишки. Боль- ной за 1 час может терять до 5 % воды от общей массы тела. Термолабильный энтеротоксин E.coli по антигенным характеристикам и механизму действия близок к холерному токсину. Но он связывается с клеткой менее прочно, и поэтому потери жидкости в десятки раз мень- ше, чем при холере. Есть микроорганизмы и вирусы, которые внедряются в энтероцит. Большинство инфекционных диареегенных микроорганизмов (Ent. his- tolytica, Shigella, инвазивные Е. coli, Salmonella, Campylobacter и др.) имеет топизм к толстой кишке. Но их влияние нередко проявляется и на тонкую кишку. Поражение тонкого кишечника, как правило, более кратковре- менно, чем при нахождении инфекции в толстом кишечнике. Хотя при ослаблении организма или попадании через рот слишком большого коли- чества микроорганизмов «тонкокишечное воздействие» становится более выраженным и продолжительным. К примеру, при заражении дизенте- рией поражение тонкого кишечника наблюдается в течение 2-3 дней, а затем процесс переходит в толстый кишечник. Патологические процессы в тонком и толстом кишечнике по своей выраженности во многом отличаются: локализация процесса в тонкой
Глава 10. КРОВЬ 355 кишке проявляется более сильной интоксикацией организма. Вполне вероятно, что обусловлено это большей «тренированностью» толстого кишечника к постоянно образующимся в нем различным токсическим соединениям и — как следствие этого — наличием в нем более мощных детоксикационных механизмов. Свободнорадикальное окисление и антиоксиданты В процессе метаболизма клеток среди прочих продуктов образуются свободные радикалы. Образование их является необходимым звеном мно- гих важных процессов, происходящих в клетках. Свободно-радикальное окисление (СРО) участвует в транспорте электронов в дыхательной цепи, синтезе простагландинов и лейкотриенов, дифференцировке и пролифе- рации клеток, фагоцитозе, фотохимических процессах в сетчатке глаза, синтезе и метаболизме катехоламинов, метаболизме токсических продук- тов и др. Процессы СРО условно можно подразделить на три этапа: 1) активация свободных форм кислорода (инициация); 2) образование свободных радикалов органических и неорганических соединений; 3) образование перекисей липидов и других соединений. Инициирующим звеном является образование при окислении так назы- ваемых активных форм кислорода: синглетного кислорода, супероксид- ного радикала кислорода, перекиси водорода (Н2О2), гидроксильного ра- дикала (ОН ). Они и сами по себе обладают повреждающим действием, но под влиянием ионов железа (широко распространенного как в различ- ных структурах клетки, так и находящегося в плазме крови, лимфе, межклеточной жидкости) О2 и Н2О2 могут трансформироваться в весьма агрессивный гидроксильный радикал ОН Последний активно вступает в реакции с органическими соединениями, и главным образом с липида- ми. В реакции пероксидации могут вовлекаться белки, нуклеиновые кис- лоты, но наиболее подвержены этим реакциям фосфолипиды. В результа- те и образуются их активные радикалы и перекиси липидов (СПОЛ). Чрезмерно интенсивное образование гидроперекисей оказывает по- вреждающее влияние. Продукты СРО взаимодействуют с аминогруппами белков, фосфолипидов, РНК, ДНК с образованием «поперечных» сши- вок. Это резко ограничивает конформационную подвижность указанных молекул. Вследствие этого снижается активность ферментов, рецепторов, каналообразующих белков, нарушается синтез белков. Особенно заметно это сказывается на мембранах. Среди прочих изме- нений последних можно выделить: - изменение физико-химических свойств и структурных компонентов мембраны (снижается активность белков и ферментных систем, кана- лов и насосов); - изменение физико-химических свойств белковых мицелл, выполняю- щих структурные и ферментативные функции; - образование структурных дефектов в клетке.
356 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Наиболее показательными результатами данных изменений являются неконтролируемый трансмембранный транспорт (как входящий, так и выходящий) и нарушение межклеточного взаимодействия. К тому же на- рушение липидной части мембран делает белки доступными для протео- литических ферментов. Кроме того, в результате активации СПОЛ и гидролаз в клетке обра- зуются так называемые амфилъные соединения (от греч. ampho — оба, дво- яко). Они проникают и фиксируются в обеих средах мембран (гидрофиль- ной и гидрофобной). В результате нарушается структурная последова- тельность липопротеидных комплексов мембраны. Изменение конфигу- рации мембраны и увеличение ее проницаемости соответствующим обра- зом сказывается на функциях тех структур, которые образованы данной мембраной. Кроме различного типа нарушений функций клетки может происходить и ее гибель. Немаловажно и то, что продукты СРО обладают мощным вазоконст- рикторным эффектом. А это вызывает дальнейшее углубление патологи- ческого процесса, дальнейшее возрастание СРО. В тканях СРО усилива- ется при: - снижении концентрации кислорода и накоплении восстановленных форм пиридиннуклеотидов; - чрезмерном уровне катехоламинов, предшественников их синтеза и продуктов метаболизма; - усилении метаболизма адениловых нуклеотидов и активации ксанти- нооксидазы; - дисбалансе некоторых микроэлементов (железо, цинк, медь, кобальт, марганец); - продолжительном воздействии, превышающем норму уровня РО2. Пероксидантами являются и витамины A, D. В несколько меньшей сте- пени прооксидантным действием обладает и этанол. К примеру, в печени при обезвреживании многих токсических веществ образуются свободные радикалы. Так, превращение такого токсина, как четырехлористый угле- род, в мембранах эндоплазматической сети гепатоцитов происходит в присутствии НАДФ-, Н2 и кислорода с образованием свободных ради- калов. Образующиеся свободные радикалы могут оказывать действие на функционально-активные группы белков (в том числе и ферменты мембраны) и нарушать их функцию. С другой стороны, они, инициируя переокисление ненасыщенных жирных кислот липидов мембран, наруша- ют и их функции. Антиоксидантная система Чрезмерное образование свободных радикалов при всех указанных си- туациях происходит не всегда, так как в клетках протекают процессы и действуют факторы, которые ограничивают или даже прекращают сво- боднорадикальные и перекисные реакции. Эти механизмы именуются ан- тиоксидантными. Одним из них является взаимодействие радикалов и гидроперекисей липидов между собой с образованием «нерадикальных»
Глава 10. КРОВЬ 357 соединений. Однако ведущую роль в системе антирадикальной защиты клеток играют ферменты и механизмы неферментной природы. Значит, еще одним фактором, приводящим к накоплению продуктов СРО, явля- ется снижение антирадикальной защиты. К антиоксидантным ферментам относятся супероксиддисмутаза, ката- лаза, глутатионпероксидаза, глутатионтрансфераза. Эти ферменты пред- отвращают образование свободных форм кислорода, а также участвуют в нерадикальном разложении перекисей липидов. Кроме того, в тканях имеется широкий набор естественных антиокси- дантов: а-токоферол, восстановленный глютатион, церуллоплазмин, тио- содержащие белки. Наибольшую роль играет а-токоферол, который содержится практически во всех тканях. Ингибируя свободные радикалы жирных кислот и других продуктов, он укрепляет липидную основу клеточных мембран. Его дефицит, обусловленный нерациональным пита- нием, сезонным авитаминозом, физическим утомлением, старением, при- водит к активации СРО. Таким образом, интенсивность СПОЛ регулируется соотношением факторов, активирующих (прооксиданты) и ингибирующих (антиокси- данты) этот процесс. И, к примеру, снижение уровня оксигенации тканей не только стимулирует СРО, но и понижает активность антйоксидантов. Исходя из этого, организм имеет и свои механизмы защиты клеток, и осо- бенно их мембран, от повреждения. К этим механизмам относятся: - дерепрессия генов и активация белоксинтезирующих механизмов, а также образования липидов и углеводородных комплексов; - улучшение поставки кислорода и ускорение биосинтеза АТФ, обеспе- чивающих ферментативные и репаративные реакции; - стимуляция антиоксидантной системы самого организма вплоть до применения экзогенных антиоксидантов. Адаптация механизмов детоксикации организма При адаптации к различным, в том числе токсичным, факторам при формировании разветвленных системных следов, охватывающих многие звенья регуляции и исполнительные органы, среди прочих можно выде- лить и проявление таких, которые вызывают в организме увеличение активности детоксикационных, антиоксидантных систем в различных органах. Вследствие указанных изменений растет устойчивость к атеро- генным и токсическим факторам. Изолированные органы и клеточные структуры (ядра, митохондрии, элементы саркоплазматического ретикулума), взятые у адаптированных животных, сами по себе обладают повышенной устойчивостью к аноксии, реоксигенации, токсическим концентрациям катехоламинов, аутолизу при длительном хранении. Это явление обозначено как «феномен адаптацион- ной стабилизации структур» (ФАСС). В молекулярных механизмах ФАСС важную роль играет увеличение экспрессии определенных генов. След- ствием этого является накопление в клетках особых стресс-белков (мол. масса 71-72 килодальтона), которые предотвращают денатурацию белков
358 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА и таким образом защищают клеточные структуры от повреждения. При- мером этому может быть повышение антиоксидантных механизмов при продолжительном повышении их образования (например, при гипоксии). Индукция ферментов Одной из защитных реакций органов, участвующих в детоксикации, является синтез в их клетках ферментов, определяющих эту защитную ре- акцию при поступлении токсинов. Хорошо известна индукция ферментов на уровне одноклеточных, у микроорганизмов. Но имеется много сведе- ний и об индукции ферментов у животных и человека. Термин «индукция» указывает только на повышение уровня активности ферментов под действием различных факторов. Но это может быть обус- ловлено синтезом новых молекул ферментов или являться следствием замедления их распада, усилением активности, трансформацией предше- ственников или же новообразованием их. Хорошо известна индукция фер- ментов в ЖКТ, под влиянием различных веществ поступающих с пищей. При поступлении в организм чужеродных веществ можно обнаружить появление новых ферментов, которые ранее в нем не синтезировались. Индуцируются при этом ферменты и в печени. Активность ферментов гликолиза печени индуцируется преимущественно кортикостероидными гормонами. Индукция ферментов (например, разрушающих избыток некоторых аминокислот) происходит под действием ряда биологически активных сединений: гидрокортизона, гистамина, адреналина. В клинике необходимо помнить, что индукция ферментов происходит и под влиянием лекарственных препаратов. Например, новокаинэстераза после введения новокаина может быть обнаружена как в печени, так и в щитовидной железе. При поражении печени ее активность снижалась, а при гипертиреозе, наоборот, возрастала. Появляется новокаинэстераза также и в сыворотке крови. Причем индукция ферментов проявляется очень быстро, даже после однократного введения препарата, а при повторной инъекции возрастает уже значительно. При облитерирующем эндоартериите индукция указанного фермента крайне низкая, она намно- го ниже, чем у здоровых людей. Поэтому длительность действия ново- каина (анестезирующего и трофического) зависит от активности им же индуцированной новокаинэстеразы. Некоторые гормоны могут менять скорость превращения лекарств. Например, крысы-самцы значительно быстрее, чем самки, метаболизируют гексобарбитал. Индукция фермен- тов сопряжена с повышением температуры, которая, как известно, сама по себе активирует ферменты. Таким образом, в организме имеется некая готовность клеток к индукции в них ферментов, что легко происходит под влиянием многих механизмов. 10.11. ГЕМОСТАЗ И ЕГО НАРУШЕНИЯ Имеющиеся в организме механизмы и процессы, которые выделяют в особую систему гемостаза, обеспечивают выполнение трех важнейших функций:
Глава 10. КРОВЬ 359 а) сохраняют кровь в жидком состоянии; б) предупреждают кровотечения, поддерживая структурную целост- ность стенок кровеносных сосудов; в) при повреждении сосуда останавливают кровотечение. Жидкое состояние крови в кровеносных сосудах является необходи- мым условием поддержания гомеостаза внутренней среды организма. Вы- полняя функцию сохранения жидкого состояния крови, система гемостаза участвует и в сохранении должного объема крови, циркулирующей в со- судах. Последнюю функцию она выполняет совместно с органами кровет- ворения, кровообращения, выделения. Гемостаз осуществляется взаимодействием стенок кровеносных сосу- дов, форменных элементов крови (тромбоцитов, эритроцитов, лейко- цитов), а также факторов, имеющихся в плазме крови. В плазме крови содержится более 40 веществ, которые участвуют в обеспечении гемоста- за. Их можно разделить на две большие группы: участвующие в процессе свертывания (коагулянты) и обеспечивающие противосвертывание (анти- коагулянты). Для характеристики системы гемостаза предложено выделить особо систему РАСК (регуляция агрегатного состояния крови и коллоидов). Система РАСК обеспечивает поддержание жидкого состояния крови и восстановления свойств стенок сосудов, которые при многих патологиче- ских состояниях и с возрастом могут изменяться. Она же поддерживает на оптимальном уровне соотношение отдельных факторов коагулянтной-ан- тикоагулянтной системы в норме и постепенно восстанавливает соотно- шение их после использования в процессе коагуляции. В норме суммарная антикоагулянтная активность несколько выше, чем коагулянтная. Но жизненно важно, чтобы эти две взаимосвязанные под- системы находились в состоянии динамического равновесия. При преоб- ладании любой из них возникают нежелательные для организма наруше- ния. Ускорение свертывания крови называется гиперкоагуляцией, а замед- ление — гипокоагуляцией. Нарушения в системе гемостаза приводят к возникновению чрезвычай- но опасных для жизнедеятельности организма осложнений, затрудняю- щих кровоток (тромбозы, эмболии) или, напротив, вызывающих кровопо- тери (геморрагии). Именно эти нарушения являются непосредственной причиной смерти большинства больных. 10.11.1. Тромбоциты Одним из ведущих звеньев в системе гемостаза являются тромбоциты. В крови их содержится от 200 до 400 тыс./мкл (200-400-109/л). Диаметр кровяных пластинок около 1,5-4,0 мкм, а толщина — 0,5-0,75 мкм. Не все тромбоциты циркулируют свободно в периферической крови, часть их находится в депо — костном мозге, селезенке (до 30 %), печени. Выход из депо увеличивает пул циркулирующих клеток. В результате даже в норме в течение суток число их непостоянно: к утру снижается, а под ве-
360 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Схема цитоскелета покоящегося тромбоцита: М—мембрана; МФ—микрофиламенты; МТ— микротубулярное кольцо; ОКС — открытая канальцевая система; Г -- гранулы (по Boyles) мер увеличивается. Тромбоцит, в строго академическом смысле, не может быть назван клеткой, так как в нем отсутствует ядро и большинство суб- клеточных структур, являющихся непременным атрибутом типичной клетки. Но в то же время тромбоцит достаточно сложно устроен и хоро- шо приспособлен для выполнения своих функций (рис. 10.9). Характерной особенностью тромбо- цита является наличие на наружной сто- роне его мембраны углублений, которые, как фьорды, вдаются внутрь мембраны. На мембране и во внутренних гранулах имеется большое количество биологиче- ски активных соединений, часть которых образована самим тромбоцитом, а часть — поступает в них из плазмы кро- ви. Большинство их принимает участие в процессах свертывания крови — гемоко- агуляции. В тромбоцитах большинство соединений находится в гранулах. Разли- чают четыре типа гранул: - I тип: гранулы, содержащие небелковые компоненты, такие, как АТФ, АДФ, серотонин, пирофосфат, адреналин, кальций; - II тип: гранулы, содержащие низкомолекулярные белки, фактор Вилле- бранда и фибриноген; - III и IV типы: гранулы, содержащие различные ферменты. Сама мембрана тромбоцита также участвует в процессах гемостаза. Ее гликопротеины (их насчитывают до 5 типов) обеспечивают многие функ- ции тромбоцитов. В их числе содержится гликопротеин Za-рецептор, ответственный за адгезию пластинки к коллагену и тем самым за «прили- пание» тромбоцита к месту повреждения сосуда. Часть гликопротеинов мембраны являются рецепторами, обеспечивающими «прилипание» тромбоцитов к поврежденной стенке или друг к другу (агрегацию), а так- же для некоторых факторов свертывания (фактору Виллебранда). Поэто- му снижение содержания различных гликопротеинов на мембране тром- боцитов приводит к повышенной кровоточивости. Фосфолипиды мембраны напрямую участвуют и в формировании сгуст- ка крови. Они же являются предшественниками биологически активных соединений — простагландинов, образующихся из арахидоновой кислоты (здесь есть и соответствующий фермент — фосфолипаза А^. Например, один из них — тромбоксан активирует процесс свертывания крови. Кроме того, на внутренней стороне мембраны содержится фермент адени- латциклаза, активирующий образование цАМФ, который запускает нача- ло процессов изменения состояния пластинок при повреждении сосуда. Весьма интересно и то, что на поверхности тромбоцита имеются рецеп- торы ко многим биологически активным пептидам (нейротрансмиттерам, вазопрессину и др.), количество которых меняется при многих состояниях
Глава 10. КРОВЬ 361 организма. Это свидетельствует об участии тромбоцитов не только в про- цессах гемокоагуляции, но и в регуляции других функций организма (на- пример, иммунитете). Жизненный цикл и функции тромбоцитов Образование кровяных пластинок (мегакариоцитов), как и эритроци- тов, регулируется синтезируемым почками и печенью гликопротеином — тромбоцитопоэтином. Его активируют продукты свертывания, воспали- тельные цитокины, вырабатываемые макрофагами, в том числе ИЛ-6. Тромбоциты, выйдя из костного мозга, циркулируют в крови в течение 8-12 суток. Более старые тромбоциты меньше по размеру, что свидетель- ствует о продолжении дробления пластинок в периферической крови (особенно при прохождении через малый круг кровообращения). Затем они либо разрушаются в селезенке, печени, легких, либо «прилипают» к эндотелию кровеносных сосудов. В эндотелии они выполняют трофиче- скую функцию, «изливая» в клетки свое содержимое, в составе которого находится ТФР. В результате стенка сосудов, особенно капилляров, ста- новится более «прочной». Эта так называемая ангиотрофическая функция тромбоцитов ярко проявляется при их недостатке — тромбоцитопении. Если эндотелиальные клетки лишаются тромбоцитарной «подкормки», то они подвергаются дистрофии и начинают пропускать через свою ци- топлазму даже целые эритроциты. Любопытно, что диапедез эритроцита при этом может быть столь интенсивным, что если на его пути встреча- ется ядро клетки, то оно может разломиться надвое. Вышедшие в ткани эритроциты образуют мелкие кровоизлияния. Для выполнения ангиотро- фической функции в сутки может использоваться до 10% всех циркули- рующих в крови тромбоцитов. Поэтому при тромбоцитопениях имеет место снижение устойчивости стенки капилляров из-за слущивания их эн- дотелия. Точечные подкожные кровоизлияния (петехии) возникают как при легкой травме, так и при повышении кровяного давления. Своеобраз- ной и весьма существенной разновидностью ангиотрофической функции тромбоцитов является обусловленное влиянием фактора роста усиление пролиферативных процессов гладкомышечных клеток, эндотелия при по- вреждении сосуда (после образования сгустка крови). Таким образом, тромбоциты выполняют следующие функции: 1) транспортную (связана с переносом на мембранах различных био- логически активных соединений); 2) ангиотрофическую; 3) участвуют в свертывании крови; 4) участвуют в остановке кровотечения. 10.11.2. Остановка кровотечения (гемостаз) При повреждении сосуда остановка кровотечения происходит в не- сколько этапов: I) сосудисто-тромбоцитарный гемостаз, 2) коагуляционный гемостаз, 3) фибринолиз.
362 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Причем на всех этапах происходит тесное взаимодействие стенки сосу- дов, поврежденных тканей, факторов свертывающей и противосвертыва- ющей систем и форменных элементов крови, среди которых важнейшая роль принадлежит тромбоцитам. Факторы плазмы, участвующие в свертывании крови В плазме крови в свободном состоянии находится много соединений, участвующих в процессе свертывания крови. В настоящее время установ- лено, что подобные факторы находятся в фиксированном состоянии во всех форменных элементах крови (тромбоцитах, эритроцитах и лейкоци- тах). По международной номенклатуре плазменные факторы свертывания обозначаются римскими цифрами в порядке хронологии их открытия (для обозначения активного состояния добавляется «а»). Кроме того, не- которые из них дополнительно именуются по химическому признаку,'по механизму участия в образовании сгустка крови или по фамилии первого больного, у которого было обнаружено его отсутствие (табл. 10.3). Таблица 10.3 Международная номенклатура факторов свертывания плазмы крови Цифровое обозначение Наиболее употребительное наименование Концентрация в крови, мг/мл 1 Фибриноген 1500-40.00 II Протромбин 150 III Тканевой тромбопластин, тканевой фактор IV Ионы кальция 0,9-1,2 V Ас-глобулин, проакцелерин, лабильный фактор 10 VII Проконвертин, стабильный фактор < 1 VIII Антигемофильный глобулин (АГГ), антигемофильный фактор А <0,5 IX Плазменный компонент тромбопластина (РТС-фактор), фак- тор Кристмасса, антигемофильный фактор В 5 X Фактор Стюарта - Прауэра, протромбиназа 8 XI Плазменный предшественник тромбопластина (РТА-фактор), антигемофильный фактор С 5 XII Фактор Хагемана, контактный фактор 35 XIII 4i Фибринстабилизирующий фактор, фибриназа, плазменная трансглутаминаза 20 Плазминоген 150 Прекалликреин (фактор Флетчера) 30 Высокомолекулярный кининоген 80 Все эти факторы можно разделить на две группы: - ферменты (их предшественники) — факторы XII, XI, X, IX, VII, II; - неферменты — факторы I, IV, V, VIII. Причем, если фактор I является белком, который выполняет важней-
Глава 10. КРОВЬ 363 шую функцию в формировании сгустка крови, то остальные (IV, V и VIII) являются активаторами ферментативных процессов. Основные факторы свертывания, имеющиеся в форменных элементах крови и тканях Многие из факторов плазмы фиксированы на мембране или внутри форменных элементов крови. Но в клетках крови, особенно в тромбоци- тах, имеются и собственные факторы, участвующие в гемостазе. Присут- ствие их в клетках крови обеспечивает возможность накопления, так что при высвобождении в месте повреждения сосуда быстро создается их вы- сокая концентрация. Обозначаются факторы тромбоцитов арабскими цифрами. Наиболее важные из них следующие: - ПФ-3 (ПФ — фактор пластинок) — фосфолипиды мембран, на кото- рых, как на матрице, организуется и ускоряется взаимодействие плаз- менных факторов свертывания. Сходными с этим фактором являются мембранные факторы эритроцитов; - ПФ-4 связывает гепарин и таким образом ускоряет процесс свертыва- ния крови; - ПФ-5 — фибриноген, на долю которого приходится до 10% белка тромбоцита; - ПФ-6 — тромбостенин. Он подобен актиновым и миозиновым волок- нам. Сокращаясь в присутствии кальция, способствует уплотнению тромбов; - ПФ-10 — серотонин. Суживает сосуды; - ПФ-11 — фактор агрегации. По химической природе это АДФ. В клет- ках крови при образовании тромба соотношение АТФ: АДФ сдвигает- ся с 9:1 до 1:1. АДФ обеспечивает скучивание тромбоцитов в месте повреждения. Эту же функцию выполняет и один из простагланди- нов — тромбоксан Аг. Почти все факторы свертывания, имеющиеся в тромбоцитах, обнару- жены также в эритроцитах и лейкоцитах. Исключение составляют ПФ-6 и фактор роста тромбоцитов. Важную функцию, только не в процессе образования сгустка, а в его лизисе, выполняют ферменты лейкоцитов. Ткани также содержат субстанции, участвующие в процессах гемостаза. Так, фосфолипиды поврежденных мембран, как и фосфолипиды элемен- тов крови, участвуют в активации ряда ферментов. Они служат основой образования простагландинов. При повреждении тканей, кровеносных сосудов обнажается коллаген, который запускает процессы свертывания крови, «приклеивания» тромбоцитов. Сосудисто-тромбоцитарный гемостаз Сосудисто-тромбоцитарный гемостаз способен самостоятельно остано- вить кровотечение из небольших сосудов. При повреждении же крупных сосудов этого механизма недостаточно. Здесь он является лишь первич- ным гемостазом, с которого начинается развертывание всех фаз останов- ки кровотечения.
364 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА После повреждения сосудов последовательно разворачиваются следую- щие стадии сосудисто-тромбоцитарного гемостаза. 1. Рефлекторный спазм сосудов начинается сразу после повреждения. Он запускается местными рефлекторными механизмами и поддержива- ется реакцией гладких мышц сосудов поврежденного участка на вазоак- тивные соединения, образующиеся здесь. Кроме того, при последующем разрушении из тромбоцитов также выделяются сосудосуживающие веще- ства, такие как серотонин, адреналин, тромбоксан. Спазм сосудов разви- вается достаточно быстро, но через несколько минут может исчезнуть, и кровотечение возобновится. Поэтому для остановки кровотечения необ- ходимо подключение других механизмов гемостаза. 2. Адгезия — «приклеивание» тромбоцитов к месту повреждения. В инициации этого процесса ведущая роль принадлежит обнажившимся волокнам коллагена, к которым «прилипают» тромбоциты. При этом тромбоцит меняет свою форму и выбрасывает длинные нитчатые отрост- ки — псевдоподии. Важнейшим плазменным фактором адгезии тромбо- цитов является синтезируемый эндотелием сосудов гликопротеид — фак- тор Виллебранда (он накапливается также и в тромбоцитах). К нему, а также к фибронектину и коллагену поврежденных тканей активно «прилипают» тромбоциты своими рецепторами гликопротеинов I и II. Это первая, начальная волна агрегации. Тромбоцитарный тромб (осевшие тромбоциты) 3. Обратимая агрегация (скучивание) тромбоцитов. Появление нитча- тых отростков, изменение формы тромбоцитов происходит еще на подхо- де к месту повреждения. Это способствует «склеиванию» их друг с другом по 10-20 штук и «прилипанию» в таком виде к стенке сосуда. Вторая вол- на агрегации тромбоцитов обусловле- на тромбоксаном А 2, образование ко- торого стимулируется коллагеном и фактором Виллебранда, активирую- щими фосфолипазу Аг. Процесс агре- гации ускоряют также и новые порции АДФ, адреналина, серотонина, выде- ляющиеся из разрушающихся тромбо- цитов. В результате формируется пер- вичный, так называемый белый тромб, закрывающий поврежденный участок. Но он еще рыхлый и способен пропу- скать плазму крови (рис. 10.10). 4. Необратимая агрегация тромбоцитов — следующий этап превраще- ния предшествующего рыхлого тромба. Основным стимулятором уплот- нения является тромбин, который к этому времени (через 5-10 с после по- вреждения) образуется в реакциях параллельно протекающего коагуляци- онного гемостаза. Взаимодействие его со специфическими рецептроами мембраны тромбоцитов приводит к фосфорилированию внутриклеточ-
Глава 10. КРОВЬ 365 ных белков и высвобождению ионов кальция. Активируемая кальцием фосфолипаза Аг катализирует высвобождение арахидоновой кислоты, ко- торая превращается в эндопероксиды и тромбоксан Аг. Все это иници- ирует необратимую агрегацию все нового числа тромбоцитов, а также выделение различного типа факторов, дополнительно суживающих сосу- ды. Важно то, что тромбин вызывает агрегацию тромбоцитов в дозах, значительно меньших тех, которые необходимы для образования истин- ного тромба. 5. Ретракция тромбоцитарного тромба. Из разрушающихся тромбоци- тов выходит пластинчатый фактор (ПФ-6), именуемый тромбостенином. ПФ-6 напоминает актомиозин скелетных мышц. Он способен сокращать- ся и тем самым уменьшать размер и уплотнять сгусток. Этому же способ- ствует и фибрин, который образуется в параллельно протекающем про- цессе коагуляционного гемостаза. В агрегации тромбоцитов кроме названных факторов участвуют небел- ковые (Са2+, Mg2+) и белковые плазменные кофакторы (альбумин, фибри- ноген и др.). Процессы сосудисто-тромбоцитарного гемостаза происходят парал- лельно и сравнительно быстро. Поэтому кровотечение из ссадин, мелких порезов останавливается уже в течение ближайших нескольких минут. Коагуляционный гемостаз Одновременно с первичным, сосудисто-тромбоцитарным, гемостазом развивается вторичный гемостаз — коагуляционный. Только он может обеспечить остановку кровотечения из тех сосудов, для которых недоста- точен предыдущий этап, то есть из достаточно крупных, имеющих отно- сительно высокое кровяное давление. Тромбоцитарная пробка не выдер- живает высокого давления крови и при уменьшении реакции рефлек- торного спазма может вымываться. Поэтому на смену ей формируется истинный тромб. Основой образования тромба является переход растворимого фибрино- гена (Ф-1) в нерастворимый фибрин с формированием сети, в которую за- путываются все форменные элементы крови. Фибрин образуется под вли- янием фермента тромбина. Тромбин отщепляет от молекулы фибриноге- на 4 пептида-мономера. Каждый из этих мономеров имеет по 4 свобод- ных связи. Нити фибрина формируются путем соединения мономеров этими связями друг с другом. Вначале связи относительно слабые, но под влиянием фибринстабилизирующего фактора (Ф-ХШ) в присутствии ионов кальция образуются дополнительные связи, и сеть фибриновых во- локон становится прочной. В норме готового тромбина в крови нет, в ней есть его предшественник, неактивная форма—протромбин (Ф-П). Для активации протромбина также необходим свой фермент — протромбина- за. Процесс образования активной протромбиназы сложен, он требует взаимодействия многих факторов плазмы, клеток, тканей и продолжается 5-7 мин.
366 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Все процессы коагуляционного гемостаза являются ферментативными. Они совершаются по типу последовательного каскада (рис. 10.11), разво- рачивающегося во времени в обратной последовательности к вышеука- занной: активное состояние одного фактора активирует другой и т. д. Внутренний механизм Внешний механизм XII | Рис. 10.11 [ Каскадно-комплексная схема свертывания крови: тонкие стрелки — активирующее влияние, толстые — превращение в активные формы, пунктирные линии — инги- бирование (по 3. С. Баркагану)
Глава 10. КРОВЬ 367 / фаза - формирование протромбиназы Самой сложной и продолжительной является фаза формирования про- тромбиназы. Основой этого фермента является липидный фактор, в зави- симости от происхождения которого различают тканевой (внешний) и плазменный (внутренний) механизмы. Тканевая протромбиназа появляется уже спустя 5-10 с, а кровяная — лишь через 5-7 мин после повреждения. Тканевая протромбиназа. При образовании тканевой про- тромбиназы активирующий липидный фактор выделяется из мембран по- врежденных тканей, стенок сосудов. Вначале активируется Ф-VII. Ф-VIIa вместе с фосфолипидами тканей и кальцием образует комплекс 1а. Под влиянием этого комплекса активируется Ф-Х. Ф-Ха на фосфолипидах при участии Са2+ и Ф-V образуют комплекс 3, который и является тканевой протромбиназой. Тканевая протромбиназа активирует небольшое количество тромбина, использующегося главным образом в реакции агрегации тромбоцитов. Кроме того, имеется еще одно назначение образующегося по внешнему механизму тромбина — под его влиянием на мембране агрегированных тромбоцитов формируются рецепторы, на которые может адсорбировать- ся Ф-Ха. В результате Ф-Ха становится недоступным для действия одного из мощных антикоагулянтов — антитромбина III (см. ниже). Это создает предпосылку для последующего формирования на месте тромбоцитарно- го истинного тромба. Кровяная протромбиназа. Кровяная протромбиназа образу- ется на базе фосфолипидов мембран повреждающихся клеток крови (тромбоцитов, эритроцитов). Инициатором этого процесса являются во- локна коллагена, обнажающиеся при повреждении сосуда. Контакт кол- лагена с Ф-ХП запускает каскад ферментативных процессов. Активиро- ванный Ф-ХПа образует первый комплекс с Ф-XIa на фосфолипидах мем- бран эритроцитов и тромбоцитов, разрушающихся к этому времени. Это самая медленная реакция, на нее уходит 4-7 мин. Дальнейшие реакции также протекают на матрице фосфолипидов, но скорость их значительно выше. Под влиянием комплекса 1 формируется комплекс 2, который состоит из Ф-1Ха, Ф-VIII и Са2+. Этот комплекс ак- тивирует Ф-Х. И, наконец, Ф-Ха на фосфолипидной матрице образуют комплекс 3 — кровяную протромбиназу. Ха + V + Са2+. // фаза - образование тромбина После образования кровяной протромбиназы почти мгновенно (за 2-5 с) происходит образование тромбина из белка протромбина (аг-глобулин, имеющий мол. массу 68700), который находится в плазме в концентра- ции около 0,15 г/л. Кровяная протромбиназа адсорбирует на своей по- верхности протромбин и в присутствии ионов кальция превращает его в тромбин.
368 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА /// фаза - превращение фибриногена в фибрин Под влиянием тромбина фибриноген плазмы превращается в фибрин. Этот процесс протекает в три этапа: • Вначале фибриноген (мол. масса 34000(1 в норме содержится в концен- трации от 1 до 7 г/л) в присутствии Са2 расщепляется на две субъеди- ницы. Каждая из них состоит из трех полипептидных цепей — а, Р, у. • Эти золеобразные мономеры фибрина под действием электростатиче- ских сил выстраиваются параллельно друг другу, образуя фибринполи- меры. Здесь требуется Са2+ и плазменный фактор — фибринопептид А. Образовавшийся гель еще способен растворяться. Его называют фиб- рин-S. • При участии Ф-ХШ и фибриназы тканей, тромбоцитов, эритроцитов и Са2+ образуются ковалентные связи, и фибрин-5 превращается в нера- створимый фибрин-1. В результате формируется все еще относительно рыхлый клубок нитей фибрина, в которые запутываются тромбоциты, эритроциты и лейкоци- ты. Эти клетки разрушаются, из них выходят факторы свертывания, что способствует местному увеличению концентрации факторов свертывания и фосфолипидов мембран. А высвобожденный из эритроцитов гемогло- бин придает соответствующий цвет тромбу. Следует еще раз подчеркнуть роль фосфолипидов тромбоцитов (тром- боцитарного тромба) и в коагуляционном гемостазе: - во-первых, они являются мощными активаторами (почти в 1000 раз) протромбиназы; - во-вторых, тромбоцитарный тромб «указывает» место, где должен образоваться истинный тромб — поврежденный участок сосуда. Ретракция сгустка и зарастание поврежденного участка сосуда При распаде тромбоцитов выделяется ПФ-6 — тромбостенин (акто- миозиновые волокна). Их сокращение, а также сокращение самих фибри- новых нитей (результат влияния тромбина и ионов кальция) приводит к сближению и укорочению фибриновых нитей. При ретракции сгусток сжимается почти в 2 раза, и из него выделяется жидкая часть крови, име- нуемая сывороткой. В результате ретракции сгусток становится компакт- ным и перестает пропускать даже сыворотку крови. Ретракция заканчи- вается в течение 2-3 ч. В отсутствие тромбоцитов сгусток долгое время остается рыхлым. Спустя некоторое время после образования сгусток начинает прора- стать фибробластами. Это происходит под влиянием фактора роста тромбоцитов, который активирует пролиферацию одновременно и глад- комышечных, и эндотелиальных клеток сосудистой стенки. Тем самым целостность поврежденного участка постепенно восстанавливается. Все процессы, связанные с появлением кровяной протромбиназы и образова- нием сгустка, протекают как в организме на месте повреждения сосудов, так и в пробирке.
Глава 10. КРОВЬ 369 Фибринолиз Практически одновременно с ретракцией тромба начинается фибрино- лиз — расщепление фибрина. Дело в том, что и в норме без повреждения стенки сосуда в крови постоянно происходят процессы превращения не- большого количества фибриногена в фибрин. Это превращение уравнове- шивается непрерывно протекающим фибринолизом, что в норме препят- ствует образованию сгустка в неповрежденном сосуде. При повреждении стенки сосуда или снижении активности противосвертывающих, механиз- мов равновесие сдвигается в сторону преобладания процесса свертыва- ния — образуется тромб. При многих видах патологий (см. ниже) подоб- ный тромб может образоваться и внутри сосуда. В данном случае для предотвращения закупорки сосуда процесс фибринолиза приобретает особо важное клиническое значение. Расщепление образовавшегося фибрина осуществляет протеолитиче- ский фермент плазмин. Обычно в крови его нет, но в ней постоянно нахо- дится неактивная его форма — плазминоген. Плазминоген активируется под действием специальных механизмов, аналогичных внешней и внут- ренней свертывающим системам (рис. 10.12). После активации плазмин быстро исчезает из кровотока, блокируясь антиплазмином. Поэтому он успевает оказывать свое влияние лишь местно в сгустке крови. ВНУТРЕННИЙ МЕХАНИЗМ ВНЕШНИЙ МЕХАНИЗМ | Рис. 10.12|. Фибринолитическая система: а—активированный фактор; ВМ-кининоген — высоко- молекулярный кининоген. Тонкие стрелки — активация, толстые — превращения (по 3. С. Баркагану)
370 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Основной внутренний механизм активации запускается теми же факто- рами, которые инициируют свертывание крови, — фактором ХПа. Этот фактор взаимодействует с высокомолекулярным кининогеном плазмы и прекалликреином (оба этих фактора являются частью кининовой систёмы плазмы), после чего он становится способным активировать плазминоген. Этот путь обладает способностью к самоактивации, в результате которой резко возрастает активность протеолиза фибрина. Важнейшим стимулятором внешнего механизма фибринолиза являют- ся белковые активаторы плазминогена, синтезируемые в сосудистой стен- ке. Они имеют высокое сродство к фибрину. (Кстати, этот же механизм обеспечивает и трупный фибринолиз.) Интенсивный выброс в кровь со- судистых активаторов происходит при нарушении проходимости сосудов, при физической нагрузке, под влиянием сосудосуживающих веществ. Высокая эффективность фибринолиза обусловлена еще и тем, что при свертывании крови фибрин адсорбирует плазминоген. В результате плаз- мин образуется непосредственно в сгустке крови, который, в свою оче- редь, после образования сразу же начинает разрушаться. Мощные активаторы плазминогена содержатся во всех клетках крови, особенно в лейкоцитах. Кроме того, лейкоциты могут секретировать со- держащиеся в них протеазы и тем самым участвовать в переваривании фибрина неплазминовым путем. Лизис фибрина необходим для деблоки- рования сосудистого русла при внутрисосудистом свертывании крови. Антикоагулянтные механизмы При повреждении сосуда кровь должна свертываться лишь в месте повреждения. Это обеспечивается имеющейся в крови антикоагулянтной системой. Она же, в условиях нормы, играет ведущую роль в сохранении жидкого состояния крови. Жидкое состояние крови поддерживается не- сколькими механизмами, среди которых можно выделить: 1) гладкую поверхность эндотелия сосудов; 2) отрицательный заряд стенки сосудов и форменных элементов кро- ви, за счет чего они взаимно отталкиваются; 3) наличие на стенке сосудов тонкого слоя фибрина, который активно адсорбирует факторы свертывания, особенно тромбин; 4) постоянное присутствие в крови некоторого количества противо- свертывающих факторов; 5) синтез эндотелием сосудов одного из простагландинов — про- стациклина, который является мощным ингибитором агрегации тромбоцитов; 6) способность эндотелия синтезировать и фиксировать антитромбин III. Различают два типа антикоагулянтов (табл. 10.4): - предсуществующие, - образующиеся в процессе свертывания.
Глава 10. КРОВЬ 371 Таблица 10.4 Перечень основных физиологических антикоагулянтов (по 3. С. Баркагану) Наименование (мол. масса) Ведущие механизмы действия Группа А. Предсуществующие (первичные) Антитромбин III (65000) а2-глобулин, прогрессивно действующий ингибитор тромбина, факторов Xa, )Xa, V, Х)а, Х1)а. Основной плазменный кофактор гепарина. Очень слабый ингибитор плазмина и калликреина Гепарин (4000-9000) Сульфатированный полисахарид; образует комплекс с АТ-Ш, трансформируя его в антикоагулянт немедленного действия. Активирует неферментный фибринолиз се-] -антитрипсин (54000) Ингибитор тромбина, факторов IXa, Xia, ХНа, плазмина, калли- креина Группа Б. Образующиеся в процессе протеолиза (вторичные) Антитромбин I Фибрин; сорбирует и инактивирует тромбин и фактор Ха Продукты фибринолиза (продукты деградации фибриногена, ПДФ) Ингибируют конечный этап свертывания, фактор IXa, агрегацию тромбоцитов Из всех предсуществующих антикоагулянтов наиболее универсален по действию и активности антитромбин III (АТ-Ш). Это один из а.2-глобу- линов плазмы. Концентрация его в плазме крови около 240 мг/мл, и он составляет 75% антикоагулянтной ее активности. Он инактивирует тромбин (Ф-Па) и почти все другие активированные факторы — ХПа, Xia, Ха, 1Ха. Другой антикоагулянт — гепарин — активен только вместе с АТ-Ш. Гепарин способствует фиксации АТ-Ш на поверхности эндоте- лиальных клеток, что в сотни раз повышает его активность. В печени в присутствии витамина К синтезируются протеины С и 5. Они снижают активность факторов V и VIII. Эндотелиальные клетки неповрежденной сосудистой стенки не только препятствуют адгезии тромбоцитов, но и синтезируют простациклин и ге- париноподобный фактор (последний синтезируется также и тучными клетками соединительной ткани). Простациклин является мощным инги- битором агрегации тромбоцитов. В процессе свертывания крови и фибринолиза многие прокоагулянты и их метаболиты приобретают антикоагулянтные свойства. Наиболее мощным из них является ^фибрин, который адсорбирует и инактивирует образующийся при сверть(вании тромбин. За это свойство фибрин назы- вают антитромбином I. В результате действия фибрина в сгустке крови остается ничтожно малое количество свободного тромбина. Сам тромбин также проявляет антикоагулянтные свойства. Действуя ферментативно на протромбин, он отщепляет от последнего ингибитор фактора Ха. Актив- ность некоторых факторов свертывания тормозят такие факторы, как Va, Xia. Появляются антикоагулянты и в процессе фибринолиза. Таким образом, говоря об антикоагулянтных механизмах, необходимо
372 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА помнить, что их назначение — препятствовать не формированию сгустка крови, а его безудержному распространению по сосудистой системе (как это наблюдается в крови вне организма). 10.11.3. Регуляция свертывания В норме коагулянтные и антикоагулянтные механизмы должны быть взаимно уравновешенными. После повреждения сосуда и формирования тромба использованные факторы постепенно восстанавливаются за счет синтеза. Однако более половины людей умирает от болезней, связанных с нарушением гемостаза. В связи с тем, что в систему гемостаза входит большое количество различных соединений, а в образовании их принима- ют участие многие органы и ткани, то ее нарушения встречаются чрезвы- чайно часто. Они могут быть как самостоятельными, так и сопутствую- щими при многих патологических процессах. В процессе эволюции сложилась лишь одна адаптивно-защитная реак- ция— гиперкоагуляция. Гиперкоагуляция наблюдается при всех стрес- сорных воздействиях, когда время гемокоагуляции снижается с 5—Ю до 3-4 мин. В основе этого процесса лежит влияние катехоламинов, концен- трация которых в крови в ответ на действие стрессора резко увеличива- ется. Адреналин способствует освобождению из стенок сосуда факторов образования протромбиназы. Кроме того, в высокой концентрации адреналин сам способен активировать фактор XII непосредственно в рус- ле крови. Адреналин усиливает также расщепление жиров и поступление в кровь жирных кислот, обладающих протромбиназной активностью. Гиперкоагуляция развивается не только после возбуждения симпатиче- ского отдела ВНС, но и парасимпатического. Раздражение блуждающего иерва приводит к выделению из стенок сосудов веществ, аналогичных тем, которые выделяются при действии адреналина. При отсутствии врожденной патологии гипокоагуляция всегда бывает вторичной, возникающей после предыдущего свертывания. Это обуслов- лено, с одной стороны, использованием факторов свертывания при обра- зовании сгустка, а с другой — активацией антикоагулянтных механизмов. Данную ситуацию следует учитывать в послеоперационном, послеродо- вом и других состояниях, сопровождающихся формированием тромбов. После стресса в качестве следовой реакции на предшествующую гиперко- агуляционную активность также может развиться вторичная гипокоагу- ляция. Это происходит вследствие активизации противосвертывающих механизмов. Исключение составляют случаи первичной или вторичной недостаточ- ности факторов свертывания крови. Так, гемофилия А является следстви- ем генетически обусловленной недостаточности фактора VIII; гемофилия В — Ф-1Х. Свертывание крови нередко нарушается при тяжелых воспа- лительных или дегенеративных заболеваниях печени — как результат снижения синтеза протромбина и факторов VII, IX, X. Недостаток вита- мина К, участвующего в синтезе указанных факторов, также приводит к нарушению свертывания.
Глава 10. КРОВЬ 373 Расстройство процессов образования тромбоцитов, их повышенное разрушение, приводя к тромбоцитопении, сопровождается различными нарушениями процессов гемостаза. При уменьшении числа тромбоцитов ниже 50000 в 1 мкл растет проницаемость сосудов для крови (легко воз- никают множественные кровоизлияния), увеличивается время кровотече- ния, замедляется или происходит неполная ретракция сгустка. Лабораторные исследования системы гемостаза Для оценки системы гемостаза, и особенно для диагностики рас- стройств, его одиночные тесты мало информативны. Необходим комплекс тестов. Среди множества предложенных тестов можно рекомендовать сле- дующий минимум. Время кровотечения. Верхний предел нормы около 5 мин. С по- мощью этого простого теста можно судить как о гемостатической функ- ции тромбоцитов, так и реакции самих сосудов. Дефекты тромбоцитов, снижение их количества, а также патология сосудистой стенки вызывают увеличение времени кровотечения. Протромбиновое время. Характеризует состояние внешней систе- мы свертывания крови. Время рекальцификации п л аз м ы. В норме 80-130 с. Тромбиновое время. В норме 17-24 с. Отражает скорость превра- щения фибриногена в фибрин. Оно возрастает при гипофибрино- генемии, в присутствии продуктов расщепления фибрина или при применении гепарина. Тромбопластиновое время (проба Квика). В норме около 14 с. Увеличение этого времени обусловлено понижением содержания факто- ров внешней свертывающей системы, протромбина или фибриногена. Частичное тромбопластиновое время. В норме обычно меньше 45 с. Характеризует состояние внутренней системы свертывания крови (за исключением фактора VII). Уровень фибриногена и продуктов расщепления фибрина. В плазме крови содержание фибриногена в норме 2-4 г/л. Белковых фрагментов, освобождающихся при действии плазмина на нити фибрина, обычно содержится от 0 до 10 мг/мл плазмы. Их количе- ство возрастает при таких патологических состояниях, как диссеминиро- ванное внутрисосудистое свертывание, или при других фибринолитиче- ских состояниях. 10.11.4. Нарушения гемостаза Геморрагические диатезы Понижение свертывания крови и возрастание риска кровоточивости возникают при многих врожденных и приобретенных состояниях. Они могут иметь как основное, так и вспомогательное значение в патологии человека. Самостоятельные заболевания — геморрагические диатезы относятся к врожденным формам, а в качестве приобретенных они высту-
374 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА пают как вторичные процессы при различных патологических состояни- ях. Эти состояния могут быть следствием основного заболевания или быть обусловленными воздействием лечебных препаратов, токсических веществ, ядов. Основой геморрагических диатезов является отсутствие или недостаток факторов свертывания, избыток физиологических антикоагулянтов и фибринолитических агентов. В результате развиваются различного рода коагулопатии. Они могут быть следствием нарушения: - тромбоцитопоэза или функциональных свойств тромбоцитов, - свертывающей системы крови, - сосудистой стенки (вазопатии). Тромбоцитопеническая пурпура Это группа заболеваний, в основе которых лежит укорочение продол- жительности жизни тромбоцитов и, как следствие этого, их недостаточ- ное количество в крови. Недостаточность тромбоцитопоэза может быть следствием многих причин, связанных с нарушением системы регуляции или созревания мегакариоцитов в костном мозге, а также наличием анти- тромбоцитарных антител (т. е. быть аутоиммунной природы). Результатом тромбоцитопений является как повышенная ломкость сосудистой стенки, так и нарушение процессов свертывания крови и ре- тракции сгустка. Гемофилии Эти коагулопатии обусловлены врожденным дефицитом факторов VIII или IX. Как правило, гемофилиями страдают мужчины, так как дефект связан с Х-хромосомой. Гемофилия А (дефект VIII фактора) встречается значительно чаще, чем гемофилия В (дефект IX фактора). Имитация гемофилии, связанная с недостаточностью фактора VIII, мо- жет быть следствием системных заболеваний соединительной ткани, ту- беркулеза, злокачественных образований, действия медикаментозных и других интоксикаций. В результате повышается уровень антикоагулянтов к указанному фактору. Гипопротромбинемия Поражение печени может привести к недостаточности синтезируемых в ней коагулянтов и особенно протромбина. Кроме того, нужно иметь в виду, что для синтеза протромбина необходим витамин К (предшест- венник данного белка). А для его всасывания требуется поступление жел- чи в кишечник. И все формы заболеваний, приводящие к затруднению или прекращению поступления желчи в кишечнйк, также способствуют дефициту данного фактора свертывания. Кроме того, витамин К участву- ет в синтезе и других факторов свертывания: VII, IX, X. Нарушение синтеза других факторов свертывания (особенно фибрино- гена) также может послужить основой для снижения активности сверты- вающей системы. Но чаще всего повышенная кровоточивость при этом
Глава 10. КРОВЬ 375 обусловлена комплексом механизмов (травмой, нарушением микроцирку- ляторного русла и т. п.). Васкулиты Различные воспалительные процессы мелких сосудов (васкулиты) или другого типа повреждения сосудистой стенки (аутоантител, токсических веществ, при аллергии, переохлаждении и т. п.) также являются основой многих типов геморрагических диатезов. Постгеморрагические состояния Снижение уровня факторов свертывания крови может быть вторич- ным — как следствие использования их в процессе свертывания крови. Так, хирургические операции, травматические повреждения, когда в орга- низме возникает необходимость в прекращении кровотечения из повреж- денных сосудов, могут привести к более или менее продолжительному дефициту факторов свертывания и временному повышению активности противосвертывающих механизмов. В результате появляется риск повтор- ного послеоперационного кровотечения. Гемостаз при заболеваниях сердечно-сосудистой системы Вполне естественно, что очень часто нарушение процессов свертыва- ния крови происходит при различных заболеваниях сердечно-сосудистой системы. Воспалительные заболевания, если они не сопровождаются другими изменениями сердечно-сосудистой системы (иммунологической гиперчув- ствительностью, поражением печени, недостаточностью кровообраще- ния), в их острой фазе приводят к «стандартным» нарушениям системы гемостаза. Так, во время острой фазы ревматизма наблюдаются признаки гиперкоагуляции крови, главным образом за счет снижения содержания физиологических антикоагулянтов. При этом зачастую происходит и угнетение фибринолиза, вызванное снижением быстрой активности плаз- миногена, повышением содержания ингибиторов активации плазмино- гена и антиплазминогенов. При ревматизме наряду с плазменными факторами повышается коагулянтная активность клеточных факторов гемостаза (тромбоцитарного, эритроцитарного и лейкоцитарного), что может приводить к внутрисосудистому свертыванию крови. В отличие от этого сопутствующие воспалению патогенетические про- цессы могут привести к разнонаправленным изменениям системы гемо- стаза. Так, выраженность повышенной иммунологической реактивности немедленного типа, значительные поражения функции печени, выражен- ные проявления диссеминированного (от лат. disseminatio — рассеивать, распространять) внутрисосудистого свертывания (ДВС-синдрома) приво- дят, напротив,к гипокоагуляции. Однако однонаправленность изменений всех звеньев системы гемоста- за проявляется далеко не всегда. Как правило, можно обнаружить и ком- пенсаторные изменения каких-либо ее звеньев, по крайней мере до тех пор, пока не происходит срыв компенсации при далеко зашедшем заболева-
376 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА нии или его высокой активности. Так, у больных с минимальной сте- пенью активности ревматизма в тромбоцитарном гемостазе можно обна- ружить изменения, направленные как на гипер-, так и на гипокоагуля- цию. К первым относятся: повышение активности фактора 3 тромбо- цитов, торможение процессов дезагрегации пластинок, повышение в них активности фибринстабилизирующего фактора, исчезновение фибрино- литической активности. Ко вторым — некоторое снижение количества тромбоцитов, замедление времени агрегации, уменьшение адсорбирован- ного на тромбоцитах тромбопластина, появление ингибиторов протром- бинового комплекса, исчезновение антигепариновой активности. Аналогичные процессы наблюдаются и со стороны эритроцитарных факторов гемостаза. У больных с более выраженной степенью (II) активности ревматизма изменение показателей тромбоцитарного гемостаза в сторону гиперкоа- гуляции и усиления признаков тромбофилии более выражено, чем у боль- ных с минимальной активностью процесса. Соответствующими «стандартными» изменениями системы гемостаза сопровождается недостаточность кровообращения (IIБ и III стадий). Эти изменения выражаются в гипокоагуляции крови за счет: - снижения уровня прокоагулянтов, - повышения содержания физиологических антикоагулянтов, - увеличения фибринолиза в связи с ускорением активации плазминоге- на и появлением плазмина. Эти нарушения общие для большинства состояний организма, сопро- вождающихся гипоксией, ацидозом и нарушением функций печени. Поэ- тому у таких больных нередки геморрагические осложнения. При гипертонической болезни чаще всего встречается некоторая гипер- коагуляционная ситуация, но можно обнаружить и компенсаторные гипо- коагуляционные сдвиги. Последнее чаще всего характерно для I стадии болезни. Зачастую гипертоническая болезнь развивается на фоне атероск- леротических изменений, при которых нередко происходит образование пристеночных тромбов. В начальной стадии артериальной гипертензии (особенно у больных молодого возраста) активируется система простагландинов. Значительно повышается содержание простагландина F2a и тромбоксана А2, обладаю- щих, наряду с прессорной, еще и агрегационной активностью. Прогресси- рование болезни происходит на фоне снижения гепариновой и антитром- боцитарной активности, угнетения фибринолиза; в связи с увеличением содержания ингибиторов активации плазминогена и антиплазминов сни- жается уровень антитромбина III, образуемого эндотелиоцитами. На ранних стадиях болезни при гипертонических кризах происходит ак- тивация и антисвертывающих механизмов крови (прежде всего фибрино- лиза). Но появляющаяся при этом повышенная концентрация адреналина и норадреналина способствует возрастанию коагуляционной активности и фибринолитического потенциала крови. На более поздних стадиях кризы
Глава 10. КРОВЬ 377 сопровождаются повышением тромбофилий в виде гиперкоагуляции и угнетения фибринолиза. На ранних стадиях развития болезни эритроцитарное звено системы гемостаза чаще всего направлено на коррекцию плазменного звена. Так, при возрастании коагуляционной активности плазмы и тромбоцитов в эритроцитах противосвертывающая активность, напротив, увеличива- лась и наоборот. В отличие от этого, на поздних стадиях болезни коагу- ляционная активность возрастала и в эритроцитах. Таким образом, у дан- ных больных превалирующим становится тромбофилический потенциал крови. Хотя на поздних стадиях (III) при наличии тромботических ослож- нений коагуляционный потенциал может быть снижен по сравнению с предыдущей стадией. Скорее всего, это обусловлено наступающими па- тологическими сдвигами в системе биосинтеза факторов свертывания (следствие выраженных дистрофических процессов). Тромбозы Внутрисосудистое свертывание крови приводит: - к полной или частичной закупорке сосуда и нарушению или прекра- V щению кровотока; - к тромбоэмболии — отрыву и заносу тромба (эмбола) током крови в различные сосудистые бассейны. Естественно, что последствия этого могут быть различными, в зависи- мости от того, в артерии или вене образуется тромб, в каком отделе сосу- дистой системы он локализуется. Так, эмбол, оторвавшийся от тромба, на- ходящегося в артерии большого круга кровообращения, с током крови по- ступает в более мелкие артериальные сосуды или микроциркуляторное русло. Нахождение эмбола в новом сосуде вызывает рефлекторный спазм последнего. В результате прекращается поступление крови к данному органу или его части, и возникает инфаркт. Из вены большого круга кро- вообращения эмбол поступает в легкие и закупоривает какую-либо из раз- ветвлений легочной артерии. Но в любом случае это весьма нежелательное явление. Поэтому в организме и существует мощная система сохранения жидкого состояния крови, предотвращения образования тромбов. Для процесса внутрисосудистого тромбообразования необходимо соче- тание нескольких факторов, так называемая триада Сенака — Вирхова’, из- менение сосудистой стенки, свертывающей системы крови, замедление кровотока. К примеру, одно лишь замедление кровотока не ведет к возра- станию внутрисосудистого свертывания крови. Для этого необходимым условием является еще и изменение коагуляционных свойств крови и сосу- дистой стенки. Само по себе замедление кровотока приводит лишь к стазу форменных элементов крови, обратимой их агрегации (иначе нельзя было бы накладывать манжету для определения АД, жгут для внутривенных вливаний или остановки кровотечения при повреждении сосудов). Механизм тромбообразования в артериях, венах и микроциркулятор- ном русле несколько отличается. При артериальном тромбозе важная роль в тромбогенезе принадлежит повреждению сосудистой стенки, при
378 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА венозном тромбозе и тромбозе микроциркуляторного русла — измене- нию состава крови и замедлению кровотока. Зона отрыва Механизм возникновения турбуленций при появлении дефекта интимы сосуда Тромбообразованию в артериях способствуют: - атеросклероз, - турбулентность потока крови (рис. 10.13), - тромбоцитоз, - изменение активности тромбо- цитов, - полицитемия, - лейкоцитоз. Тромбообразование в венах обусловлено: - варикозным расширением, - гипотензией, - снижением уровня антитромбина III, - снижением содержания протеинов S и С, - снижением уровня плазминогена и его активаторов. Нарушение целостности стенки сосуда и тромбообразование Целостность сосудистого эндотелия — необходимое условие сохране- ния жидкого состава крови. Любые его нарушения могут привести к фор- мированию внутрисосудистого сгустка крови. Основной и наиболее частой причиной тромбообразования в сосуде являются атеросклеротические изменения. При этом проявляется весь комплекс указанных выше нарушений. Образование тромбов нередко происходит при ревматических и септических процессах. Появление структурных, как и других (биохимических, электростатиче- ских) изменений сосудистой стенки, может способствовать «прилипанию» к ее внутренней поверхности тромбоцитов, что инициирует процесс свер- тывания крови. В результате различных изменений стенки сосуда в ней повышается тромбопластическая активность, а фибринолитическая ак- тивность снижается, то есть нарушается гемостатический баланс самой сосудистой стенки. Баланс этот может изменяться за счет нарушения об- мена между плазмой и сосудистой стенкой факторов свертывания крови и фибринолиза, их предшественников и ингибиторов. Большое значение в регуляции жидкого состояния крови имеет соотно- шение содержания таких метаболитов арахидоновой кислоты, как про- стациклин и тромбоксаны. Тромбоксан А2 образуется под действием фер- мента тромбоксансинтетазы в тромбоцитах. Он очень нестабильный и быстро превращается в стабильный тромбоксан В2, который является мощным вазоконстриктором и сильным агрегирующим агентом. В сосу- дистой стенке под влиянием простациклинсинтетазы синтезируется про- стациклин. В противоположность тромбоксану он является мощным ва- зодилататором и самым сильным ингибитором агрегации тромбоцитов.
Глава 10. КРОВЬ 379 В норме между этими факторами существует динамическое равновесие, нарушение которого ведет к образованию тромба. При значительном и длительном повышении содержания в крови ли- попротеинов атероциты сосудистой стенки их фагоцитируют. Перегру- женные липидами, они погибают, высвобождая липиды и вовлекая в про- цесс другие атероциты. При этом поверхностные слои интимы утрачива- ют антитромбоцитарные свойства, к ним «прилипают» тромбоциты, что приводит к внутрисосудистому тромбообразованию. Происходящее по- вреждение эндотелия сосудов, обнажая коллаген, приводит к образова- нию тромбина. Коллаген и тромбин активируют фосфолипазы А 2 и С, ко- торые воздействуют на фосфолипиды с высвобождением арахидоновой кислоты. Последняя под влиянием циклооксигеназы трансформируется в нестойкие простагландины С2 и Я2, из которых в сосудистой стенке об- разуется простациклин, а в тромбоцитах — тромбоксан А2. Уменьшение образования простациклина и повышение уровня тромбоксана А2 приво- дят ^развитию внутрисосудистого свертывания крови и тромбообразова- нию. К тому же они вызывают и спазм сосуда, что, к примеру, в сердце проявляется стенокардией или даже острым инфарктом миокарда. У больных с атеросклерозом существенно снижены противоагрегаци- онные свойства эндотелия сосудов (антиагрегационные, антикоагулянт- ные, фибринолитические). На этом фоне создаются условия для адгезии и агрегации тромбоцитов, образования и отложения нитей фибрина на со- судистой стенке при появлении в сосудистом русле индукторов агрегации (например, адреналина, тромбина). Содержание последних возрастает при таких состояниях организма, как травма, стресс, инфекция, ярко вы- раженные эмоции, прием некоторых лекарственных препаратов. Таким образом, изменения противотромбогенных свойств эндотелия сосудов, с одной стороны, могут потенцировать атеросклеротический процесс, а с другой — быть основным звеном внутрисосудистой агрегации тром- боцитов и тромбогенеза. К тому же фактор роста, выделяющийся из агрегированных тромбоци- тов, индуцирует пролиферативные процессы в гладкомышечной оболочке стенки сосудов, что играет важную роль в дальнейшем развитии атеро- склеротического процесса. Агрегация тромбоцитов, приводя к выделению вазоактивных соедине- ний вблизи сосудистой стенки, вызывает их сокращение. Но это происходит главным образом там, где в результате повреждения эндотелия обнажены гладкомышечные клетки. Нарушение соотношения коагулянтных и антикоагулянтных механизмов и тромбообразование К факторам риска тромбоза относятся повышение в крови уровня фибриногена (выше 3,1 г/л), факторов VII и VIII, увеличение гематокрита (выше 45 %), концентрации лейкоцитов. Риск повышения гемокоагуляции возрастает при сочетании вышеуказанных факторов с гиперхолестерине-
380 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА мией, другими гиперлипидемиями, артериальной гипертензией. Многие из этих факторов риска врожденно обусловлены. При различных заболеваниях агрегацию тромбоцитов могут вызывать разные механизмы. Так, при остром инфаркте миокарда наиболее резко выражено агрегационное влияние серотонина, а влияние тромбина и АДФ менее значимо. АДФ-агрегация тромбоцитов в венозной крови вы- ше, чем в артериальной. Такая же закономерность наблюдается со сторо- ны тромбин- и серотонин-агрегации тромбоцитов. А коллагеновая агре- гация, напротив, активнее в артериальной крови, чем в венозной. Врожденные формы тромботической болезни могут быть обусловлены дефицитом одного из факторов свертывания крови или фибринолиза. К ним относится недостаточность: - антитромбина III, - белков С и S, - гепаринового кофактора. Провоцирующими для проявления заболевания являются такие состо- яния, как: - беременность, - хирургические вмешательства, - длительные иммобилизации, - прием гормональных препаратов, в том числе контрацептивов. Клиническими проявлениями этого рода недостаточности могут быть тромбоз глубоких и поверхностных вен, легочные эмболии у молодых людей (20—30 лет). Однако недостаточность указанных выше факторов может быть и при- обретенной, связанной с заболеванием органов, участвующих в синтезе факторов системы гемостаза — печени и почек. Но для приобретенных форм более характерны изменения в различных звеньях системы гемоста- за. Это прежде всего: - дефицит антитромбина III, а2-макроглобулина, протеинов С и S, уве- личение уровня факторов I, VIII, XIII; - повышение функциональной активности тромбоцитов; - снижение фибринолитической активности; - снижение антитромбогенной активности сосудов; - повышение активности или синтеза фактора Виллебранда. Образующийся при внутрисосудистом свертывании крови сгусток обычно более рыхлый (в основе его — нестабилизированный фибрин), чем пристеночный (стабилизированный фибрин). В результате, если первый может быть подвержен спонтанному фибринолизу, то второй — нет. К тому же от первого чаще всего и отрываются тромбы. Стадийность тромбоэмболического процесса Уже на ранних стадиях заболевания циркулирующие и облитерирую- щие просвет сосуда агрегаты тромбоцитов нарушают кровоток. Особен- но наглядно это проявляется в сосудах сердца. А включение плазменных
Глава 10. КРОВЬ 381 факторов, факторов, содержащихся в эритроцитах и лейкоцитах, еще больше усугубляет эти нарушения. К примеру, если подобное происходит в сосудах сердца, это может привести даже к инфаркту. Далеко не всегда у больных с тромбозами в ближайшие дни перед воз- никновением тромбоэмболических осложнений имеется выраженное предтромботическое состояние. Однако в крови можно обнаружить при- знаки латентного диссеминированного внутрисосудистого свертывания крови в виде умеренного увеличения растворимого фибрина, продуктов расщепления фибриногена-фибрина (что является следствием не разруше- ния эмбола, а откладывания на нем новых порций фибрина), а также снижения до нижней границы нормы активности антитромбина III. Эти изменения свидетельствуют о потенциальной «готовности» больных к развитию тромбоэмболических осложнений. В начале возникновения тромбоза содержание фибриногена в плазме крови снижается, что является следствием утилизации его в фибрин. Это —(коагулопатия потребления. В ответ на усиленное тромбообразова- ние содержание растворимого фибрина в русле крови резко увеличивается, появляется большое количество плазмина. Это обусловлено компенсатор- ным возрастанием активности фибринолитической системы, хотя возмож- ности ее оказываются недостаточными. В связи с потреблением снижается активность антитромбина III. У больных с тромботическими осложнениями заболеваний сердца и сосу- дов коагулометрические показатели бестромбоцитарной плазмы отличают- ся значительной разнонаправленностью. Так, потенциальная активность всей свертывающей системы приобретает признаки гиперкоагуляции. Но некоторые отдельные показатели системы гемостаза имеют параметры в пределах нормы или же отклоняются в сторону гипокоагуляции. Независимо от содержания тромбоцитов свертывающая активность их повышена. Высокий прокоагулянтный резерв тромбоцитов является весь- ма типичным изменением при наличии тромботических осложнений. Истощение коагуляционного резерва тромбоцитов (что чаще всего обус- ловлено глубокими аутоиммунными тромбоцитопатическими изменения- ми) приводит к противоположному состоянию — повышенной кровото- чивости. Это свидетельствует о приоритетной роли тромбоцитов в генезе направленности изменений в системе гемостаза при данных состояниях. Тромбоциты (да и эритроциты) имеют далеко не постоянный набор фак- торов коагуляционной системы, направленность содержания которых в них и плазме не всегда однотипна. В начале процесса они могут выступать но- сителями компенсаторных механизмов. Лишь при истощении механизмов компенсации наступают параллельные изменения показателей гемостаза в плазме и форменных элементах крови. Таким образом, в зависимости от стадии тромботического процесса, активности систем компенсации показа- тели гемостаза могут быть самыми разными. Поэтому изучение парамет- ров системы гемостаза имеет значение для правильного назначения различ- ных препаратов, влияющих на процесс свертывания крови.
382 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Гемостаз и иммунные заболевания Тромбоциты принимают участие и в иммунных реакциях организма. Так, к примеру, разрушение тромбоцитов тормозит реакцию бласттранс- формации Т-лимфоцитов. Но одновременно с этим серотонин, содержа- щийся в гранулах тромбоцитов, стимулирует; данный процесс. Синтезиру- емые в тромбоцитах лейкотриены и простагландины оказывают сущест- венное влияние на иммунные механизмы. В свою очередь, изменение иммунного статуса организма оказывает влияние на гемостатическую функцию тромбоцитов. Образующиеся им- мунные комплексы могут приводить к тромбозам в результате поврежде- ния тканей, воспаления или стимуляции тромбоцитов через соответству- ющие рецепторы мембран. Поэтому при нарушениях иммунитета могут изменяться и коагуляционные свойства крови. Наглядным примером изменения гемостаза при заболеваниях, связан- ных с иммунной патологией, может быть системная красная волчанка (СКВ). Это аутоиммунное заболевание, при котором появляются различ- ного типа аутоантитела. Среди них наибольшее значение имеют антитела к ДНК, РНК и различным нуклеотидам. При СКВ в развитии активации пластинок важная роль принадлежит антифосфолипидным антителам, вза- имодействие которых с фосфолипидами мембраны тромбоцитов приводит к усилению адгезии пластинок к эндотелию. При этом в сосудистой стенке подавляется синтез простациклина, а преобладающим становится влияние тромбоксана. Одним из наиболее частых осложнений СКВ является раз- личной выраженности геморрагический синдром: от незначительных пете- хий до тяжелых кровоизлияний. У больных на фоне повышенного уровня фибриногена плазмы происходит снижение коагулирующих свойств. Вы- раженность этих изменений нарастает с увеличением активности воспале- ния. В тромбоцитах, напротив, может происходить возрастание коагулян- тного потенциала, что является компенсаторной реакцией изменений плаз- менных механизмов. В целом при волчанке происходит нарушение свертывания крови, что обусловлено комплексом изменений, происходящих в организме боль- ных, где ведущая роль принадлежит синдрому ДВС, при котором могут быть как тромбоз, так и геморрагии. Таким образом, при аутоиммунных заболеваниях у больных наблюда- ются самые разнообразные изменения отдельных показателей системы гемостаза. Некоторые из них свидетельствуют о повышении коагуляцион- ной, другие — о возрастании антикоагулянтной активности, что свиде- тельствует о компенсаторных реакциях системы. Но, как правило, углуб- ление основного заболевания приводит к уменьшению компенсаторных сдвигов, а нарушение гемостаза ухудшает течение основного заболева- ния. К примеру, при так называемом люпус-нефрите происходит про- лиферация мышечных и соединительнотканных элементов сосудистой стенки под влиянием фактора роста тромбоцитов, который выходит из последних при их внутрисосудистой коагуляции.
Глава/10. КРОВЬ 383 Наиболее распространенное заболевание соединительной ткани — рев- матоидный артрит характеризуется разнонаправленными изменениями системы гемостаза: на фоне суммарного роста коагуляционных свойств крови можно видеть гипокоагуляционные изменения отдельных механиз- мов. Фибринолитическая активность при этом заболевании снижена за счет уменьшения активности активаторов плазминогена и возрастания его ингибирующих факторов. Эти изменения происходят на фоне повы- шенного содержания фибриногена, фибринмономерных комплексов и продуктов деградации фибриногена-фибрина. Данные изменения связаны с выраженностью аутоиммунных нарушений. У таких больных наблюдает- ся тромбоцитоз, что, по-видимому, является компенсаторной реакцией на уменьшение продолжительности их жизни, и скопление тромбоцитов в тканях пораженных суставов. Одновременно под воздействием IgG, кол- лагена, адреналина повышается агрегационная активность тромбоцитов. Активация тромбоцитов может быть начальным звеном ревматоидного васкулита, что сопровождается высвобождением факторов, повышающих проницаемость сосудов и отложение иммунных комплексов с последую- щим развитием воспалительной реакции. Лишь в далеко зашедшей III степени заболевания наблюдается истощение активности пластинок (при возможном сохранении коагулянтной направленности плазмы). Вопросы для повторения №1 Кровь состоит из: А. Плазмы, лейкоцитов, эритроцитов Б. Сыворотки крови, белых и красных кро- вяных телец В. Сыворотки крови, лейкоцитов, тромбоци- тов, эритроцитов Г. Плазмы, лейкоцитов, эритроцитов, тром- боцитов №2 Количество крови в организме: А. массы тела Б. 4-5% массы тела В. 13-14% массы тела Г. 6-8% массы тела №3 Какова вязкость крови: А. Около 3,0 Б. Около 5,0 В. Около 2,5 Г. 1,7-2,2 Д. 7,0-8,0 №4 Какова величина осмотического давле- ния крови: А. 3,8 атм Б. 25-30 мм рт. ст. В. 760 мм рт. ст. Г. 7,6 атм Д. 10,3 атм №5 Каков пооказатель активной реакции крови: А. 4,5-5,5 Б. 6,5-5,5 В. 7,4-7,36 Г. 0,9-1,5 №6 Каков состав плазмы: А. 8-10% воды и 90-92% сухого вещества Б. 90-92% воды и 4-5% сухого вещества В. 70-80 % воды и 30-40 % сухого вещества Г. 97-98% воды и 2-3% сухого вещества Д. 90-92 % воды и 8-10 % сухого вещества
Глава 10. КРОВЬ 384 №7 Количество белка в плазме крови: А. 2-3% Б. 90-92% В. 8-10% Г. 0,4% Д. 7-8% №8 Величина онкотического давления плазмы крови: А. 7,6 атм Б. 100 мм рт. ст. В. 0,1 атм Г. 25-30 мм рт. ст. Д. 8,6 атм Е. 0,02-0,03 атм №9 Какие виды гемолиза будут наблюдать- ся при действии гипотонических раст- воров: А. Осмотический Б. Химический В. Биологический №10 Какая кровь относится к II группе? Крес- тиками обозначено наличие агглютина- ции, 0 — ее отсутствие в каплях сы- воротки: I гр. II гр. III гр. А. 0 0 + Б. 0 + 0 В. + + + Г. + 0 + Д- + 0 0 №11 В каком из приведенных случаев при переливании крови может возникнуть опасность для реципиента: A. Rh+ реципиенту переливать Rh+ кровь Б. Rh+ реципиенту переливать Rh~ кровь В. Rh~ реципиенту переливать Rh* кровь Г. Rh~ реципиенту переливать Rh~ кровь Д. Ни в одном из перечисленных случаев №12 Какие белки и е каком количестве со- держатся в плазме крови: А. Альбумины - 4,5 %, глобулины - 3,0 %, фибриноген - 0,4 % Б. Альбумины 2-3,5 %, глобулины - 4,5 %, фибриноген - 0,4 % В. Альбумины - 0,4 %, глобулины - 4,5 %, фибриноген - 2,0-3,5 % Г. Альбумины - 4,5 %, глобулины - 2,0- 3,5%, фибриноген - 4,0 % №13 Какие из указанных веществ относятся к антисвертывающей системе крови: А. Лимонно-кислый натрий Б. Гирудин В. Гепарин Г. Дикумарин и пелентан Д. Щавелево-кислый натрий Е. Антитромбин III №14 Какова нормальная величина гема- токрита: А. 30-40% Б. 50-60% В. 40-45% Г. 70-80% Д. 20-40% №15 Какова величина осмотической рези- стентности эритроцитов (в процентах NaCI): А. 0,4-0,35 Б. 0,6-0,5 В. 0,8-0,9 Г. 0,45-0,5 Д. 0,3-0,25 №16 Какова скорость оседания эритроцитов: А. 10-20 мм/ч Б. 2-12 мм/ч В. 2-19 мм/ч Г. 15-20 мм/ч Д. 20-30 мм/ч
385 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА №17 Какие факторы обуславливают ско- рость оседания эритроцитов: А. Белки и соли плазмы крови Б. Высокомолекулярные белки плазмы крови В. Низкомолекулярные белки плазмы крови Г. Соли плазмы и эритроциты Д. Высокомолекулярные белки плазмы и заряд мембраны эритроцитов Е. Фибриноген и у-глобулины №18 z Какие факторы не могут привести к из- менению онкотического давления плаз- мы: А. Обильное потоотделение Б. Увеличение количества эритроцитов В. Снижение содержания белков плазмы крови Г. Увеличение содержания белков плазмы крови Д. Несахарный диабет Е. Увеличение количества лейкоцитов №19 Каково значение формы эритроцитов в виде двояковогнутого диска: А. Увеличение осмотической резистентности Б. Снижение вязкости крови В. Обеспечение антигенных свойств Г. Наименьший путь диффузии газов к глу- боким точкам эритроцита Д. Обеспечение поддержания pH крови Е. Облегчает продвижение эритроцитов в ка- пиллярах №20 Какова продолжительность циркуляции эритроцитов в крови: А. 100-120 дней Б. 2-3 месяца В. 5-6 месяцев Г. 1 год Д. 40-50 дней №21 У больного в моче найден ацетон. Какое значение pH может быть в его крови: А. 7,5 Б. 7,2 В. 7,35 Г. 7,6 Д. 7,25 №22 Какова концентрация гемоглобина в кро- ви у здоровых мужчин и у женщин: У мужчин, г/л У женщин, г/л А. 110-120 140-150 Б. 130-160 130-140 В. 100-160 100-140 Г. 150-230 140-160 №29 Укажите функции гемоглобина: А. Регуляция осмотического давления, pH крови Б. Транспорт углекислого газа, регуляция pH крови В. Питательная, экскреторная Г. Газотранспортная, регуляция онкотиче- ского давления Д. Регуляция pH, транспорт кислорода №23 Какие из буферных систем играют ос- новную роль в поддержании pH в крови и в ткани? В крови В ткани А. Карбонатный буфер Фосфатный буфер Б. Белковый буфер Карбонатный буфер В. Фосфатный буфер Гемоглобиновый буфер Г. Гемоглобиновый буфер Карбонатный буфер Д- Гемоглобиновый буфер Белковый буфер №24 Какова нормальная величина цветного показателя: А. 1,0-1,5 Б. 0,8-1,0 В. 0,5-1,0 Г. 0,4-0,8 Д. 1,5-2,0
Глава 10. КРОВЬ 386 №25 Какие гормоны участвуют в регуляции эритропоэза: А. Катехоламины, СТГ, минералокортикоиды Б. Минералокортикоиды, тиреоидные, поло- вые В. Эритропоэтин, катехоламины, половые Г. СТГ, АДГ, эритропоэтин Д. Половые, СТГ, АКТГ, эритропоэтин №26 Какие из перечисленных функций не выполняют лейкоциты: А. Аллергические и аутоиммунные реакции Б. Клеточные и гуморальные иммунные реак- ции В. Реакция отторжения трансплантата Г. Противоопухолевая защита Д. Регуляция pH, осмотического давления №27 Какова лейкоцитарная формула в норме: А. Б: 0-2%, Э: 1-5%, Ю: 0-1 %, п/я: 1-5%, с/я: 40-70%, Л: 20-40%, М: 2-8% Б. Б: 0-1%, Э: 1-4%, Ю: 0-5%, п/я: 5- 10%, с/я: 30-40%, Л: 10-40%, М: 2- 10% В. Б: 0-1 %, Э: 1-4%, Ю: 2-4%, п/я: 1-5%, с/я: 40-70%, Л: 10-20%, М: 1-5% В. Б: 1-2%, 3: 5-8%, Ю: 0-1 %, п/я: 1-5%, с/я: 40-70%, Л: 20-30%, М: 2-8% Г. Б: 0-1 %, Э: 1-4%, Ю: 0-1 %, п/я: 1-5%, с/я: 40-70%, Л: 20-40%, М: 2-8% №28 Какие функции не выполняют нейтро- филы: А. Специфические гуморальные иммунные реакции Б. Фагоцитоз В. Образование факторов свертывания крови Г. Транспорт углекислого газа Д. Регуляция pH крови №29 Какие функции выполняют эозинофилы: А. Фагоцитоз Б. Антигельминтное действие В. Вырабатывают гистамин и гепарин Г. Участвуют в аутоиммунной реакции Д. Вырабатывают эндогенный пироген №30 Какие функции выполняют базофилы: А. Вырабатывают гепарин и гистамин Б. Фагоцитоз В. Содержат эндогенный пироген Г. Участвуют в аллергических реакциях Д. Участвуют в противовирусном иммунитете №31 Какие функции выполняют лимфоциты: А. Участвуют в клеточном иммунитете Б. Участвуют в гуморальном иммунитете В. Обладают антигельминтным действием Г. Фагоцитоз Д. Вырабатывают гепарин и гистамин №32 Какие функции выполняют моноциты: А. Содержат эндогенный пироген Б. Противоопухолевая защита В. Фагоцитоз Г. Участвуют в реакциях иммунитета Д. Выработка гепарина и гистамина Е. Антигельминтное действие №33 О чем свидетельствует сдвиг лейко- формулы влево: А. Об аутоиммунной реакции Б. О хронической воспалительной реакции В. О глистной инвазии Г. Об острой воспалительной реакции Е. Об аллергической реакции №34 В каких случаях наблюдается физиоло- гический лейкоцитоз: А. При острых и хронических воспалитель- ных реакциях Б. При аллергических и аутоиммунных реакциях В. При физической нагрузке Г. При снижении напряжения кислорода в крови Д. При повышении осмотического давления крови Е. После употребления пищи
387 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА №35 у больного тромбоцитопения. На коже имеются мелкоточечные кровоизлия- ния. Какова причина? А. Снижена гемокоагуляционная функция тромбоцитов Б. Повышена гемокоагуляционная функция тромбоцитов В. Снижено депонирование серотонина в тромбоцитах Г. Снижена ангиотрофическая функция тромбоцитов №36 — Больному вводим гепарин в связи с по- вышенной свертываемостью крови. Время кровотечения стало 6 мин, скорость кровотечения — 1 мин. Нужно ли продолжать лечение: А. Гиперкоагуляция осталась, продолжать лечение Б. Развилась гипокоагуляция, отменить ле- чение В. Гемокоагуляция в норме, отменить лече- ние №37 Какие плазменные факторы относятся к неферментам: А. XII, X, VI, VII Б. I, IV, V, VIII В. Ill, II, VIII, IX №38 Какой фактор участвует во всех трех фазах коагуляционного гемостаза: А. XII Б. IV В. I Г. VIII №39 Почему при заболеваниях печени у больных снижается свертываемость крови? А. Снижен синтез желчных кислот Б. Нарушен пигментный обмен В. Нарушен синтез соматомединов Г. Снижен синтез фибриногена Д. Уменьшена концентрация кальция в плазме крови Е. Снижен синтез протромбина №40 Время, необходимое для образования кровяной и тканевой протромбиназы: Образование кровя- ной протромбиназы Образование ткане- вой протромбиназы А. 10-15 с 10-15 с Б. 5-Юс 5-7 с В. 5-7 мин 5-7 с Г. 5-Юс 10-15 мин №41 Какие из перечисленных веществ отно- сятся к первичным антикоагулянтам: А. Фибрин, тромбин Б. Антитромбин III, антитромбин I В. Гепарин, тромбин Г. Гепарин, антитромбин III Д. Антитромбин I, гепарин №42 Молекулы антигенов АВО состоят из: А. Жиров и аминокислот Б. Углеводов и аминокислот В. Аминокислот Г. Производных аминокислот №43 Сколько антигенов системы АВО нахо- дится на мембране эритроцита: А. Один Б. Два В. Три №44 Какая из перечисленных комбинаций антигенов соответствует III группе кро- ви по системе АВН: А. А, В Б. Н, Н В. Н, В Г. Н, А Д-В, В
388 Раздел И. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА №45 Какая из перечисленных комбинаций антигенов соответствует II группе крови по системе АВН: А. Н, Н Б. А, В В. А А Г. В, В Д. Н, А №46 В крови какой группы не содержатся аг- глютинины системы АВО-. А. I Б. II В. Ill Г. IV №47 Где содержатся агглютиногены крови А, В, Н: А. В белковой фракции крови Б. В липидах плазмы В. В сыворотке крови Г. В эритроцитах №48 Какие из перечисленных веществ отно- сятся к вторичным антикоагулянтам: А. Гепарин Б. Фибрин В. Гирудин Г. Тромбин Д. Антитромбин III №49 Какие клетки крови образуют эндоген- ный пироген: А. Моноциты Б. Лимфоциты В. Базофилы Г. Эозинофилы №50 Укажите факторы, участвующие в об- разовании протромбиназы: А. Ха, V, кальций, фосфолипиды Б. Ха, VIII, кальций, фосфолипиды В. Ха, IX, V, кальций Г. IX, V, кальций, фосфолипиды №51 Укажите функции Т-лимфоцитов: А. Участие в клеточном иммунитете Б. Узнавание антигена В. Фагоцитоз Г. Синтез гепарина №52 Какие формы лейкоцитов могут еще дифференцироваться в тканях: А. Нейтрофилы Б. Базофилы В. Лимфоциты Г. Эозинофилы Д. Моноциты №53 Какие функции выполняют тромбоциты: А. Обеспечение коагуляционного гемостаза Б. Улучшение микроциркуляции крови В. Обеспечение сосудисто-тромбоцитарного гемостаза Г. Обеспечение иммунных реакций Д. Ангиотрофическое действие
Глава 11 СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ Кровообращение — движение крови по сердечно-сосудистой системе. Кровь, циркулируя по всему организму, наряду с нервной системой объ- единяет различные органы в единый организм. Основные функции систе- мы кровообращения заключаются в транспорте: - питательных веществ к месту их усвоения, - продуктов обмена от места образования к органам выделения, - газов, — - гормонов и других биологически активных соединений, - тепла. Кроме того, специфическая функция многих органов напрямую связа- на с циркуляцией крови по ним. Для непрерывности кровотока необходимо несколько обязательных ус- ловий. Первое из них заключается в соответствии емкости полостей сердца и сосудов объему крови, находящемуся в них. Другим условием является то, что правый и левый отделы сердца должны работать сопряженно', оба желу- дочка при каждой систоле должны выбрасывать в соответствующие сосуды одинаковое количество крови. Если и возможны отклонения, то они не мо- гут быть постоянными и должны компенсироваться в ближайшее время. Удобным показателем оценки функции желудочков является минутный объем выбрасываемой крови (МОК). МОК как в малом, так и большом круге кровообращения должен быть одинаковым. В противном случае объем крови, циркулирующий по сосудам малого и большого круга, бу- дет постепенно изменяться (перераспределяться), что приведет к наруше- нию кровообращения. В норме в состоянии покоя в сосудах малого круга кровообращения находится около 9-10% всей крови. Из этого следует, что каждая частица крови через сосуды малого круга кровообращения проходит в 9 раз быстрее, чем через сосуды большого. В артериальные отделы сосудистого русла кровь поступает при сокра- щении (систоле) желудочков', в аорту — левого, в легочной ствол — право- го. При их расслаблении (диастоле) происходит заполнение полостей серд- ца кровью. Находящиеся перед желудочками предсердия служат для приня- тия крови из вен в период систолы желудочков. Предсердия не только де- понируют притекающую к сердцу кровь, но, сокращаясь перед систолой желудочков, посылают в них дополнительную порцию крови. Особое зна- чение такая дополнительная «подкачка» приобретает при учащении сокра- щений сердца, когда за время укороченной диастолы желудочки могут не успеть полностью заполниться кровью. Тем самым предсердия участвуют в регуляции объема крови, выбрасываемого в сосуды. Примерно такую же функцию по отношению к предсердиям выполняют их ушки. В норме и особенно в состоянии покоя кровоток в каждом органе вполне обеспечивает поторебности его в кислороде и других необходимых ингредиентах.
390 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Недостаточность кровообращения Выраженные и продолжительные нарушения кровообращения приво- дят к его недостаточности. Недостаточность кровообращения — это со- стояние, при котором система кровообращения становится неспособной доставлять к органам и тканям организма тот объем крови, который не- обходим для обеспечения их функций. Особенно сильно недостаточность сказывается на неспособности обеспечить метаболические процессы орга- нов. Компенсированная недостаточность обозначает кровоток, обеспечи- вающий функцию органов в состоянии покоя, причем нередко за счет мо- билизации функциональных резервов как самой системы кровообраще- ния, так и других органов и систем. При этом недостаточность проявля- ется в условиях повышенной функциональной активности органа или ор- ганизма в целом. Декомпенсированная недостаточность означает необеспеченность функ- ций и в состоянии покоя. Можно выделить острую и хроническую недо- статочность. Как та, так и другая могут быть следствием нарушения функ- ции сердца, состояния сосудов или изменения объема крови, находящегося в сосудистом русле. Недостаточность кровообращения, обусловленная неполноценностью ра- боты сердца, связана с уменьшением сердечного выброса (это функция же- лудочков сердца). Недостаточность кровообращения сосудистого генеза характеризуется местным или общим нарушением состояния сосудистого русла. Нарушение кровообращения во всей сосудистой системе может быть при резком спазме артериол (артерий), в результате чего в капилляры по- ступает меньший объем крови. Это же происходит, если возникает резко выраженная дилатация сосудов, и тогда прежний объем крови уже будет не в состоянии заполнить больший объем русла крови, что приведет к резко выраженному нарушению кровообращения (сосудистый шок, кол- лапс). Последнее может быть следствием и снижения объема крови, цир- кулирующего в сосудистом русле. Если к какому-либо1 органу по артериям притекает меньше крови, чем ему необходимо, то возникнет ситуация недостаточности кровообраще- ния данного изолированного органа. Но недостаточность кровообраще- ния данного типа может проявляться не сразу и не во всех органах оди- наково, что обусловлено значением кровотока для функции органа. Хроническая недостаточность развивается постепенно. Различают не- сколько последовательных стадий ее. Для каждой из них характерны как свои патологические изменения в органах и системах, так и свои компен- саторно-адаптивные реакции организма. Острая недостаточность кровообращения наиболее тяжело отражает- ся на функциональном состоянии всего организма и отдельных органов, даже если она локальна. Обусловлено это тем, что, в отличие от хрониче- ской, при острой недостаточности в отдельных органах и организме в це- лом включаются лишь механизмы первичной адаптации и компенсации,
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 391 Схема направления мышечных волокон в отделах сердца: / — предсердия; 2 — поверхностный слой желудочков; 3 — средний слой желудочков; 4 — «спи- ральная головка» Маккаляна; 5 — пред- сердно-желудочковый клапан (по Magy) а механизмы вторичной (долговременной), являющейся более полноцен- ной, естественно, не успеют развиться. 11.1. ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МИОКАРДА Масса сердца взрослого здорового человека — около 250-300 г. Тол- щина миокарда, расположение волокон и даже сами волокна в различных отделах не одинаковы. Миокард предсердий тоньше, чем желудочков, и волокна в нем расположены в два слоя: циркулярно и продольно. Цйрку- лярные волокна, главным образом, окружают входящие в предсердия со- суды и при своем сокращении пере- жимают их устья, не допуская ре- гургитации (обратному забрасыва- нию) крови в вены в период систо- лы предсердий. Миокард желудоч- ков, особенно левого, более мощ- ный, состоит из трех слоев. Наруж- ный и внутренний слои имеют спи- ралеобразную форму и являются общими для обоих желудочков. Средний слой состоит из циркуляр- но расположенных мышечных во- локон. Он представлен изолирован- но для правого и левого желудоч- ков (рис. 11.1). Прикрепляются во- локна предсердий и желудочков к фиброзному кольцу, которое слу- жит также местом прикрепления клапанов сердца. Диаметр кардио- миоцитов предсердий меньше, чем желудочков. Внутренняя стенка полостей желудочков в верхней части имеет трабе- кулы, а в нижней — поверхность ее гладкая. Функционально они могут быть разделены на путь притока и оттока (соотношение 2:3). Сократимые кардиомиоциты Прямоугольной формы кардиомиоциты имеют длину около 120 мкм и толщину 17-20 мкм. В них представлены все структуры, характерные для волокон поперечно-полосатой скелетной мышцы: ядра, миофибриллы, митохондрии, пластинчатый комплекс, саркоплазматический ретикулум (СР). Но емкость СР, а это депо Са2+, здесь меньше, чем в скелетных мышцах. Наличие вставочных дисков, а в них межмембранных щелевых контактов — нексусов (они занимают 10-20 % площади, вставочных дис- ков) обеспечивает электрическое взаимодействие отдельных кардиомио- цитов, в результате чего формируется единый функциональный синци- тий. В нексусах мембраны соседних волокон сближаются до расстояния 2-3 нм. Кроме того, они могут быть связаны гидрофильными каналами.
392 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Центральная часть канала, заполненная водой, соединяет внутреннее про- странство двух соседних волокон. Такая структура позволяет распростра- няться возбуждению от одного кардиомиоцита к другому. Это очень важ- но в связи с отсутствием в миокарде типичных нейромышечных синапсов. «Упаковка» миоцитов в предсердиях менее плотная, здесь хуже развиты нексусы и вставочные диски, соединяющие отдельные кардиомиоциты.' При повреждающих воздействиях (влияние некоторых ядов, охлажде- ния и др.) проницаемость каналов в области щелевых контактов резко сни- жается, что приводит к нарушению проведения возбуждения в миокарде. Проводящая система сердца Среди сократимого миокарда располагается система клеток и отрост- ков — проводящая система сердца, которая выполняет следующие функции: - генерирует возбуждение, - быстро проводит его к сократимым кардимиоцитам. Кардиомиоциты проводящей системы сгруппированы в определенных местах — узлах. Элементы проводящей системы сердца: 1 — верхняя полая вена; 2 — синусно- предсердный узел; 3 — тракт Бахмана; 4 — тракт Венкенбаха; 5 — тракт Торе- ла; 6 — предсердно-желудочковый узел; 7—предсердно-желудочковый пучок; 8 — левая ножка пучка Гиса; 9— правая ножка пучка Гиса; 10—волокна Пур- кинье; II— пучок Кента; 12 — пучок Магейма; 13—пучок Паладино; 14— нижняя полая вена; 15 — коронарный синус; 16—передняя ветвь левой ножки пучка Гиса Эти клетки меньшего размера, чем сократимые кардиомиоциты. В них мало сократимых белков, слабо выражен саркоплазматический ре- тикулум (депо кальция). По многим своим качествам элементы проводя- щей системы приближаются к эмб- риональному миокарду. Ткани про- водящей системы более устойчивы к гипоксии, так как могут образо- вать энергию и за счет анаэробного гликолиза. Поэтому при нарушении трофики элементы проводящей сис- темы сохраняются дольше, чем сам сократимый миокард. К проводящей системе относятся синоатриальный и атриовентрику- лярный узлы, межузловые и меж- предсердные коммуникации, пред- сердно-желудочковый пучок Гиса и субэндокардиальная сеть волокон Пуркинье (рис. 11.2). Синоатриальный узел располага- ется в правом предсердии, у места впадения верхней полой вены. Узел эллипсовидной формы, длиной 10- 15, шириной 4-5, толщиной 1,5 мм. Он состоит из двух типов клеток: Р-клетки (от англ, pale — бледный)
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 393 генерируют электрические импульсы, а Т-клетки (от англ, transitional — переходный) проводят эти импульсы к миокарду предсердий и атриовен- трикулярному узлу. «Головка» узла располагается субэпикардиально. От нее к левому пред- сердию отходят волокна, составляющие тракт Бахмана. От «хвостовой» части узла отходят волокна Т-клеток, образующие тракты Венкенбаха и Торела. По волокнам этих трактов возбуждение передается к кардиомиоци- там предсердий. Кроме того, волокна трактов Венкенбаха и Торела, а также часть волокон тракта Бахмана передают возбуждение к атриовентрикуляр- ному узлу. У некоторых людей обнаружены аномальные проводящие пути, например пучок Джеймса, соединяющий предсердия с нижней частью атриовентрикулярного узла; пучки Кента, соединяющие предсердия и же- лудочки. Эти соединения участвуют в возникновении некоторых наруше- ний сердечного ритма, например в синдроме преждевременного возбужде- ния желудочков. Атриовентрикулярный узел расположен в толще межжелудочковой пере- городки на границе предсердий и желудочков. Размер узла 7,5 х 3,5 х 1 мм. Он также состоит из двух типов клеток — Р (их меньше, чем в синусном узле) и Г В нем можно выделить три части: - AN (antrum-nodus') — зона перехода от предсердных кардиомиоцитов к атриовентрикулярному узлу; - N (nodus') — собственно атриовентрикулярный узел; - NH (nodus-his) — переход от узла к общему стволу пучка Гиса. Между атриовентрикулярным узлом и пучком Гиса четкой границы нет. Пучок Гиса, имеющий длину 12-40 и ширину 1-4 мм, начинается общим стволом от антриовентрикулярного узла и, пройдя по межпред- сердной перегородке (пенетрирующая часть), разделяется на две ножки, идущие к левому и правому желудочкам. Их волокна (волокна Пуркинье) непосредственно контактируют с клетками сократимого миокарда. Пенетрирующая часть не имеет контактов с волокнами миокарда. Она мало чувствительна к гипоксии, развивающейся при поражении коронар- ных артерий. Но в связи с тем, что этот участок проводящей системы сердца проходит через фиброзные волокна, патологические процессы соединительной ткани захватывают и ее. Субэндокардиальный отдел пра- вой ветви пучка Гиса практически не защищен и может реагировать на всякие перегрузки, возникающие здесь. Именно этот отдел пучка Гиса яв- ляется наиболее повреждаемым сегментом. Секреторные кардиомиоциты В сердце, особенно в его предсердиях, находятся еще и секреторные клетки, выполняющие эндокринную функцию. Особенно много секре- торных клеток в правом предсердии. Наиболее изученным гормоном, секретируемым ими, является протеин, названный предсердным натрий- уретическим гормоном. В меньшей степени он образуется в желудочках и кровеносных сосудах. Основным стимулом его секреции является растя-
394 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА жение или напряжение стенки. Выработка его стимулируется при повы- шении венозного возврата крови в предсердие. Клетки эндотелия сосудов при растяжении образуют посредники — эндотелины, которые усили- вают секрецию предсердного натрийуретического гормона. Стимулятора- ми его являются и другие прессорные вещества: ангиотензин-П, вазопрес- син, глюкокортикоиды, катехоламины. Секреция усиливается и при гипо- ксии миокарда. Образуется он и при повышении частоты сокращения сердца (результат роста напряжения). Атриопептид оказывает как паракринное, так и телекринное действие. Выделяют три типа рецепторов к нему — А, В, С: - А и В рецепторы ответственны за большинство эффектов гормона; - С-рецептор находится внутриклеточно; связывая гормон, он снижает его влияние на клетки-мишени. Инактивация атриопептида происходит протеазами крови, сосудов, почек. Действие гормона заключается в следующем: - расширение кровеносных сосудов вследствие снижения тонуса гладких мышц, - повышение проницаемости кровеносных капилляров, - повышение фильтрации и угнетение реабсорбции в нефроне почек, - перераспределение кровотока в почках в сторону усиления мозгового кровотока. Все эти эффекты снимают влияние стимулирующих механизмов на об- разование гормонов. Так, прямое сосудорасширяющее влияние и подавле- ние эффектов многих сосудосуживающих факторов (в частности — ренин- ангиотензин-альдостеронового механизма) способствуют снижению веноз- ного возврата крови в предсердие. Увеличение клубочковой фильтрации, происходящее за счет расширения афферентных и сужения эфферентных артериол клубочка, способствует повышению выделения жидкости в пер- вичную мочу. Происходящее одновременно с этим усиление мозгового кровотока почек снижает осмотическое давление здесь, что уменьшает активность процессов реабсорбции, а значит, растет выделение мочи. В ре- зультате снижается объем циркулирующей крови. Этому же способствует и переход большего количества жидкости в ткани при повышении проницаемости кровеносных капилляров. Трансмембранный транспорт ионов Проводящая и сократительная функции сердца запускаются ионными перемещениями, образующими на мембранах электрические потенциалы (потенциал покоя и потенциал действия). Функциональное состояние кар- диомиоцитов во многом определяется концентрацией свободных ионов внутри волокон и клеток и вне их, о количественной характеристике ко- торых дает представление табл. 11.1. Обмен ионов между внеклеточной и внутриклеточной средами зависит как от строения, так и от функционального состояния мембран. Клеточ- ная мембрана кардиомиоцитов обладает рядом особенностей, которые
Глава 11 — СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 395 отличают ее от скелетной мыш- цы. Как и в других возбудимых тканях, ее интегральные белки- каналы в случае открытия ворот пропускают по градиенту кон- центрации ионы натрия, калия. Кроме того, здесь ймеются кана- лы, пропускающие ионы кальция и хлора. В сократимом миокарде име- ются быстрые натриевые каналы. Однако ионы натрия могут про- Таблица 11.1 Внеклеточная и внутриклеточная концентрация ионов в сердце (по Dawson) Ион Концентрация, ммоль/л внеклеточная внутриклеточная Натрий 145 10 Калий 4 135 Кальций 2 0,0001 Хлор 120 30 ходить внутрь не только через «свои» быстрые каналы, но и вместе с каль- цием через так называемые медленные каналы (через них проходят ионы Са2+, Na+). Медленные каналы расположены как в сократимом миокарде, так и в элементах проводящей системы. Внутрь кардиомиоцитов они пропуска- ют главным образом кальций, но по ним может поступать и натрий. Ки- нетика их несколько похожа на быстрые, за исключением скорости: их активационные и инактивационные ворота медленно открываются и закрываются. Это обеспечивает более медленное развитие деполяризации и восстановление возбудимости. При заряде мембраны 0 мВ медленные каналы становятся полностью неактивными. Пороговый потенциал медленных каналов находится на более высоком уровне, чем быстрых: у медленных -35...-40 мВ, а у быстрых -55...-50 мВ. В мембране кардиомиоцитов имеется несколько калиевых каналов. Из них наиболее значимы два: быстрый и медленный. Быстрый канал акти- вируется при деполяризации мембраны до -35 мВ (потенциалозависимый). Медленно открывающийся калиевый канал активируется при повышении в цитоплазме концентрации свободного кальция (калъцийзависимый). Ионы хлора проходят через каналы пассивно. Низкое содержание внут- ри клетки ионов хлора обеспечивается их выталкиванием наружу отрица- тельно заряженными ионами в состоянии потенциала покоя. При возник- новении ПД внутри клетки возрастает содержание положительных ионов, что вызывает поступление в клетку хлора. Поэтому внутриклеточное со- держание СГ зависит от частоты и длительности ПД. Хлор шунтирует внутриклеточный потенциал, влияя на уровень ПП: если внеклеточный хлор заменить другим, менее проницаемым отрицательным ионом, то это приведет к гиперполяризации мембраны. Мембрана кардиомиоцитов содержит много белков, выполняющих функции ионных насосов. Так, например, плотность Ыа,К-насосов более чем в 100 раз превышает плотность каналов для этих ионов. Здесь имеет- ся большое количество и Са-насосов. С их помощью ионы выводятся против градиента концентрации и поддерживаются ионные градиенты между внутри- и внеклеточной их концентрацией. Функция этих белков
396 Раздел П. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА сопряжена с использованием энергии. Поступление внутрь клетки двух ионов калия и одновременное выкачивание-наружу трех ионов натрия по- глощает энергию одной молекулы АТФ. Энергоемкость кальциевой пом- пы менее экономна — на выкачивание одного иона требуется затратить энергию двух молекул АТФ. Функциональная активность их определяет должную концентрацию указанных ионов в клетке, что влияет на величи- ну потенциала покоя. Плотность насосов, их функциональная активность не постоянны, они регулируются соответствующими механизмами (см. ниже). 11.1.1. Физиологические свойства миокарда По своим функциональным характеристикам миокард находится между поперечно-полосатыми и гладкими мышцами. С поперечно-полосатыми мышцами их роднит способность быстро и интенсивно сокращаться. В то же время миокарду присущи такие функциональные особенности гладких мышц, как способность к самопроизвольной активности и изменение ее под влиянием медиаторов вегетативных нервов и многих других соедине- ний. Миокард обладает свойствами возбудимости, проводимости, рефрак- терности, автоматизма и сократимости. Эти свойства обеспечиваются присутствием в сердце указанных выше двух типов кардиомиоцитов. Возбудимость Миокард относится к типичным возбудимым тканям. Это означает, что в расслабленном состоянии на мембране кардиомиоцитов можно об- наружить наличие потенциала покоя, который при действии раздражителя и деполяризации мембраны до критического уровня переходит в потен- циал действия. С помощью нексусов и вставочных дисков этот потенциал без затухания (бездекрементно) передается на соседние кардиомиоциты. Благодаря этому миокард является своеобразным функциональным син- цитием: если возбуждение возникло в одном месте, то оно распространя- ется на все отделы. Эта особенность миокарда позволяет отнести сердце к структурам, которые подчиняются закону «всё или ничего» — возбужде- ние возникает во всех кардиомиоцитах или не возникает нигде. Величина потенциала мембраны (МП) в сократимых кардиомиоцитах и проводящей системе отличается: в кардиомиоцитах -80.. -90 мВ, в мио- цитах проводящей системы -90 мВ, а в узловых клетках проводящей сис- темы около -60 мВ. Для удержания МП необходимо уравновешивание входящего (натриевого) и выходящего (калиевого) тока. Нарушение этого равновесия приводит к гиперполяризации или деполяризации мембраны. Рассмотрим особенности возбудимости сократимых кардиомиоцитов. В сократимых кардиомиоцитах можно выделить пяфь фаз развития ПД (рис. ll.3,a). Размах ПД в миокарде желудочков равен 120 мВ. Одним из наиболее существенных отличий возбудимости миокарда от нервной
Глава 11, СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 397 Развитие ПД и ионная проницаемость в кардиомиоцитах, а — фазы развития ПД: О— быстрая деполяризация; 1 — быстрая ранняя реполяризация; 2— плато (медлен- ная реполяризация); 3 — быстрая конечная реполяризация; 4 — фаза диастолы (покоя); б — ионная проницаемость и активация сократительных элементов кардио- миоцитов клетки и скелетной мышцы является длительный ПД: в левом желудочке он около 250 мс, в то время как в поперечно-полосатой мышце — 1-3 мс. Фаза быстрой деполяризации обусловлена кратковременным повыше- нием проницаемости мембран для Na+: вначале при достижении критиче- ского уровня деполяризации, равного -50...-55 мВ, открываются, а затем быстро закрываются электровозбудимые Na-каналы, и некоторое количе- ство данных ионов успеет поступить внутрь. Фаза быстрой реполяриза- ции обусловлена быстрым выходящим калиевым током и ионами хлора, которые поступают внутрь. В этом кардиомиоциты схожи с другими воз- будимыми тканями. Продолжительность ПД кардиомиоцитов обусловлена тем, что одно- временно с быстрыми Na-каналами открываются электровозбудимые медленные Са-каналы. Постепенно возрастающий входящий Са2+-ток поддерживает длительную деполяризацию (плато). Причем продолжи- тельность плато в кардиомиоцитах предсердий и желудочков несколько отличается (рис. 11.4), что определяется началом инактивации кальцие- вых каналов: в кардиомиоцитах предсердий они инактивируются раньше, поэтому плато менее продолжительно. Постепенное закрытие кальциевых каналов и снижение Са2+-проница- емости сопровождается увеличением проницаемости мембраны для К+ (открываются кальцийвозбудимые калиевые каналы). В результате происходит реполяризация мембраны и возврат к уровню ПП. Потен- циал покоя поддерживается главным образом за счет выходящего калие- вого тока. Таким образом, в миокарде для процесса развития возбуждения боль- шое значение имеют медленные Са-каналы. Причем плотность их на мем- бране не постоянна, она модулируется внутриклеточными циклическими нуклеотидами. Так, цАМФ, фосфорилируя белки мембран, переводит эти
398 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА | Рис.11.41- каналы в активное со- стояние, так как только фосфорилированные каналы могут возбуж- даться электротониче- ски, обеспечивая интен- сивное поступление Са2+ в клетку. В связи с тем, что дефосфорили- рованная форма канала не может быть активи- рована поступающим ПД, все вещества, изме- няющие концентрацию цАМФ внутри кардио- миоцитов, влияют на возникновение ПД. Особенности ПД в различ- ных структурах сердца . Натрий-кальциевый обмен В сердечной мышце имеется еще один специфический вид транспорта ионов через мембрану — сопряженный Na.Ca-трансмембранный градиен- тный транспорт, происходящий без затраты энергии (рис. 11.5). Он за- ключается в обмене четырех ионов Na+ на один ион Са2+, совершаемом с помощью специальных переносчиков. Натрий-кальциевый обмен в про- цессе развития возбуждения проявляется дважды, и вначале это происхо- дит, когда после фазы быстрой деполяризации проникшие внутрь сарко- плазмы ионы Na+ обмениваются на внеклеточный Са2+. Этот обмен Ионные механизмы, обеспечивающие взаимодействие процессов развития возбуж- дения и сокращения в миокарде: a — зашриховано включение натрий-кальциевого сопряжения (по типу 1-2 — одиночная штриховка, 3-4 — двойная штриховка); б — схема натрий-кальциевого сопряжения
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 399 совершается одновременно с открытием кальциевых каналов, что ускоря- ет поступление Са2+ внутрь и поддерживает плато ПД. После закрытия кальциевых каналов и повышения gK+ происходит ре- поляризация мембраны. В это время на помощь кальциевому насосу, от- качивающему кальций в СПР, вновь приходит №,Са-транспорт. Но те- перь кальций откачивается наружу, а натрий по градиенту концентрации поступает внутрь. Натрий, поступающий внутрь, необходим для работы Na,K-Hacoca, с помощью которого натрий выкачивается в обмен на вышедший из клетки при реполяризации калий. В результате в кардиоми- оцитах существенно экономится энергия, она расходуется на работу Na,K-Hacoca. Этот насос значительно энергоэкономичнее, чем Са-насос. Последний тоже включается, но менее активно, чем мог бы в отсутствие сопряжения. Управление указанным обменом используется в клинической практике при лечении сердечной недостаточности сердечными гликозидами (типа дигиталиса, строфантина и т п.). Эти препараты снижают активность Na,K-Hacoca, что, приводя к возрастанию содержания внутриклеточного натрия, усиливает поступление Са2+. Описанные механизмы обеспечивают тесное взаимодействие трех ионов, синхронизирующих все стадии перехода МП в ПД и сокращение. Автоматизм Характерной особенностью миокарда является его способность воз- буждаться, а затем и сокращаться под влиянием возбуждения, возникаю- щего в нем самом. Это — функция клеток проводящей системы. Эти клет- ки по типу ионной проницаемости мембраны существенно отличаются от сократимых кардиомиоцитов, что отражается как на характере МП, так и на механизме возникновения ПД. Выраженность этого свойства не оди- накова в разных отделах самой проводящей системы. Наиболее характерным отличием клеток проводящей системы является фактическое отсутствие у них истинного МП. Когда реполяризация мембраны заканчивается (при уровне МП около -60 мВ) и закрываются калиевые каналы, в клетках сразу начинается новая волна деполяризации мембраны. Развивается она спонтанно в отсутствие действия внешнего раздражителя, что обусловлено характером соотношения ионных токов. Мембрана кардиомиоцитов узловых клеток проводящей системы и без поступления раздражающего сигнала достаточно активно пропускает внутрь ионы Са2+ (и Na+) через медленные кальциевые каналы, которые постепенно и деполяризуют ее. При достижении уровня критического по- тенциала (около -40 мВ) открываются электровозбудимые Са-каналы, и теперь эти ионы более активно поступают внуть, что приводит к возник- новению ПД. Данное свойство именуется пейсмекерной активностью. Потенциал действия, возникший самопроизвольно в узловых клетках, распространяется по волокнам проводящей системы к другим отделам сердца. Указанный механизм самопроизвольного возбуждения получил название автоматизма сердца.
400 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА В мембранах клеток проводящей системы нет быстрых Na-каналов, по- этому здесь отсутствует фаза быстрой деполяризации. Остальные фазы ПД развиваются примерно так же, как и в других кардиомиоцитах. В свя- зи с фактическим отсутствием типичного ПП, нижний уровень реполяри- зации мембраны узловых клеток именуется максимальным диастоличе- ским потенциалом. Градиент автоматизма Механизм возникновения ПД в образованиях проводящей системы от- личается двумя особенностями: 1. Скорость развития деполяризации при открытии медленных кальцие- вых каналов меньше, чем при открытии быстрых натриевых. 2. Отдельные структуры проводящей системы сердца обладают разным уровнем пейсмекерной активности. Спонтанная проницаемость мембран к ионам Са2+ у клеток синусного узла наиболее высокая. В клетках атриовентрикулярного узла (NH-зона) она ниже в 1,5-2 раза, еще ниже — в волокнах пучка Гиса. Вследствие это- го в клетках синусного узла деполяризация достигнет критического уровня раньше, чем в других отделах проводящей системы. Поэтому в целом серд- це возбуждение первоначально возникает в синусном узле и по волокнам трактов Бахмана, Венкенбаха и Торела проводится к атриовентрикулярно- му узлу (рис. 11.6). К этому времени развивающаяся здесь спонтанная де- поляризация еще не достигла критического уровня, и клетки этого узла возбуждаются пришедшими импульсами. От них возбуждение передается по пучку Гиса и волокнам Пуркинье. Миокард предсердий и желудочков возбуждается от близлежащих образований проводящей системы. Так как клетки синусного узла обладают более высокой пейсмекерной активностью, обычно ритм возникновения возбуждения в них доминирует над другими отделами проводящей систе- мы. Этот узел называют води- телем ритма первого порядка. Он является истинным водителем ритма, в то время как другие волокна, обла- дающие автоматизмом, назы- ваются латентными (потен- циальными) пейсмекерами. Но если почему-либо возбуж- дение от данного узла к атриовентрикулярному не по- ступит (например, при разви- тии перед ним соединитель- ной ткани), то последний на- Время возникновения ПД в различных струк- турах миокарда после его появления в синус- ном узле (по Guyton)
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 401 чнет генерировать ПД сам. В таком случае проявляется функция атрио- вентрикулярного узла, как водителя ритма второго порядка. Но в связи с меньшей деполяризацией возбуждение здесь возникает с частотой в 1,5- 2 раза реже, чем в синусном узле. Еще меньше частота генерации само- произвольных ПД у клеток Пуркинье, которые относят к водителю ритма третьего порядка. Таким образом, между различными структурами проводящей системы существует градиент автоматии. Если синусный узел генерирует ПД с ча- стотой около 80 в минуту, то атриовентрикулярный — 40-50, а пучок Ги- са— 20-30 в минуту. Естественно, что с соответствующей частотой будут и последующие сокращения тех отделов сердца, к которым поступают возбуждающие импульсы от вышеуказанных структур. Так, при наличии блокады передачи возбуждения предсердия будут возбуждаться импуль- сами от синусного, а желудочки — от атриовентрикулярного узла. На- помним, что сократимые кардиомиоциты предсердий и желудочков прак- тически изолированы друг от друга соединительнотканным фиброзным кольцом, к которому они прикрепляются. Именно поэтому возбуждение от предсердий к желудочкам передается с помощью соответствующих во- локон проводящей системы. Кроме того, при некоторых состояниях в норме, а чаще в патологии возбуждение из предсердий может достигать миокарда желудочков по так называемым дополнительным пучкам проводящей системы (Кента, Пала- дино, Магейма, см. рис. 11.2). По пучку Кента возбуждение продвигается быстрее, чем через предсердно-желудочковое соединение. При функцио- нировании пучка Джеймса импульс из предсердий, минуя атриовентрику- лярный узел, попадает на пучок Гиса. В результате и в этом случае часть волокон миокарда возбуждается преждевременно. По пучку Магейма возбуждение, минуя ножки пучка Гиса, вызывает сокращение миокарда желудочков. Таким образом, в ряде случаев может происходить комбини- рованное возбуждение миокарда с участием нормального и дополнитель- ного путей. Проводимость Возбуждение, возникшее в синусном узле, проводится по предсердию со скоростью 0,8-1,0 м/с. Передача возбуждения к атриовентрикулярному узлу (его верхней части) происходит очень медленно (задержка около 0,02 м/с), что приводит к атриовентрикулярной задержке. Она обусловле- на рядом особенностей этой части проводящей системы, связанной с гео- метрическим расположением волокон, меньшим количеством вставочных дисков между отдельными клетками (рис. 11.7). Атриовентрикулярная задержка играет существенную физиологиче- скую роль: благодаря ей возбуждение и последующая систола предсердий отделяются от систолы желудочков. Кроме того, атриовентрикулярный узел выполняет еще одну важную функцию: он обеспечивает частичную блокаду проведения импульсов из предсердий с частотой более 180-200 в минуту, так как при большей частоте полость желудочка не успеет
402 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА 0.16 Прения ножка | РИС.11.7 [ Организация атриовент- рикулярного узла (циф- ры — время возникнове- ния ПД по отношению к синусному узлу) заполниться кровью и систола будет неполноценной. Благодаря этому и при патологической фибрилляции предсердий желудочки могут «не под- даваться» сверхчастому возбуждению. По волокнам Пуркинье возбуждение распространяется со скоростью 3- 5 м/с. Высокая скорость проведения возбуждения здесь, в первую очередь, обусловлена наличием в волокнах быстрых натриевых каналов. В сократи- мых кардиомиоцитах желудочков скорость проведения возбуждения со- ставляет 0,3-1,0 м/с. Поэтому благодаря проводящей системе передача воз- буждения к отдаленным участкам миокарда значительно ускоряется и все кардиомиоциты желудочков начинают сокращаться почти одновременно. Так, при повреждении пучка Гиса мощность желудочка может снижаться на 30-50 % вследствие более медленного проведения возбуждения по миокарду и удлинения фазы асинхронного сокращения (см. ниже). Рефрактерностъ В миокарде, как и в других возбудимых тканях, состояние возбуждения совпадает с изменением возбудимости его — рефрактерностью и последу- ющей экзальтацией (рис. 11.8). Но здесь они играют очень существенную роль в обеспечении нормальной функции сердца, создавая возможность лишь одиночных мышечных сокращений. Различают периоды абсолютной и относительной рефрактерное™. Продолжительность периодов рефрактерное™ тесно связана с длитель- ностью ПД. Период абсолютной рефрактерности, характеризующийся от- сутствием ответа на действие раздражителя любой силы, является,следст- вием инактивации натриевых каналов. Он продолжается около 0,25 с. Проницаемость натриевых каналов начинает восстанавливаться лишь по- сле того^ак мембрана кардиомиоцитов реполяризировалась примерно до уровня 40 мВ) В это время, в период относительной рефрактерности, по- ступление раздражителя с силой, большей, чем обычно, может вызвать возникновение внеочередного ПД. Период относительной рефрактерности
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 403 продолжается 0,03 с. После не- го в течение некоторого време- ни наблюдается супернормаль- ная возбудимость {экзальта- ция) — когда сердечная мышца может возбуждаться и под вли- янием подпорогового раздра- жителя. Рефрактерный период в мио- карде предсердий примерно на 0,15 с короче, чем его ПД, а в желудочке — на 0,05 с продол- жительнее. Продолжительный период рефрактерности предохраняет миокард от возникновения слишком частых повторных возбуждений. Кроме того, бла- годаря рефрактерности возбуж- дение не может бесконечно дол- го циркулировать по миокарду. Соотношение развития ПД, сокращения и кривая изменения возбудимости (внизу) мио- карда: 0-4 — фазы развития ПД; 5 — стадия абсолютной рефрактерности; 6 — относи- тельной рефрактерности; 7 — экзальтации Сократимость Деполяризация мембраны кардиомиоцитов приводит к последующему их сокращению. Сократимые протофибриллы Внутри мышечного волокна в‘саркоплазме упорядоченно располага- ются сократительные белки — протофибриллы. Различают протофибрил- лы двух типов: толстые (толщина 15—17 нм) миозиновые и тонкие (тол- щина около 6 нм) актиновые нити. Миозиновые филаменты образуются более чем 200 молекулами миози- на. Каждая из миозиновых молекул скручена попарно и имеет выступаю- щий отросток, называемый головкой. Головки направлены под углом от центра в сторону тонких нитей. В основании головки миозина имеется фермент АТФаза, а на самой головке располагаются легкие цепи и моле- кула АТФ. Актиновые филаменты скомпонованы из двух актиновых нитей, пред- ставляющих собой как бы бусинки глобулярных молекул актина. Тонкие нити имеют активные центры, расположенные друг от друга на рассто- янии 40 нм, к которым могут прикрепляться головки миозина. Кроме актина в тонких нитях имеются и другие белки: тропомиозин, тропонины (I, Т, С).'Тропониновый комплекс располагается над активными центра- ми, прикрывая их, чем препятствует соединению актина с миозином.
404 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Механизм мышечного сокращения ПД, распространяющийся по внешней мембране, по каналам Т-систе- мы поступает внутрь мышечного волокна. Здесь он передается на мемб- рану цистерн. Деполяризация мембраны цистерн открывает электровоз- будимые кальциевые каналы. В связи с тем, что в саркоплазме концен- трация кальция менее 10~7, а в саркоплазматическом ретикулуме — более 10^* моль/л, начинается интенсивный выход ионов Са2+ в саркоплазму. Выделившийся кальций и является инициатором мышечного сокращения. Достаточный для начала мышечного сокращения уровень кальция достигается через 12-15 мс после прихода нервного импульса. Это — скрытое, латентное время мышечного сокращения. Кальций одновременно выполняет две функции. В инициации мышеч- ного сокращения после поступления в саркоплазму Са2+ определенную роль играет кальмодулин (кальмодулин идентичен тропонину С, имею- щемуся в тонких нитях). Одна функция Са2+ кальция заключается в том, что при соединении с кальмодулином происходит освобождение активно- го центра актина, в результате чего к нему присоединяется головка мио- зина. Другая функция Са2+ и кальмодулина заключается в активировании АТФазы и использовании энергии АТФ для связи активного центра ак- тиновой нити и головки миозина (см. рис. 11.3,6). Для активации указан- ной АТФазы, именуемой актомиозиновой, кроме Са2+ требуются ионы Mg2+. Эти процессы происходят, когда концентрация свободного кальция в саркоплазме возрастает в 100 раз и более: с 10-7 до 10-5 моль. В связи с тем, что в кардиомиоцитах СР представлен относительно сла- бо, высокую концентрацию этого иона в саркоплазме при сокращении поддерживает Са2+, поступающий извне, через открытые медленные кана- лы сарколеммы при возбуждении (см. рис. И.5,а). Полагают, что входящий поток Са2+ при деполяризации сарколеммы используется не столько для инициации сокращения, сколько для попол- нения запасов кальция в СР. В скелетной мышце имеется мощный СР, и после возбуждения практически весь Са2+ откачивается в него. Емкость СР кардиомиоцитов меньше, а значит, меньше суммарная и удельная мощность кальциевых насосов, откачивающих его в депо после оконча- ния возбуждения. Часть Са2+ выводится из волокон в межклеточную жид- кость, поэтому содержание его без поступления извне быстро истощается. И еще на одно обстоятельство необходимо обратить внимание — при- влечение Са2+ к поддержанию состояния деполяризации мембраны кардио- миоцитов «энергоэкономично». Если бы столь длительная деполяризация поддерживалась Na+, то для восстановления прежнего ионного градиента пришлось бы тратить много энергии на работу Na,K-Hacoca. Вместо этого часть вошедшего Са2+ вообще не выводится из клетки, а используется для пополнения СР. Но важнее всего то, что в кардиомиоцитах экономичность ионного обмена поддерживается с помощью сопряженного Na, Са-обмена. Са2+ является основным ионом, осуществляющим и межклеточные контакты: в нексусах находится много медленных кальциевых каналов.
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 405 Поэтому все воздействия на обмен Са2+ влияют и на проведение возбуж- дения от одного кардиомиоцита к другому. Очень важно и то, что указанные выше механизмы Caz -обмена создают мощный приспособительный рычаг регуляции сокращения. Все условия, приводящие к увеличению поступления Са2 через сарколемму, способству- ют росту силы мышечного сокращения, так как этот Са совместно с вы- ходящим из СР быстрее изменяет концентрацию внутриклеточного иона. Напротив, блокада этого процесса снижает или даже прекращает сокра- щения. «Шарнирный механизм» В результате сопряжения двух указанных процессов происходят: - подтягивание миозиновых нитей к актиновым; - зарядка миозина энергией, используемой для выполнения поворота миозиновой головки. После этого образующиеся Ф и АДФ отходят, а на их место присоединя- ется новая молекула АТФ, что приводит к разрыву связи миозина с актив- ным центром актина. В настоящее время тонкий механизм, обес- печивающий вхождение актомиозиновых нитей друг в друга, точно еще не установлен. Наиболее общепринятой является гипотеза «шарнирного механизма» (рис. 11.9). Полагают, что после со- единения головки мио- зина с активным цент- ром актина происходит | Рис. 11.91------------------- Схема «шарнирного механизма» поворот головки на 45°. После разрыва мостика шейка головки миозина выпрямляется, занимая исходное положение. Эти движения и послужили основанием для названия «шарнирный механизм». В результате миозин продвигается по актину на один «шаг», равный 20 нм. Для повторения «ша- гов» требуется наличие в миоплазме высокой концентрации Са2 . Расслабление мышцы Указанные процессы («шаги») будут повторяться до тех пор, пока в сар- коплазме есть свободный Са2+ (в концентрации более 10~5) и АТФ. Если новой волны деполяризации нет, то кальций убирается обратно в цистер- ны СР или из клеток. Он откачивается из саркоплазмы против градиента концентрации с помощью Са-насоса, расположенного на сарколемме и мембране СР. Кроме того, кальций выводится с помощью Ыа,Са-сопряже- ния, для которого энергия не используется. Результатом откачивания каль- ция из саркоплазмы является разрыв всех связей актина и миозина и рас- слабление мышцы.
406 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Энергетика мышечного сокращения АТФ в мышце необходима: - для сокращения (образования мостиков); - расслабления (разрыва мостиков); - работы Са-насоса; - работы Na,K-Hacoca (для ликвидации нарушенных ионных градиентов в резуль тате поступления возбуждения). Однако АТФ в саркоплазме кардиомиоцитов относительно немного, поэтому необходим ее постоянный ресинтез. Это осуществляется следую- щими путями: - креатинфосфокиназным, - гликолитическим, - аэробным окислением. 11.1.2. Нагнетательная функция сердца Сокращающееся сердце выталкивает кровь в артерии. Эту функцию выполняют желудочки, которые с обеих сторон на входе и выходе имеют клапаны, в определенные периоды сердечного цикла перекрывающие соответствующие отверстия (рис. 11.10). Четыре клапанных отверстия в сердце расположены приблизительно в одной плоскости. Основания створок клапанов прикрепляются к жесткому кольцу из фиброзной ткани. Клапаны предназначены для упорядочения кровотока, направления его от венозного к артериальному отделу. Атриовентрикулярные клапаны при систоле желудоч- ков препятствуют об- ратному забросу кро- ви в предсердия. Аор- тальный и легочный клапаны предупрежда- ют возврат крови из этих сосудов в желу- дочки при диастоле. Открываются и закры- ваются клапаны пас- сивно — током крови. Перепончатые створки атриовентри- кулярных клапанов, свешиваясь в желудоч- ки, создают подобие воронки и во время диастолы свободно пропускают кровь из предсердий в желудоч- Клапаны сердца и направление тока крови ки. Кроме того, соеди-
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 407 нение свободных концов клапанов через сухожильные нити и сосочковые мышцы с миокардом желудочков предотвращает выворачивание их в по- лость предсердий при систоле желудочков. Кармашки аортального и легочного клапанов, имеющие вид полумеся- цев, окружают устья соответствующих сосудов. Когда атриовентрикуляр- ные или полулунные клапаны закрыты, их створки тесно соприкасаются и плотно закрывают вход (выход) в желудочки. Сердечный цикл В сосудистой системе кровь движется благодаря градиенту давления: от высокого к более низкому. Давление крови определяется силой, с которой кровь, находящаяся в сосуде (полости сердца), давит во все стороны, в том числе и на стенки этого сосуда. Желудочки являются той структу- рой, которая и создает указанный градиент. Циклически повторяемая смена состояний расслабления (диастолы) и со- кращения (систолы) сердца именуется сердечным циклом. При частоте со- кращений сердца 75 в мину- ту продолжительность всего цикла составляет около 0,8 с (рисИ1.11). Сердечный цикл рассмат- ривать удобнее, начиная с конца общей диастолы пред- сердий и желудочков. При этом отделы сердца нахо- дятся в следующем состоя- нии: полулунные клапаны закрыты, а атриовентрику- лярные — открыты. Кровь из вен поступает свободно и полностью заполняет поло- сти предсердий и желудоч- ков. Давление крови в них так же, как и в близлежащих венах, около 0 мм рт. ст. Время, с 0 0.5 Систола f ' Систола ! Диаст предсердий желудочков R 1.0 тола желудочков ЭКГ Тоны сердца £ 100 О. 5. в аорте Влевом предсердии Влевом желудочке а о | Давление: | Рис. 11.111______________________________ Соотношение различных показателей работы сердца Систола предсердий Возбуждение, зародившееся в синусном узле, в первую очередь поступа- ет к миокарду предсердий, так как передача его желудочкам в верхней ча- сти атриовентрикулярного узла задерживается. Поэтому вначале происхо- дит систола предсердий (0,1 с). При этом сокращение мышечных волокон, расположенных вокруг устьев вен, перекрывает их. Образуется замкнутая атриовентрикулярная полость. При сокращении миокарда предсердий давление в них повышается до ]3-8 мм рт. ст. В результате часть крови из предсердий через открытые атриовентрикулярные отверстия переходит в желудочки, доводя объем крови в них до( 110-140 мл (конечно-диастоличе-
408 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА с кий объем желудочков — КДО). При этом за счет поступившей дополни- тельной порции крови полость желудочков несколько растягивается, что особенно выражено в продольном направлении их. После этого начинает- ся систола желудочков, а у предсердий — диастола. Систола желудочков После атриовентрикулярной задержки (около 0,1 с) возбуждение по волокнам проводящей системы распространяется на кардиомиоциты желудочков, и начинается систола желудочков, продолжающаяся около 0,33 с. Систолу желудочков подразделяют на два периода, а каждый из них — на фазы. J ^Первый период — период напряжения — продолжается до тех пор, пока не откроются полулунные клапаны. Для их открытия давление крови в же- лудочках необходимо поднять до уровня, большего, чем в соответствую- щих артериальных стволах. При этом давление, которое регистрируется в конце диастолы желудочков и именуется диастолическим давлением, в аорте составляет около 70-80 мм рт. ст., а в легочной артерии — 10—15 мм рт. ст. Период напряжения продолжается около 0,08 с. Начинается он с фазы асинхронного сокращения (0,05 с), так как не все волокна желудочков начинают сокращаться одновременно. Первыми со- кращаются кардиомиоциты, находящиеся вблизи волокон проводящей системы. Затем следует фаза изометрического сокращения (0,03 с), которая характеризуется вовлечением в сокращение всего миокарда желудочков. Начало сокращения желудочков приводит к тому, что при еще закры- тых полулунных клапанах кровь устремляется в область наименьшего давления — обратно в сторону предсердий. Находящиеся на ее пути ат- риовентрикулярные клапаны током крови захлопываются. От вывихивания в предсердия их удерживают сухожильные нити, а сокращающиеся па- пиллярные мышцы создают еще больший упор. В результате на какое-то время возникают замкнутые полости желудочков. И пока сокращение же- лудочков не поднимет давление крови в них выше уровня, необходимого для открытия полулунных клапанов, существенного укорочения длины волокон не происходит. Повышается лишь их внутреннее напряжение. 2 Второй период — период изгнания крови — начинается с открытия кла- панов аорты и легочной артерии. Он длится 0,25 с и состоит из фаз быст- рого (0,12 с) и медленного (0,13 с) изгнания крови. Аортальные клапаны от- крываются при давлении около 80 мм рт. ст., а легочные— 10 мм рт. ст. Относительно узкие отверстия артерий не в состоянии сразу пропустить весь объем выбрасываемой крови (70 мл), и поэтому развивающееся со- кращение миокарда приводит к дальнейшему увеличению давления крови в желудочках. В левом оно повышается до 120-130 мм рт. ст., а в пра- вом — до 20-25 мм рт. ст. Создающийся высокий градиент давления меж- ду желудочком и аортой (легочной артерией) способствует быстрому вы- брасыванию части крови в сосуд. Однако сравнительно небольшая пропускная способность сосудов, в которых и до этого была кровь, приводит к их переполнению. Теперь
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 409 давление растет уже в сосудах. Градиент давления между желудочками и сосудами постепенно уменьшается, по мере чего скорость изгнания крови замедляется. В связи с более низким диастолическим давлением в легочной артерии, открытие клапанов и изгнание крови из правого желудочка начинаются несколько раньше, чем из левого. А более низкий градиент приводит к тому, что изгнание крови заканчивается несколько позже. Поэтому систо- ла правого желудочка на 10-30 мс продолжительнее систолы левого. Диастола Наконец, когда давление в сосудах повышается до уровня давления в полости желудочков, изгнание крови заканчивается. К этому времени со- кращение желудочков прекращается. Начинается их диастола, продолжа- ющаяся около 0,47 с. Обычно к концу систолы в желудочках остается еще около 40-60 мл крови (конечно-систолический объем — КСО). Прекраще- ние изгнания приводит к тому, что находящаяся в сосудах кровь обрат- ным током захлопывает полулунные клапаны. Это состояние именуется протодиастолическим интервалом (0,04 с). Затем происходит спад напря- жения — изометрический период расслабления (0,08 с). К этому времени предсердия уже полностью заполнены кровью. Ди- астола предсердий продолжается около 0,7 с. Наполняются предсердия главным образом пассивно притекающей по венам кровью. Но можно вы- делить и «активный» компонент, проявляющийся в связи с частичным сов- падением их диастолы с систолой желудочков. При сокращении последних плоскость атриовентрикулярной перегородки смещается в направлении к верхушке сердца, что создает присасывающий эффект (рис. 11.12). Когда напряжение стенки желудочков спадает и давление в них падает до 0, атриовентрикулярные клапаны током крови открываются. Кровь, запол- няющая желудочки, постепенно расправляет их. Период наполнения желу- дочков кровью можно разделить на фазы быстрого и медленного наполне- ния. Перед началом нового цикла (систолы предсердий) желудочки, как и |Рие. 11.121 Правый желудочек Механизм присасывающего действия при смещении атриовентрикулярной перегород- ки в период систолы желудочка: а — систола; б — диастола
410 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА предсердия, успевают полностью заполниться кровью. Поэтому за счет по- ступления крови при систоле предсердий внутрижелудочковый объем уве- личивается примерно на 20-30%. Но этот вклад существенно возрастает при интенсификации работы сердца, когда укорачивается общая диастола, и кровь не успевает в достаточной степени заполнить желудочки. 11.1.3. Механическая работа сердца Сила, растягивающая мышцу перед ее сокращением, в биомеханике называется преднагрузкой, а груз, который мышца должна поднять, — постнагрузкой. Говоря о сердце, показателем преднагрузки может быть ко- нечно-диастолический объем, а постнагрузки — величина артериального давления, которую преодолевают желудочки при сокращении. Работа сердца, определяется величиной ударного объема, т. е. коли- чеством крови, выбрасываемым желудочком при каждом сокращении (это «преднагрузка», во многом зависимая от величины конечно-диасто- лического объема), и средним артериальным давлением (это «постна- грузка»). Рабочая нагрузка на сердце определяется четырьмя факторами: преднагрузкой, постнагрузкой, сократительной способностью и частотой сердечных сокращений. Работа и мощность В период выброса желудочки совершают работу по перемещению объ- ема крови против сопротивления. Это сопротивление оказывает кровь, циркулирующая по кровеносным сосудам. Работа (W) складывается из перемещения объема (Г) против давления (Р) и придания массе крови (т) скорости (у): 2 W=P.V+^ (11.1) Показатели среднего артериального давления (Рср), средней линейной скорости (рср) подробно объясняются в следующем разделе. Приведем го- товый расчет производительности обоих желудочков: работа левого желудочка: РК= 0,931 Нм; m-v2 : 2 = 0,931 Нм; W = 0,94 Нм. работа правого желудочка: P-V = 0,14 Нм; m-v2 : 2 = 0,009 Нм; Ж = 0,15 Нм. Как видно из приведенных расчетов, работа левого желудочка в 6 раз интенсивнее работы правого. Мощность (работа, совершаемая в единицу времени) сердца зависит от ЧСС и УО. В покое она равна 0,1 кгм/с (1 Вт).
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 411 11.1.4. Физиологические показатели сердца Все функциональные свойства сердца человека можно проконтролиро- вать. В настоящее время разработано огромное количество методических приемов, приборов, позволяющих получить объективную характеристику состояния сердца, его активности и наличия функциональных резервов. Они подробно излагаются в соответствующих руководствах по кардиоло- гии. Здесь изложим физиологическую характеристику наиболее распро- страненной из них — электрокардиографии. Электрокардиография Электрокардиография — запись изменения электрических потенциалов сердца — позволяет получить представление о возбудимости и проводимо- сти миокарда. При одновременном возбуждении огромного количества кардиомиоцитов возникает электрическое поле, которое передается даже на поверхность тела, откуда его, предварительно усилив, можно зарегист- рировать (рис. 11.13). Схема возникновения, регистрации и форма ЭКГ в различных отведениях: а — на- правление векторов; б — ход векторной петли в пространстве; в — биполярные отве- дения в «треугольнике Эйнтховена» и вид ЭКГ трех стандартных отведений; г— ЭКГ второго стандартного отведения; д — расположение электродов и вид ЭКГ шести грудных отведений
412 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Процесс распространения потенциала можно условно объяснить как перемещение диполя, находящегося на границе возбужденного и невоз- бужденного участка миокарда. Расположенные на бесконечно малом расстоянии положительные и отрицательные заряды составляют элемен- тарную электродвижущую силу (ЭДС). ЭДС диполя — векторная величи- на. Направление вектора любого диполя идет от его отрицательного по- люса к положительному. При возбуждении в сердце одновременно возникает много векторов, которые имеют различную величину и направленность. На ЭКГ регист- рируется суммарный (моментный) вектор, который определяется как ал- гебраическая сумма всех составляющих его векторов. Таким образом, при регистрации двумя электродами, расположенными на поверхности тела, напряжение в каждый момент времени будет зависеть от величины сум- марного вектора (ЭДС), удельного сопротивления ткани и ориентации вектора по отношению к электродам. Напряжение пропорционально углу, который находится между осями диполя и отведения, имеет наибольшее значение, если эти оси параллельны, и равно 0 — при их перпендикуляр- ности. Величина зубцов ЭКГ (отклонений от изоэлектрической линии) пропор- циональна квадрату расстояния от электрода до сердца, как источника ЭДС. Значит, чем дальше от сердца расположен электрод, тем меньше ам- плитуда зубцов ЭКГ. Однако при отдалении электродов больше чем на 12 см дальнейшая смена амплитуды зубцов будет незначительной. Индивидуальный характер формы ЭКГ зависит от особенностей рас- положения сердца в грудной клетке у конкретного человека (оси сердца), а также от местонахождения электродов на теле. Имеется четкая зависи- мость и от функционального состояния миокарда: при патологии элект- рокардиограмма изменяется, что служит достаточно надежным, удобным и одним из самых распространенных диагностических критериев. Происхождение элементов ЭКГ При анализе ЭКГ обычно отмечают характер каждого из элементов, их расположение на кривой, отклонение от изоэлектрической линии (зубцы). Амплитуда ЭКГ-зубцов определяется величиной средних векторов, а их полярность — по ориентации. Интервалы ЭКГ характеризуют скорость деполяризации и реполяризации. При общей диастоле сердца регистрируется изоэлектрическая линия, свидетельствующая об отсутствии разности потенциалов между отдель- ными структурами сердца, Зубец Р соответствует возникновению возбуж- дения и распространению его по предсердиям. Амплитуда его меньше или равна 0,2 мВ, а продолжительность — 0,11 с. Реполязизация предсердий не видна на ЭКГ, так как она маскируется последующим развитием депо- ляризации желудочков. Средний вектор ориентируется вниз, влево, чуть вперед или назад. В норме в отведениях I, И, aVF, Г2-Г6 зубец Р положи- тельный.
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 413 Интервал PQ, измеряемый от начала зубца Р до комплекса QRS, отражает время распространения деполяризации предсердий, A-В узла, антриовентрикулярной задержки. Его продолжительность 0,1-0,21 с. Процесс деполяризации желудочков характеризуется тремя векторами желудочкового комплекса QRS. Вектор, формирующий зубец Q, ориенти- рован вперед, вправо, вверх или вниз — в зависимости от положения сер- дца. Он обусловлен начальным моментным вектором деполяризации про- водящей системы желудочков, близлежащих кардиомиоцитов внутренней Поверхности желудочков, межжелудочковой перегородки, правой сосоч- ковой мышцы и верхушки сердца. Его амплитуда меньше '/4 зубца R, продолжительность 0,04 с. В норме регистрируется во всех стандартных и усиленных однополюсных отведениях от конечностей и в грудных отведе- ниях. Зубец R — главный вектор комплекса, отражает процесс дальнейшего распространения возбуждения по миокарду правого и левого желудочков. В норме зубец R регистрируется во всех стандартных и усиленных отведе- ниях. Главный вектор сердца ориентирован влево, назад, вниз или вверх — в зависимости от положения сердца. В грудных отведениях ам- плитуда зубца постепенно увеличивается от У до РЧ, а затем уменьшает- ся в Уз и Гб, иногда в а ЕЕ и У может отсутствовать. Продолжительность зубца R 0,04 с. Под конец зубца R возбуждение охватывает оба желудоч- ка, за исключением небольшого участка основания левого желудочка. Зубец S является конечным вектором деполяризации обоих желудоч- ков. Он характеризует деполяризацию их базальных отделов. Вектор ори- ентирован назад, вверх и слегка вправо. Амплитуда зубца S колеблется в широких пределах в различных отведениях. Проекция вектора регист- рируется как отрицательный зубец в большинстве отведений, за исключе- нием aVL и левого грудного Кб. В грудных отведениях Уз, Уз или Уз и Уц он может равняться зубцу R. Продолжительность 0,06 с. Максимальная длительность желудочкового комплекса QRS 0,07-0,09 с. Интервал QT измеряют от начала комплекса QRS до конца зубца Т. Этот интервал отражает скорость деполяризации (QRS) и реполяризации желудочков (ST) и называется электрической систолой желудочков. Дли- тельность его 0,35-0,40 с при частоте сокращения 75 в минуту. Интер- вал ST расположен в стандартных отведених на изолинии. Зубец Т отражает реполяризацию миокарда желудочков. Средний моментный вектор его ориентирован в том же направлении, что и глав- ный вектор сердца — зубец R. Полярность зубца Т совпадает с направле- нием зубца R, он положительный в отведениях I, II, aVF, У^-Ув, отрица- тельный в aVR и отрицательный, двухфазный или положительный в III, aVL, У-Уу Амплитуда зубца Тв отведениях от конечностей не превыша- ет 0,5-0,6 мВ, в грудных отведениях—1,5-1,7 мВ; продолжительность 0,16-0,24 с.
414 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Интервал ТР (между зубцом Т и новым зубцом Р) соответствует пери- оду электрической диастолы сердца. Кроме интервалов на протяжении каждого сердечного цикла, на ЭКГ выделяют сегменты, которые характеризуются отсутствием разности потенциалов; они располагаются на изолинии. Сегмент PQ соответствует состоянию полной деполяризации предсердий. Сегмент ST — отрезок изо- линии от конца комплекса QRS — соответствует полной деполяризации обоих желудочков. В грудных отведениях V-Г3 он может быть выше изо- линии не больше 2 мм, а в отведениях — ниже не больше 0,5 мм. Электрическая ось сердца Линия, которая проходит через главный вектор QRS до пересечения с линией I отведения, называется электрической осью сердца (A QRS). По- ложение электрической оси выражается величиной угла а, который обра- зуется электрической осью и положительной половиной оси I отведения. В норме положение электрической оси сердца приблизительно совпадает с его анатомической осью. В зависимости от особенности телосложения положение анатомической оси сердца в грудной клетке различается: - нормальное положение, когда угол а составляет +30...+69°; - вертикальное, когда угол а +70...+90°; - горизонтальное положение — угол а от 0 до +29°. Отклонение оси от указанных величин наблюдается, как правило, при изменениях в миокарде (гипертрофия желудочков, нарушение внутриже- лудочковой проводимости). Систолический и минутный объемы кровотока Количество крови, выбрасываемой желу- дочком при каждом сокращении (систоличе- ский, ударный объем), — величина весьма вариабельная и зависит от пола, возраста человека, функционального состояния орга- низма и, конечно, от объема и состояния са- мого сердца. В покое у взрослого мужчины УО равен 65-70 мл, у женщины — 50-60 мл. За счет подключения резервных возможно- стей сердца УО может быть увеличен при- мерно в 2 раза (рис. 11.14). | Рис. 11.14 Показатели емкости и объема желудочков сердца: РДО— диастолический резервный объем; УО— ударный объем; РСО — систолический резервный объем; ОО — остаточный объем
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 415 Перед систолой в желудочках находится по 110-140 мл крови — конеч- но-диастолическая емкость (КДЕ). А после систолы в желудочках остает- ся- конечно-систолический объем в количестве 40-60 мл. При более мощ- ном~ сокращении (механизмы см. ниже) УО может увеличиваться до 100 мл за счет 20-40 мл резервного систолического объема (РСО). В конце диастолы р желудочках может оказаться на 30-40 мл больше крови —ре- зервный диастолический объем (РДО). Таким образом, общая емкость же- луДОЛКовможетбыть увеличена до 170-180 мл. Используя оба резервных объема, каждый желудочек может довести систолический выброс до 130- 140 мл. После самого сильного сокращения в желудочках остается около 30-40 мл остаточного объема (ОО). УО обоих желудочков примерно одинаков. Одинаковым должен быть и минутный объем кровотока, именуемый еще сердечным выбросом, ми- нутным объемом сердца. Его легко определить, умножив УО на ЧСС. Для ликвидации зависимости МОК от массы и площади поверхности тела вводят показатель, именуемый сердечным индексом'. МОК, приведен- ный к единице площади поверхности тела (в норме около 3,8 л/мин/м?). Фиком еще в 1870 году предложен сравнительно простой метод опреде- ления МОК. Его косвенно расчитывают, зная: 1) разницу между содержанием кислорода в артериальной и венозной крови; 2) объем кислорода, потребляемый человеком за 1 минуту. К примеру, определив, что артериовенозное различие по кислороду составляет 5 об.% (5 мл из каждых 100 мл крови), а потребление кислоро- да за минуту составляет 250 мл, можно произвести такой расчет. Для использования 250 мл кислорода необходимо, чтобы через легкие про- шло крови: 250 = 5000 мл крови. В данном примере это и есть МОК малого круга кровообращения, а так как оба желудочка работают синхронно, то такой же МОК и левого желудочка. (Получить венозную кровь правого предсердия можно при катеризации вены — см. ниже). В покое у взрослого мужчины МОК около 5 л. При ряде состояний, например при выполнении физической нагрузки, МОК за счет увеличе- ния УО и ЧСС может увеличиваться до 20-30 л. Максимальный прирост ЧСС зависит от возраста человека и может быть приблизительно опреде- лен по формуле ЧССМакс - 220 —В, (11.2) где В — возраст, лет. Увеличение ЧСС происходит за счет небольшого укорочения длитель- ности систолы и существенного уменьшения продолжительности диасто- лы (табл. 11.2). Чрезмерное сокращение диастолы может сопровождаться снижением конечно-диастолической емкости, что приведет к уменьшению УО. Наибольшая производительность сердца молодого человека — обычно при 150-170 уд./мин.
416 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Таблица 11:2 Продолжительность систолы и диастолы желудочков при разной ЧСС ЧСС, уд./мин 70 150 200 Систола, с 0,28 0,25 0,21 Диастола, с 0,58 0,15 0,11 Наиболее точными методами определения сердечного выброса, как и общего объема циркулирующей крови, являются методы, основанные на разведении индикаторов. Этими индикаторами могут быть радиоизотопы, красители, растворы с температурой, отличной от температуры тела. При быстром введении индикатора в кровь объемная скорость кровотока будет обратно пропорциональна средней концентрации красителя в ни- жележащих отделах сосудистого русла, откуда берут порцию крови для исследования. К примеру, используя катетеризацию легочной артерии и вводя через катетер зонд с термодатчиком (термистор), можно определить сердечный выброс методом терморазведения. Охлажденный до комнатной темпера- туры раствор глюкозы или другого кровезаменителя, быстро введенный в вену, смешиваясь в правом отделе сердца, охлаждает кровь, что фикси- рует термистор, находящийся в легочной артерии. Площадь под кривой (рис. 11.15) обратно пропорциональна объемной скорости кровотока в легочной артерии. Постепенный подъем и снижение кривой соответст- вуют низкому сердечному выбросу. При ряде патологий термодилюционная кривая может искажать истин- ные показатели работы сердца. Так, при недостаточности трехстворчатого клапана наблюдается небольшой подъем или длительный постепенный Сигнал, Температура получаемый с термистера раствора с кровью в правом сердце Принцип метода определения сердечного выброса методом термодилюции спад, что обусловлено возвратом части кро- ви в правое предсер- дие при систоле желу- дочка. В отличие от этого, при дефектах перегородок и при вну- трисердечном шунти- ровании крови справа налево результат ошибочно увеличи- вается, так как часть охлажденной крови уходит по шунту, а в легочной артерии температура понижа- ется менее выра- женно. Внутрисердеч- ный шунт слева на-
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 417 право также завышает результат, в связи с большим разведением термо- индикатора. Тоны сердца Обычно врач ухом может выслушать, как правило, два звука (тона). Более чувствительный прибор позволяет зарегистрировать четыре тона. Выслушать тоны можно над соответствующим клапаном либо по току крови (звук хорошо передается по жидкости) там, где сосуд близко при- лежит к грудной стенке. Происхождение каждого тона обусловлено несколькими компонентами, каждый из которых при патологии может измениться. А это, естественно, отразится на самом тоне, его звучности, чистоте. Первый тон (систолический) совпадает с началом систолы желудочков. В образовании его участвуют три компонента: клапанный, мышечный и сосудистый. Они складываются из: - захлопывания предсердно-желудочковых клапанов; - вибрации их и сухожильных нитей, удерживающих эти клапаны; - турбулентного движения крови, ударяющейся о захлопывающиеся клапаны; - вибрации стенки желудочков при изометрическом сокращении; - колебаний начальных отделов аорты и легочного ствола при растяже- нии их кровью в период ее изгнания. Основным компонентом является клапанный. Поэтому звучность пер- вого тона в основном зависит от него. Так, при повышении интенсивно- сти сокращения желудочков в связи с более быстрым ростом давления, быстрым и сильным захлопыванием клапанов тон становится звучнее. С другой стороны, если к началу систолы створки клапанов открыты шире (при большем кровенаполнении), то звук также усиливается. Первый тон продолжается около 0,14 с. Второй тон (диастолический) совпадает с началом диастолы желудоч- ков. Он слагается из: - удара створок полулунных клапанов друг о друга при их закрытии; - их вибрации; - турбулентного движения крови, ударяющейся о захлопывающиеся клапаны; - вибрации крупных артерий (аорты и легочной). Продолжительность второго тона около 0,11 с. Третий тон возникает вследствие вибрации стенок желудочков в фазу быстрого заполнения их кровью. Четвертый тон возникает при систоле предсердий и возврате части крови в предсердия, когда в начале систолы желудочков атриовентрику- лярные клапаны еще открыты. Тоны хорошо слышны над клапанами (первый — над атриовентрику- лярными, второй — над полулунными). Звук проводится также и по кро-
418 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА ви, так что его можно выслушать по ходу соответствующего сосуда (легоч- ной артерии или аорты) (рис. 11.16). Зоны на грудной клетке, где хорошо слыш- ны тоны сердца: / — аортальная; 2 — легоч- ная; 3 — трехстворчатого клапана; 4 — мит- рального клапана Верхушечный толчок Методом простой пальпации или с помощью приборов можно обнару- жить, что при каждой систоле в левом пятом межреберье по среднеклю- чичной линии в течение короткого времени возникает небольшое выбуха- ние грудной стенки. Оно является следствием перемещения верхушки сер- дца в сторону передней грудной клетки при сложном изменении формы и объема сердца в момент систолы. 11.1.5. Возрастные особенности функции сердца В эмбриональном периоде основные структуры сердца формируются ра- но, так что к 3-й неделе оно уже функционирует под влиянием собствен- ного ритма синусного узла. Центральная артерия синусного узла, способ- ствующая ритмом своего пульса функциональному объединению, синхро- низации отдельных пейсмекерных клеток его, также сформирована уже на ранних этапах развития. С возрастом меняются также и механизмы регуляции функции сердца. У плодов и детей раннего возраста миогенные гетерометрические меха- низмы (механизм Франка — Старлинга) ограничены низкой растяжи- мостью миокарда. Она возрастает после 1 года Иннервация синусного узла появляется еще во внутриутробном периоде, но представлена вначале лишь холинергическими структурами. Адренер- гическая иннервация и гуморальные механизмы регуляции развиваются значительно позже и завершаются спустя несколько месяцев после рожде- ния. Это обусловлено постепенным формированием рецепторов на мемб- ранах. К примеру, чувствительность сердца новорожденных к катехола- минам не только снижена, но может быть извращена в связи с малой плотностью p-рецепторов Однако окончательное формирование механиз- мов регуляции функции сердца происходит только к 3-летнему возрасту. В целом у детей адренергические механизмы регуляции состояния сердца преобладают над холинергическими. А во внутриутробном периоде нерв- ная регуляция деятельности сердца имеет небольшое значение. Частота сокращения сердца плода определяется в основном автоматизмом водите- ля ритма.
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 419 Наличие овального межпредсердного отверстия и артериального про- тока обеспечивает объединение обоих желудочков сердца в функциональ- но единый орган, изгоняющий кровь в общую систему кровообращения. Поэтому у плода и новорожденного стенка обоих желудочков почти оди- наковой толщины (отношение правого к левому 1:1,4). К моменту рождения масса правого и левого желудочков составляет соответственно 38,6 и 29,9% общей массы сердца. Ббльшая масса правого желудочка обусловлена более интенсивной работой этого отдела сердца по преодолению сопротивления относительно узкого артериального про- тока. Во внутриутробном периоде в правом желудочке давление крови поднимается до 60-70 мм рт. ст., а в левом — до 50-60 мм рт. ст. После рождения, в связи с включением малого круга кровообращения и последующим разделением обоих кругов, сопротивление в большом круге кровообращения резко повышается, и стенка левого желудочка по- степенно гипертрофируется. За весь период детства масса левого желудочка увеличивается почти в 17 раз, а правого — лишь в 10 раз. К 15 годам толщина стенки левого же- лудочка увеличивается в 2,5 раза, а правого — лишь в 0,5 раза. К моменту рождения ЧСС составляет около 130 уд./мин. Продолжи- тельность систолы 0,17-0,25 с, а диастолы — 0,15-0,24 с. Систолический объем доходит до 3,0-3,5 мл, минутный объем кровотока составляет око- ло 450 мл/мин. Маленькое сердце плода (рис. 11.17) обеспечивает ткани в 2-3 раза большим объемом крови, чем сердце взрослого человека. Более интенсивный кровоток у плодов обусловлен не только высокой активно- стью обменных процессов в их тканях, но и тем, что каждый миллилитр крови плода доставляет к тканям меньшее количество кислорода. Изменение толщины кардиомиоцитов и массы сердца После рождения происходит постепенное изменение функциональных показателей сердца (табл. 11.3).
420 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Таблица 11.3 Функциональные показатели сердца плода и детей разного возраста Возраст ЧСС, уд./мин Систолический объем, мл Минутный объем кровотока, +лл Абсолютная величина Относительная величина Абсолютная величина Относительная величина Внутриутробный период 6 мес. 140 1,о 1,0 140 140 8 мес. 130 ЗЛ 1,5 400 195 Детство Новорожденный 140 3,5 1,0 490 140 1 год 120 10,5 1,0 1250 126 4 года 105 19,0 1,2 1995 124 6 лет 90 25,0 1,1 2500 114 10 лет 78 44,0 1,1 3200 80 14 лет 74 59,0 1,1 4300 78 Взрослые 72 70,0 1,0 5000 70 11.2. ФИЗИОЛОГИЯ КРОВЕНОСНЫХ СОСУДОВ 11.2.1. Основные принципы гемодинамики Одним из основных показателей гемодинамики и условий, обеспечива- ющих ее, является давление. Величина давления крови в сосуде равна от- ношению силы, с которой кровь действует на его стенки, к единице их пло- щади: Р=Г (Н-З) S'- Величина давления зависит от соотношения емкости сосуда и объема крови, находящегося в нем. Объем крови, протекающий через сосуд, мож- но вычислить по следующей формуле: Р1-Р2 <114) У R , тле Q — объемный кровоток; Pi — давление крови в начальном отделе сосуда; Pi — давление крови на выходе из сосуда; R — сопротивление кровотоку. Если бы кровь была лишена трения, то ее энергия, заданная сокраще- нием желудочков сердца, не расходовалась бы на его преодоление и вели- чина давления в любом сечении сосудов оставалась бы постоянной. Гидродинамическое сопротивление, которое каждый сосуд оказывает движущейся крови, вычисляется по формуле Пуазейля: о_8/.ц (11.5) где I — длина сосуда; ц — вязкость крови; г — радиус сосуда.
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 421 Среднюю линейную скорость кровотока можно определить по формуле: Г=-^. (11.6) л • г Основываясь на указанных законах гидродинамики, можно получить представление о соответствующих характеристиках кровообращения во всем сосудистом русле и в его отдельном регионе. Объем крови, протека- ющий через каждый из отделов сосудистого русла за 1 мин, равен МОК. Это означает, что через аорту или легочные артерии, а также через сум- марное поперечное сечение, проведенное на любом уровне всех артерий, капилляров, вен, в единицу времени протекает одинаковый объем крови, равный МОК. Гидродинамическое сопротивление всей сосудистой системы (общее пе- риферическое сопротивление — ОПС) непосредственно измерить нельзя. Однако его можно легко вычислить по формуле (11.4), имея в виду, что Р в аорте около 13300 Па (100 мм рт. ст.), Р2 в полых венах — около 0, a Q — 95 мл с. Лопе = 13300 : 95 = 140 ПаУмлс. На преодоление сопротивления и расходуется энергия сокращающегося сердца. Сопротивление возникает при движении крови по сосуду вследст- вие внутреннего трения между слоями крови, между плазмой крови и стен- ками сосудов. Как следует из формулы (11.4), больше всего сопротивление в сосуде зависит от радиуса последнего: сопротивление растет в четверт- ной степени при уменьшении радиуса. От величины гидродинамического сопротивления существенным образом зависит распределение объемного кровотока при разде- лении сосуда. Так как на входе разделяющегося сосуда давление одинаково, то, если, например, один из сосудов шире другого в 2 раза, через него будет проте- кать в 16 раз больше крови Распределение крови при ответвлении от (рис. 11.18). артериолы капилляра Вязкость крови и кровоток Прямая зависимость сопротивления кровотока от вязкости крови приво- дит к тому, что возрастание гематокрита (концентрации эритроцитов) выше нормального уровня (40-45) приводит к существенному ухудшению условий кровообращения. Этим, вероятно, и объясняются указанные грани- цы нормы концентрации эритроцитов в крови. Более высокий уровень ге- матокрита у горцев служит Одной из причин гипертрофии у них миокарда, которому приходится постоянно преодолевать возросшее сопротивление. Но вязкость крови не во всех сосудах имеет постоянную величину. Так, в сосудах м икроциркуляторного русла возникает эффект Фореуса — Линдквиста[подро6нее см. ниже), благодаря которому вязкость крови не-
422 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА сколько снижается. Но в этих же сосудах при снижении скорости крово- тока ниже нормы, что может наблюдаться в сосудах малого диаметра — при временной закупорке их лейкоцитом (их диаметр намного больше ди- аметра капилляров, к тому же в них имеется достаточно крупное ядро) вязкость крови резко возрастает. А при некоторых патологических состо- яниях, приводящих к затруднению кровотока, вязкость крови может воз- растать в сотни раз. Основной механизм, приводящий к увеличению вяз- кости, обусловлен обратимой агрегацией эритроцитов, образующих скоп- ления в виде монетных столбиков, которые могут даже прилипать к стен- ке сосуда. Агрегация эритроцитов происходит под влиянием крупных белков плазмы крови, таких, как фибриноген, аг-макроглобулин и др. Вязкость крови и турбуленция В сосудах большого диаметра кровь течет ламинарно. При этом наблю- дается как бы коаксиальный цилиндрический осевой ток, когда частицы крови перемещаются параллельно друг другу слоями (рис. 11.19). Параболический (коакси- альный) тип тока крови различных слоев при ли- нейном течении Слой крови, непосредственно прилегающий к стенке сосуда, почти не- движим. По нему с несколько большей скоростью скользит следующий слой, и так до центрального, наиболее быстро текущего цилиндра. Здесь же, ближе к центру, продвигается, как правило, большинство форменных элементов. Увеличение скорости кровотока, появление препятствия при разветвлении сосудов приводит к возникновению завихрений — турбу- лентности, что резко затрудняет кровоток (см. рис. 10.13), так как суще- ственно увеличивается внутреннее трение. Поэтому, к примеру, при тур- булентности для увеличения объемного кровотока вдвое давление необ- ходимо повысить почти в 4 раза. К тому же возникновение турбулентных завихрений и снижение скорости кровотока сразу после склеротической бляшки создают условия для образования здесь сгустка крови. Турбулентный или ламинарный тип течения определяется многими факторами, которые могут быть выражены через число Рейнольдса: Re = -V-'A (П.7) Л где 2г — диаметр сосуда, м; v — скорость линейного тока крови, м/с; р — плотность крови, кг/м3; р — вязкость крови. Если число Рейнольдса превышает 400, то у мест разветвлений и суже- ний артерий образуются завихрения. При возрастании числа Рейнольдса
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 423 до 2000 поток становится целиком турбулентным. В норме это возникает в начальных артериальных отделах при быстром изгнании крови из же- лудочков. А при резком росте МОК (мышечная работа), при анемиях по- ток может стать турбулентным и в других сосудах. Возникающие при этом шумы можно выслушать над сосудами. Некоторые показатели, характеризующие гемодинамику сосудов Зависимость сопротивления от радиуса и длины сосуда приводит к то- му, что около 50 % ОПС приходится на артериолы, 25 % — на капилляры. Несмотря на больший диаметр, артериолы создают большее сопротивле- ние кровотоку по сравнению с капиллярами, в связи с тем, что у них зна- чительно большая длина. Остальные 25 % ОПС составляет сопротивление артерий, венул и вен. Высокое сопротивление мелких артерий резко сни- жает объемный кровоток, а также линейную скорость движения частиц крови в них и последующих сосудах м икроциркуляторного русла (табл. 11.4). Наименьшая скорость кровотока — в капиллярах. В последу- ющих сосудах, по мере увеличения их диаметра, растет объемная и линей- ная скорость тока крови. Таблица 11.4 Линейный кровоток и давление в различных отделах сосудистого русла Сосуд Площадь поперечого сечения сосуда, см2 Средняя скорость, см/с Среднее давление, мм рт.ст. Аорта 2,5 20 100 Артерии 20 10-15 95 Артериолы 40 0,2-0,3 70-35 Капилляры 2500 0,03 35-15 Венулы 250 0,5-1,0 15-10 Мелкие и средние вены 80 1-5 < 15 Полые вены 8 10-15 < 5 11.2.2. Свойства стенок кровеносных сосудов и гидродинамика Описанные выше законы гидродинамики дают представление о движе- нии жидкости в твердых трубках. Строение же реальной стенки сосудов таково, что оно меняет некоторые параметры кровотока. Причем разли- чия в строении стенки каждого отдела сосудистой системы привносят свою коррекцию. Трансмуральное давление Различные отделы сосудистого русла находятся в неодинаковых усло- виях. Разница между внутренним давлением, оказываемым на стенку со- суда кровью, и наружным давлением окружающих тканей составляет трансмуральное давление. Наружное давление на сосуды может меняться при многих условиях жизнедеятельности органов. В еще большей степени трансмуральное давление изменяется в связи с изменением внутреннего
424 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА давления. В свою очередь, внутрен- нее давление складывается из гид- родинамического и гидростатиче- ского давления крови. Сокращение сердца создает гид- родинамическое давление. Гидроста- тическое давление является следст- вием Действия сил гравитации на кровь, находящуюся в сосудистой трубке. Оно меняется при перемене положения тела в пространстве. При этом уровень сердца является нулевым уровнем отсчета. В сосу- дах, расположенных выше сердца, внутреннее давление крови на стен- ку за счет гидростатического давле- ния уменьшает гидродинамическое давление. В нижележащих сосудах эти оба давления, напротив, сумми- руются (рис. 11.20). У человека, находящегося в ле- жачем положении, трансмуральное .. ...„„„ давление практически не зависит от Изменение уровня трансмурального дав- ** г ления крови в сосудах различных зон гидростатического, так как при у вертикально стоящего человека этом все сосуды находятся недале- ко от плоскости сердца, да и распо- лагаются они, как правило, в другой плоскости. В отличие от этого, у вертикально стоящего человека гидростатическое давление существенно влияет на уровень трансмурального давления. В результате трансмураль- ное давление в сосудах головы, расположенных на уровне 40 см выше сердца, снижается примерно на 30 мм рт. ст. В свою очередь, чем ниже от сердца находится сосуд, тем большим становится трансмуральное давле- ние. На уровне 120 см ниже сердца трансмуральное давление выше гид- родинамического примерно на 90 мм рт. ст. Влияние гидростатического давления создает соответствующие пред- посылки для нарушения кровотока. Так, у человека с гипотонией при вер- тикальном положении в сосуды, кровоснабжающие головной мозг, кровь будет поступать под очень низким давлением. А это приведет к наруше- нию условий гемодинамики в них: создастся возможность закрытия сосу- дов (см. ниже) и может возникнуть локальная гипоксия. Напротив, повышение трансмурального давления в сосудах нижних конечностей при затруднении оттока крови (беременность, тяжелая физи- ческая работа, связанная с напряжением брюшного пресса, длительная работа в стоячем положении и т. п.) способствует развитию варикозного расширения вен. Стенка артерий более толстая, и рост трансмурального
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 425 давления отражается на ней в меньшей степени, чем на более эластичных венах. Варикозные узлы возникают в зонах расположения клапанов. 11.2.3. Зависимость кровотока от состояния сосудов Кровоток в конкретных сосудах во многом определяется их вышеука- занными свойствами: - эластичностью, - растяжимостью, - сократимостью. Так, зависимость объемной скорости от давления больше проявляется в сосудах с эластичной стенкой, чем в жестких трубках. Под влиянием давления крови сосуд растягивается, что, с одной стороны, уменьшает давление, а с другой — увеличивает объемный кровоток. В отличие от этого сосуды мышечного типа при возрастании давления могут активно препятствовать изменению кровотока. Так, например, за счет одной лишь реакции гладкомышечных волокон стенки может изме- ниться объем протекающей по сосуду крови: при быстром нарастании давления и быстром растяжении гладких мышц они сокращаются, что уменьшает просвет, а значит, снижается и кровоток. При медленном рос- те давления проявляется эффект пластичности гладкомышечных клеток, и сосуд, напротив, постепенно расширяется, а объемный кровоток возра- стает. В малых артериальных сосудах можно обнаружить еще один эффект — критическое давление закрытия. При падении давления ниже 20 мм рт. ст. артериолы’спадаются, так что кровь в капилляры, находящиеся за ними, поступать не будет. 11.2.4. Законы гидродинамики и реальная стенка сосудов Стенка большинства сосудов состоит из эластических, коллагеновых волокон и гладкомышечных клеток. Эластических волокон особенно много в интиме сосудов, где они образуют густую легко растягиваемую сеть. Натяжение их создает эластическое напряжение сосудистой стенки, которое противодействует растягивающему сосуд давлению крови. Коллагеновые волокна средней и наружной оболочек сосудов также образуют сеть. Но эластичность их меньше, и поэтому они оказывают большее сопротивление растяжению, чем эластические волокна. Однако в стенке большинства сосудов коллагеновые волокна располагаются сво- боднее эластических, в силу чего они начинают противодействовать толь- ко тогда, когда сосуд растянут до определенного предела. Сосудистый тонус и напряжение стенки С коллагеновыми и эластическими волокнами анатомически связаны гладкомышечные клетки. В отличие от указанных «пассивных» волокон гладкомышечные клетки активно влияют на состояние сосуда и кровоток. Сокращаясь и натягивая коллагеновые и эластические волокна, гладкие мышцы создают активное напряжение в стенке сосуда — сосудистый тонус.
426 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Изменяя просвет сосуда через указанный выше механизм, а также сами по себе гладкие мышцы управляют напряжением стенки. Причем можно выделить два принципиально отличающихся пути модуляции напряжения гладкими мышцами. Так, если давление возрастает быстро, то мышечные клетки реагируют сокращением, уменьшая просвет сосуда и снижая напря- жение. Снижение напряжения произойдет как в связи с уменьшением диа- метра сосуда, так и вследствие уменьшения объемного кровотока. При медленном нарастании давления напряжение также снижается, но проис- ходит это уже путем постепенной релаксации (удлинения) мышц и увеличе- ния просвета сосуда. Во втором случае эффект снижения напряжения все- цело обусловлен уменьшением давления крови на стенки расширенного сосуда. Указанный механизм называется прямой релаксацией напряжения. Напротив, при внезапном снижении объема крови в сосуде происходит постепенное сокращение гладкомышечных клеток, что восстановит на- пряжение сосудистой стенки. Это явление именуется обратной релакса- цией напряжения. Таким путем сам кровоток оказывает саморегулирую- щее влияние на состояние сосудов и кровообращение в них. Как прямая, так и обратная релаксация напряжения в большей мере выражены в ве- нах, чем в артериях. Благодаря этому в венах поддерживается давление наполнения, несмотря на низкий уровень гидродинамического давления, что обеспечивает достаточно высокую скорость кровотока в них. Напряжение в стенке сосуда зависит и от трансмурального давления. Взаимосвязь трансмурального давления и напряжения можно рассчитать по упрощенной формуле, в которой не учитывается толщина стенки: Л = 7> (11.8) где Pt— трансмуральное давление; F— напряжение; г — радиус сосуда. Значит, чем меньше радиус сосуда, тем меньше напряжение (F = Р;т) в его стенке при одинаковом трансмуральном давлении. Благодаря этому самые малые сосуды — капилляры, стенка которых состоит из одного слоя клеток, не разрываются, несмотря на относительно высокое давле- ние крови на их стенку. Указанные выше структуры сосудистой стенки, создавая напряжение, противодействуют сосудорасширяющему действию трансмурального дав- ления. Но если произвести продольный разрез сосудистой стенки, то вследствие действия сил напряжения место разреза будет зиять. Величина напряжения в стенке конкретного сосуда зависит от соотно- шения в ней структурных элементов. Предел растяжимости сосуда зави- сит от соотношения коллагеновых и эластических элементов. Так, арте- рии большого круга кровообращения в 6-10 раз менее растяжимы, чем вены этого же отдела. Вены малого круга имеют такую же растяжимость, как и большого, а легочные артерии растяжимее артерий большого круга. Самое высокое напряжение — в стенке аорты. Здесь оно в 10000 раз больше, чем в капилляре, в то время как в близкой по диаметру полой вене — лишь в 1300 раз. Поэтому при склеротическом или каком-либо
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 427 другом повреждении стенки сосуда именно в самых крупных артериаль- ных сосудах происходит расслоение стенки и возникает аневризма или да- же разрыв. 11.2.5. Функциональная характеристика сосудов В зависимости от выполняемой функции сосуды можно подразделить на: - амортизирующие, - резистивные, - обменные, - шунтирующие, - емкостные. Резистивные, обмен- ные и шунтирующие сосуды образуют мик- роциркуляторное русло. Функциональная ха- рактеристика сосудов дается на примере большого круга крово- обращения (рис. 11.21). Особенности кровото- ка в малом круге изло- жены в самостоятель- ном разделе. Функциональная схема сердечно-сосудистой систе- мы. Цифрами обозначен процент крови от МОК в состоянии физиологиче- ского покоя
428 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Амортизирующие сосуды Амортизация пульсовых колебаний объема К амортизирующим сосудам относятся эластические и крупные мы- шечные артерии. Эффект амортизации заключается в сглаживании перио- дически возникающих систолических колебаний кровотока. Изгоняемый с большой скоростью из желудочка УО придает ускорение движению того объема крови, который перед этим находился в сосудах. Площадь поперечного сечения аорты (2,5 см2) относительно полости же- лудочка небольшая, поэтому весь УО (70 мл) через нее за время выброса (0,3 с) пройти не может. За это время успеет пройти около 40 мл крови. Остальные 30 мл, растягивая эластичную аорту, остаются в ней вместе с тем объемом крови, который был в ней перед систолой желудочка (рис. 11.22). То есть получается, что кинетическая энергия сокращающе- гося сердца дробится как бы на две части. Часть энергии (кинематиче- ская) используется сразу на ускорение движения крови, а часть — перехо- дит в энергию растяжения стенки сосуда. Эта потенциальная энергия деформации аорты переходит в энергию движения крови в период ди- астолы сердца. Растянутые эластические волокна, сокращаясь, поддержи- вают высокое давление в аорте и тогда, когда из нее часть крови оттекает в период диастолы желудочка. Тем самым создается необходимый для по- стоянного кровотока градиент давления между аортой и расположенны- ми ниже артериями. Таким образом, эластичность аорты создает силу, обеспечиваю- щую поддержание постоянства кро- вотока при пульсирующей работе сердца. Кроме того, эластичность сосудов, прилежащих к сердцу, сни- жает препятствие сердечному вы- бросу, так как легко растягивающи- еся сосуды демпфируют прирост давления. Поэтому развивающиеся с возрастом склеротические процес- сы уменьшают эластичность аорты, что приводит к более высокому дав- лению крови в ней, а это затрудняет Динамика изменения «объем — давле- выполнение нагнетательной функ- ние» в начальном отделе аорты ции сердца. Объем крови и артериальное давление Несмотря на растяжимость эластичной аорты, при поступлении «лиш- него» объема крови давление в ней растет. Давление, именуемое систоли- ческим (Рс), на максимуме изгнания поднимается до 120-130 мм рт. ст. Однако и в диастоле давление остается достаточно высоким: Ра (диасто- лическое) около 80 мм рт. ст. Уровень систолического давления зависит от величины сердечного выброса и эластичности аорты. Диастолическое
Глава 11, СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 429 давление определяется количеством крови, оставшейся в сосуде перед по- ступлением в него новой порции. Последнее во многом зависит от сопро- тивления нижележащих резистивных сосудов. Растяжимость эластичных сосудов при увеличении кровенаполнения постепенно снижается. Особенно резко растет сопротивление растяже- нию, когда начинают растягиваться менее эластичные коллагеновые во- локна. В результате при увеличении УО систолическое давление начинает возрастать более резко, чем объем. По этой же причине при снижении эластичности аорты в результате развития склероза также растет давле- ние, но уже при прежнем или даже несколько сниженном УО. Дополнительный объем крови (до 10 мл) во время систолы левого же- лудочка скапливается и в отходящих от аорты артериях. И хотя этот от- носительно небольшой объем распределяется по многим артериальным сосудам, давление во время систолы растет и в них. Дело в том, что стен- ки менее эластичных артерий мышечного типа под влиянием поступления даже небольшого дополнительного объема крови оказывают большее со- противление напряжением, чем стенка эластичных сосудов. В кровеносных сосудах наблюдается еще один феномен: по ходу круп- ных и средних артерий систолическое давление постепенно увеличивается (рис. 11.23). Так, в бедренной артерии оно на 20 мм рт. ст., а в тыльной артерии стопы уже на 40 мм рт. ст. выше, чем в аорте. Рост Рс в располо- женных далеко от сердца периферических артериях обусловлен: - близостью их к сосудам сопротивления — артериолам, Изменение артери- ального давления и скорости кровотока в различных отделах сосудистой системы собаки
430 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА При выбросе крови из сердца возникает быстро распространяющаяся волна изменения объема (пульсовая волна). Дойдя до артериол, эта волна отражается и идет навстречу прямой волне. Полагают, что суммация пря- мой и отраженной волн и создает прирост уровня систолического давле- ния в артериях, расположенных ближе к месту отражения. Суммация за- висит от скорости распространения волны: отраженная волна достигает более эластичных начальных отделов артериального русла в то время, когда пик прямой волны в них уже миновал. Скорость распространения пульсовой волны «объема — давления» зна- чительно выше, чем линейная скорость кровотока. Пульсовая волна до ар- терии стопы дойдет за 0,2 с, в то время как частица крови достигнет этого же участка не ранее чем через 7-10 с после выброса из сердца. Скорость распространения пульсовой волны зависит, с одной стороны, от отноше- ния толщины стенки к радиусу, с другой — от эластичности сосуда. Чем эластичнее и шире сосуд, тем меньше скорость. Так, в аорте она составля- ет 4-6 м/с, а в менее эластичных артериях мышечного типа — 8-12 м/с. С возрастом, в связи с развитием склеротических изменений стенки сосуда, скорость распространения пульсовой волны возрастает. Исследование кровотока в сосудах Определение артериального давления Косвенный метод Наиболее простым и широко распространенным методом является аус- культативный метод, основанный на появлении сосудистых тонов Ко- роткова. Для этого на плечо накладывают манжету, соединенную с гру- шей для нагнетания в нее воздуха и с манометром. В локтевой ямке нахо- дят пульсирующую плечевую артерию, над которой помещают раструб фонендоскопа. При этом прослушивание показывает отсутствие звуков. Накачивая воздух в манжету до давления, превышающего уровень арте- риального, прекращают кровоток в артериях. Спуская постепенно воздух, прослушивают появление сосудистых тонов. Первые их появления соот- ветствуют уровню систолического давления, а исчезновение — диасто- лического. Звуки появляются тогда, когда в артерии нет постоянного кро- вотока и прорывающаяся в нее во время систолы желудочка порция крови, создавая турбуленцию, издает звук. На этом принципе разрабо- тано множество приборов, позволяющих автоматически регистрировать уровень артериального давления в различных сосудистых зонах. Но практически у всех больных с нестабильной гемодинамикой непря- мой метод определения АД дает ложные показатели. Причин их ошибоч- ности несколько. Так, само по себе надувание манжеты приводит к неко- торому увеличению объема крови, а значит, и давления в области плеча. И это у здоровых молодых людей. У больных пожилого возраста, особенно страдающих артериальной гипертензией, величина диастоличе- ского давления, полученная при измерении прямым (кровавым) методом, в 70 % случаев на 10 мм рт. ст. ниже, чем при применении косвенного
Глава 11, СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 431 метода. При артериальной гипотензии показатели уровня систолического давления могут занижаться более чем на 30 мм рт.ст., а при сердечной недостаточности и того больше — на 50-60 мм рт.ст. Дело в том, что тоны Короткова при снижении интенсивности наполнения сосудов звучат слабо, и появление их может быть не зафиксировано. Ошибочное заниже- ние величины систолического давления может послужить необоснован- ным поводом для назначения гипертензивных средств. Прямой (кровавый) метод К больным, находящимся в критическом состоянии, должен приме- няться прямой (кровавый) способ регистрации АД (см. подразд. 11.3.5). Форма пульсовой волны при продвижении катетера по артерии меняется, так же как и меняется величина систолического и диастолического пока- зателей давления. Наибольшее систолическое давление — в тыльной артерии стопы (отраженные волны). В бедренной артерии оно ниже, чем в плечевой. Катетеризация легочной артерии Особый интерес для клиники представляет измерение давления по ходу сосудистого русла при введении катетера в вену большого круга крово- обращения и продвижении его вплоть до мелких сосудов легких (плаваю- щий катетер). При этом удается зарегистрировать как центральное веноз- ное давление (Рцв — давление в полых венах и полостях сердца при диастоле), так и динамику изменения давления в правом предсердии и желудочке, диастолического и систолического давления в легочных арте- риях и давление заклинивания легочных капилляров — Рзлк (рис. 11.24). Принцип измерения давления заклинивания легочных капилляров: Ага— среднее давление в легочной артерии; Рк — давление в легочных капиллярах; Рлп— давление в предсердии
432 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Давление заклинивания легочных капилляров — давление, зафиксиро- ванное в дистальной ветви легочной артерии при раздувании баллончика, укрепленного вблизи свободного конца катетера. Рзлк соответствует конечно-диастолическому давлению в левом предсердии (РКДлп)- Принцип его измерения основан на том, что после перекрытия поступления крови из правого желудочка давление в конце катетера становится равным давлению в левом предсердии — конечно, при отсутствии между ними препятствия (принцип сообщающихся сосудов). При сдувании баллончика кровоток на конце катетера восстанавлива- ется, и при этом будет регистрироваться давление в начальной части капиллярного русла (Рк). Величина разницы (Рк - Р3!№) будет определять значение кровотока (0 и сопротивления (R^). Эта взаимосвязь может быть представлена в виде: РК ~ Рзпк = Q ‘ ^лв- Производные параметры, которые можно получить, обработав данные, полученные при катетеризации легочной артерии, характеризуют гемо- динамику не только малого, но частично и большого круга крово- обращения. 1. Сердечный индекс: „„ Сердечный выброс за 1 мин , . у, СИ = -=*-----------с----------[л/мин • м2]. Площадь поверхности тела 2. Ударный индекс: УИ =------------—------------- Площадь поверхности тела 3. Индекс общего периферического сопротивления сосудов: ИОПСС = 80 />ср~^ЦВ [Дин • с/см5- м2]. СИ 4. Индекс сопротивления легочных сосудов: ИСЛС = 80 Рла~Гзлк [дин• с/см5-м2]. СИ Реографмя В клинической практике для определения ударного объема сердца и объемной гемодинамики отдельных регионов тела получило распрост- ранение реографии — метода регистрации пульсовых колебаний электр- ического сопротивления живых тканей при пропускании через них пере- менного электрического тока высокой частоты. Принцип метода заклю- чается в регистрации изменений электрического сопротивления тканей, обусловленного изменением кровенаполнения в зависимости от сердечно- го цикла. Объемная скорость кровотока . Количество крови, протекающей через сосуд, можно определить не- сколькими методами. Наиболее простой из них — ультразвуковой, осно- ванный на исследовании распространения ультразвука по длине изучав-
Глава 11, СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 433 мого сосуда. Для этого две маленькие пьезоэлектрические пластинки ап- парата накладывают на кожу вдоль артерии на определенном расстоянии друг от друга. Подавая попеременно электрическое напряжение высокой частоты на каждую из пластин, другой пластиной регистрируют время поступления сюда сигнала. Сравнивая скорость распространения сигнала по току крови и против него, можно рассчитать скорость кровотока, исходя из того, что чем быстрее кровоток, тем быстрее будут распрост- раняться по нему ультразвуковые колебания, а в обратном направле- нии — медленнее. Время кругооборота крови Для измерения времени полного кругооборота крови применяют раз- лчные способы, основанные на введении в одну из локтевых вен какого- либо вещества и появлении его в одноименной вене противоположной ко- нечности. Артериальный и венный пульс Пульс — колебание стенки сосуда — можно не только пропальпиро- вать, но и записать. Запись артериального пульса — сфигмография (венно- го — флебография) производится при укреплении над пульсирующим сосу- дом датчика давления (типа пьезоэлектрического). По сфигмограммам можно косвенно судить о функции соответствующих желудочков сердца: по каротидной — о функции левого желудочка, а по югулярной — пра- вого. Пульсовое колебание давления В артериальной части сосудистого русла можно определить пульсовое давление (Рп) — разность между уровнем систолического и диастолического давления. В аорте оно относительно невелико: Рп = 120 - 80 = 40 мм рт. ст. По мере удаления от сердца наряду с увеличением систолического давления снижается диастолическое, так что пульсовое давление растет. Запись артериального пульса {сфигмограмма) показывает (см. рис. 11.23,6), что в различных отделах сосудистого русла меняется не только пульсовое давление, но и сам характер сфигмограммы. Подъем кривой, называемый анакротой, обусловлен резким повышением давле- ния в начале фазы изгнания крови, когда в артерии быстро поступает до- полнительный объем. К концу фазы медленного изгнания давление посте- пенно начинает снижаться — катакрота. В начале катакроты наблюдает- ся инцизура — быстрое падение давления, обусловленное ретроградным оттоком крови. Захлопывание аортальных клапанов вновь повышает дав- ление, которое затем постепенно понижается при оттоке крови в последу- ющие отделы сосудистого русла. В периферических сосудах продолжительность высокого давления (Рс) меньше, чем в более крупных, а скорость снижения давления резче. В свя- зи с этим среднее давление (Рср) в этих сосудах ближе к диастолическому, чем в вышерасположенной аорте. Рср можно приблизительно определить,
434 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА воспользовавшись следующими формулами, несколько отличающимися для аорты и артерий: Рс-Р„ (Н.9) для аорты Рср = Рц + —2—’ Рс-Рп (11.10) для артерий РСр = Рц + ——• Градиент уровней Рср по ходу сосудистого русла и определяет направ- ленность тока крови из аорты в артерии и далее до предсердий: в каждом последующем отделе Pg, меньше предыдущего. При переходе артерий в артериолы в связи с резким увеличением сопротивления в них (артериолы называют прекапиллярными сосудами со- противления) объемный кровоток снижается. В результате давление здесь, особенно систолическое, резко падает и приближается к диастолическо- му, что приводит к уменьшению пульсового давления. В капилляры боль- шинства органов кровь поступает почти под постоянным давлением. Пульс Когда из сердца выбрасывается каждая новая порция крови, то она, ударяясь о находящуюся в артериальных сосудах кровь, порождает удар- ную волну. Эта волна (пульс) распространяется на периферию по крови и стенке артерий. Пульс, оценка его особенностей позволяют врачу путем простой пальпации получить важные сведения о ряде характеристик со- стояния сердечно-сосудистой системы. Так как пульс возникает при каждом сердечном сокращении, это дает возможность, в первую очередь, определить ЧСС. Другим показателем пульса является ритмичность сердечных сокращений. Кроме этих относи- тельно простых характеристик, по пульсу можно определить и некоторые более сложные, дающие возможность глубже оценить работу сердца и со- стояние самих сосудов. Так, по высоте пульсовой волны можно судить о величине УО и эластичности сосудов: при одинаковом объеме амплитуда пульса тем меньше, чем больше эластичность сосудов. Скорость нараста- ния пульсовой волны может быть показателем как состояния сосудов, так и активности сокращения сердца. По напряжению пульса, усилию, с ко- торым нужно пережимать артерию, можно сделать заключение о систем- ном давлении. Тонкие нюансы пульса дают возможность предваритель- ной диагностики многих заболеваний, развивающихся не только в сердеч- но-сосудистой системе, но и в других органах и системах. Особенно хоро- шо развита эта диагностика в восточной медицине. Пульсовые колебания скорости кровотока В начальной части сосудистой системы линейный кровоток зависит от фазы сердечного цикла. На высоте систолического изгнания скорость кровотока в аорте может достигать 100 см/с. Сразу после выброса в вос- ходящем отделе аорты кровь течет ретроградно, а затем в течение корот- кого времени кровоток здесь вообще прекращается. Несмотря на столь
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 435 резкие колебания скорости, в большей части аорты кровоток наиболее интенсивен и средняя скорость продвижения частицы крови составляет около 20 см/с. Чем дальше от сердца, тем меньше сказывается пульсовое снижение скорости кровотока, так как здесь продвижению крови в ди- астоле способствуют сокращающиеся амортизирующие сосуды. В последующих отделах сосудистой системы, вплоть до венозной части капилляра, средняя скорость тока крови постепенно снижается. Но начи- ная с венул, в связи с сужением суммарного сосудистого русла линейный кровоток постепенно растет. Пульсовые колебания скорости, как правй- ло, заканчиваются в капиллярах. Однако в связи с прекращением поступ- ления крови в предсердия при их систоле они вновь появляются в приле- гающих к сердцу венах. Микроциркуляторное русло Основным отделом сосудистого русла, отделом, где кровь выполняет практически все свои функции, является микроциркуляторное русло. В мик- роциркуляторном русле можно выделить следующие функциональные группы сосудов: резистивные прекапилляры, сфинктеры, капилляры, рези- стивные посткапилляры (рис. 11.25), а в некоторых органах и тканях — еще и сосуды-шунты. К микроциркуляторному руслу относятся сосуды, имеющие диаметр менее 100 мкм. Среди различ- ных сосудов микроциркулятор- ного русла одни из них являют- ся истинными обменными сосу- дами, а другие — создают усло- вия, необходимые для осущест- вления обмена. Условия эти следующие: - как можно более тесный кон- такт каждой частицы крови с обменной поверхностью; - по возможности наиболее продолжительное время на- хождения частицы крови в об- менном сосуде; - достаточная плотность самих сосудов в тканях, чтобы обес- печить возможность обмена между наиболее отдаленными клетками и кровеносными со- судами. Всем этим условиям отвечает кровоток в капиллярах и по- сткапиллярных венах. Осталь- Схема строения микроциркуляторного русла: а— артериола; V— венула; а V— ар- териоловенулярный шунт; К — перфузируе- мый капилляр; т — гладкомышечные клет- ки; та — метаартериола
436 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА ные части микроциркуляторного русла поддерживают кровоток в указан- ных обменных сосудах на уровне, соответствующем конкретным потреб- ностям органа. А предшествующие им амортизирующие сосуды, в свою очередь, обеспечивают постоянство условий кровотока в микроциркуля- торных сосудах. Механизмы управления кровотоком в микроциркуляторном русле В связи с отсутствием в стенках капилляров гладкомышечных волокон, которые могли бы активно изменить их просвет, основную функцию ре- гуляции кровотока через них выполняют артериолы, метаартериолы, посткапиллярные венулы и артериовенозные шунты. Концевые артерии и артериолы содержат в своей стенке относительно большое количество гладкомышечных волокон. По мере уменьшения диаметра артерий тол- щина их мышечного слоя постепенно убывает, и в артериолах мышечные клетки лежат уже в один слой. В местах перехода артериол в капилляры мышечные клетки встречаются все более редко, и в конце концов в капил- лярах исчезают полностью. Для артериальной стенки характерным явля- ется наличие двигательных и чувствительных нервных окончаний. За счет их осуществляется нервно-рефлекторная регуляция просвета указанных сосудов. Мышечный слой и нервные окончания появляются в венулах. Стенка артериоло-венулярных анастомозов толстая, она в 2-3 раза превышает толщину стенки артерий, от которых ответвляется. Основой ее являются видоизмененные мышечные клетки. Здесь также содержатся окончания чувствительных и двигательных нервных волокон. Капилляры Средний капилляр имеет радиус от 6 до 2-3 мкм, длину — 750 мкм. При площади поперечного сечения 30 мкм2 обменная площадь капилляра составляет около 14000 мкм2. Скорость кровотока в капилляре самая ма- лая — 0,3 мм/с, что позволяет частице крови, к примеру эритроциту, про- ходить по капилляру в течение 2-3 с. Стенка капилляра состоит из одного слоя эндотелиальных клеток (рис. 11.26). Эндотели- оциты в капиллярах, как и в других отделах сосу- дистого русла, являются активными элементами сосудистой стенки. В них синтезируются различ- ные ферменты и биоло- гически активные соеди- нения (например, эндо- телиальный факторрас- слабления — ЭФР, анти- тромбин III), которые активируют или тормо-
Глава 11 СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 437 зят действие на сосудистую стенку гормонов, медиаторов, факторов тромбообразования. Кроме того, обнаружено, что при некоторых услови- ях эндотелиоциты могут сокращаться и из плоских становятся более объ- емными. Механизмы управления состоянием капилляров Объем крови, поступающий к капиллярам, зависит от просвета пред- шествующих артериол и метаартериол. Кроме того, в некоторых тканях возле устья капилляров имеются утолщения гладкомышечного слоя, об- разующие сфинктеры. Расширение всех этих отделов, интенсифицируя кровоток, повышает давление у устья капилляров. В результате капилля- ры пассивно открываются. Напротив, сужение указанных образований, уменьшая кровоток, обеспечивает закрытие капилляров. Закрытие просвета капилляра зависит и от активной функции эндоте- лиальных клеток. В них содержатся микрофибриллы, состоящие из актино- вых, миозиновых и других сократимых элементов. Эти образования расположены преимущественно вдоль основания клеток и прикрепляются к цитолемме в области межклеточных контактов. Сокращение микрофиб- рилл может приводить к двум эффектам: расхождению клеток и увеличе- нию межклеточной щели либо к изменению формы клетки и выпячива- нию ее в просвет сосуда (рис. 11.27). Конкретный результат определяется давлением крови на стенку капилляра: если оно достаточно большое, то ширина межклеточной щели увеличивается; если малое, то просвет ка- пилляра закрывается. В капиллярах большого круга это происходит при давлении около 5-10 мм рт. ст. Кроме того, механизм закрытия капилляра зависит и от особенностей кровотока в нем. При наблюдении за движением крови в различных отде- лах микрососудистого русла было обнаружено несколько ее особенностей. Во-первых, по мере уменьшения диаметра сосуда соотношение между фор- менными элементами крови и плазмой постепенно снижается. Во-вторых, при уменьшении диаметра сосуда текучесть крови (показатель, обратный вязкости) растет. Этот феномен, названный феноменом Фореуса — Линдкви- ста, наблюдается в сосудах диаметром менееЗОО мкм. В крови, являющейся "н’еньютоновской жидко- стью (ньютоновская жид- кость — истинный рас- твор), эффект снижения вязкости создается за счет наличия в ней форменных элементов. Полагают, что в основе этого эффекта ле- жит следующая особен- ность движения самих эритроцитов. Эритроциты Изменение просвета капилляра при сокращении эндотелиоцитов (по Г. И. Мчедлишвили) в сосудах с небольшим ди- аметром при движении
438 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА выстраиваются друг за другом, объединяясь в отдельные группы, в которых клетки разделены между собой порциями плазмы. Эта часть плазмы нахо- дится в неподвижном состоянии, а значит, выключаясь из межслоевого тре- ния, уменьшает его. В то же время плазма, находящаяся около стенок сосу- да, является как бы смазкой для движущихся по ней эритроцитов. Причем в силу эластичности мембраны эритроцит может проходить через капилля- ры диаметром меньше самой клетки, меняя свою форму или же перекаты- ваясь. Естественно, что снижение эластичности мембраны эритроцита за- трудняет его прохождение через такие капилляры. Затрудняют кровоток и более крупные клетки — лейкоциты. При продвижении эритроцитов по капилляру создается любопытный эффект: благодаря несжимаемости своего содержимого, эритроциты об- разуют зону повышенного давления в той части плазмы, которая заклю- чена между его мембраной и стенкой капилляра. Эта сила помогает удер- живать капилляр в расправленном состоянии. По мере уменьшения кон- центрации эритроцитов указанное влияние снижается. Встречаются ка- пилляры, содержащие лишь одну плазму. Такие плазматические капилля- ры являются переходными от функционирующих к нефункционирующим капиллярам. Исчезновение из кровотока эритроцитов приводит к ликвидации фено- мена Фореуса — Линквиста, благодаря которому несколько возрастал диа- метр капилляра. И как только внутристеночное напряжение начнет преоб- /с- ладать над трансмуральным давлением (г = —), возникнут условия для за- крытия капилляра. Напряжение в нем создается не столько эластичностью, сколько активным сокращением эндотелиоцитов. Обычно сокращение про- исходит медленно и сила давления этих клеток небольшая. Но под влияни- ем катехоламинов, ацетилхолина, гистамина, простагландинов, вазоактив- ных пептидов, образующихся местно в тканях или приносимых с кровью, сокращение усиливается и капилляр легко выключается из кровотока. Шунтирование Кровотока В свою очередь, давление крови зависит от количества ее в капилляре. Объемный кровоток в капиллярах регулируется состоянием предшеству- ющих и последующих резистивных сосудов, сфинктеров и шунтов. Шун- ты имеются не во всех органах, но, например, в подкожной клетчатке их очень много. Сокращение гладкомышечных клеток стенки шунта направ- ляет кровь через основные отделы микроциркуляторного русла. Напро- тив, расширение шунтов обеспечивает возможность направления части крови, минуя капилляры, непосредственно в вены. Благодаря этому часть крови выключается из выполнения обменных функций. Таким путем (за счет резкого увеличения притока крови к подкожной клетчатке) увеличи- вается теплоотдача. Все указанные выше механизмы обеспечивают должное соотношение перфузируемых и неперфузируемых капилляров в органах и тканях.
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 439 К примеру, в состоянии физиологического покоя наибольшее количество нефункционирующих капилляров содержится в скелетных мышцах. Чем интенсивнее мышечная работа, тем ббльшим становится количество пер- фузируемых капилляров. В результате увеличения плотности капиллярно- го русла расстояние между капиллярами и клетками органа уменьшается, что улучшает условия для обменных процессов. Процесс диффузии в капиллярах В каждом органе стенка капилляров как нельзя лучше приспособлена для наиболее эффективного выполнения обменных функций (рис. 11.28). С одной стороны, этому спо- собствует лишь один слой кле- ток и наличие узкой щели меж- ду ними. С другой стороны — наличие в клеточной мембране эндотелиоцитов большого коли- чества мельчайших пор. Во всех органах кровообращение слу- жит для выполнения трофиче- ской функции крови. Кроме то- го, во многих органах кровоток обеспечивает выполнение спе- Особенности строения стенкн капилляров в различных органах (по Majno) почек, слизистая кишечника содержат цифических функций этих орга- нов. В зависимости от этого станка капилляров имеет свои нюансы строения. Так, клубочки окончатые Капилляры. Их окошки (фенестры), диаметром до 0,1 мкм, обеспечивают интенсивное прохождение воды и достаточно крупных мо- лекул. В костном мозге, печени, селезенке часть капилляров имеет преры- вистую стенку, через которую легко может проходить не только плазма, но и неповрежденные форменные элементы. Различают два основных механизма, обеспечивающих обменные про- цессы в капиллярах: диффузия и фильтрация. Диффузия воды и ионов происходит через межклеточные соединения и поры мембраны. Движущей силой диффузии являются градиент концент- рации ионов и движение растворителя вслед за ионами. Процесс диффу- зии в кровеносных капиллярах столь активен, что при прохождении кро- ви по капилляру вода плазмы успевает до 40 раз полностью обменяться с жидкостью межклеточного пространства. В состоянии физиологического покоя через стенки всех капилляров за 1 мин проходит до 60 л воды. Обычно сколько воды выходит из крови, столько же ее поступает обрат- но. Путем диффузии через мембраны обмениваются и газы. Причем газы могут диффундировать и через стенку более крупных сосудов — артериол и венул. Эффективность проницаемости стенки кровеносного капилляра скелет- ной мышцы для различных веществ не одинакова (табл. 11.5).
440 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Таблица 11.5 Эффективность обменных процессов в микрососудах в зависимости от молекулярной массы вещества (по Pappenheimer) Субстрат Молекулярная масса Проницаемость капилляра Вода 18 1,00 NaCI 58,5 0,96 Мочевина 60 0,80 Глюкоза 180 0,60 Инулин 5000 0,20 Гемоглобин 64500 0,01 Альбумин 69000 <0,0001 Схема типичного капилляра, демонстрирую- щая механизмы процессов фильтрации и ре- абсорбции жидкости (по Фолкову и Нилу) Механизм водного обмена в капилляре В кровеносном капилляре вода и растворимые в ней соединения обме- ниваются также путем фильтрации и последующей реабсорбции (рис. 11.29). Согласно теории Старлинга, эти процессы совершаются пас- сивно (без использования энергии) в результате взаимодействия несколь- ких движущих сил. Жидкость выталкивается из сосуда под действием трансмурального давления. В капилляре оно складывается из внутрисосу- дистого давления и противодействующего ему гидростатического давле- ния межклеточной жидкости. Кроме того, имеет значение и влияние сил онкотического давления крови и межклеточной жидкости. В артериальном конце капилляра результирующая суммарного давления направлена нару- жу. Это давление именуется эффективным фильтрационным давлением, и, к примеру, в начале капилляра в подкожной клетчатке оно может состав- лять около 9 мм рт. ст.: (32,5 + + 4,5) - (25 + 3) = 9 мм рт. ст. В результате в артериальной части капилляра вода вместе с ионами покидает сосудистое русло. По мере продвижения крови по капилляру основная выталкивающая сила — гидро- динамическое давление — по- степенно уменьшается. В силу этого снижается и фильтраци- онное давление. Где-то за сере- диной длины капилляра фильт- рационное давление падает до нуля, и выход жидкости прекра- щается. Затем результирующая взаимодействия сил меняет знак, и начинают превалиро- вать силы, обеспечивающие ре-
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 441 абсорбцию воды. В конце капилляра эффективное реабсорбционное давле- ние доходит до -6 мм рт. ст.: (17,5 + 4,5) - (25 + 3) = -6 мм рт. ст. В начальной части капилляров всего тела под действием фильтрацион- ного давления примерно 0,5 % плазмы переходит в ткани. Поскольку сум- марное фильтрационное давление в артериальной половине капилляра выше, чем суммарное реабсорбционное давление в венозной части, в кро- воток возвращаются не все 100% вышедшей жидкости, а лишь около 90%. Оставшиеся 10% удаляются через лимфатические сосуды. В среднем в сутки фильтруется около 20 л, реабсорбируется 18 л, а 2 л являются ос- новой образования лимфы. Изменение любого из указанных параметров может нарушать соотно- шение фильтрации и реабсорбции. Особую роль играет величина внутри- капиллярного давления. Увеличение его, а это может быть следствием усиления притока или затруднения оттока крови, приводит к еще больше- му преобладанию фильтрации над реабсорбцией. Естественно, что при падении давления условия для фильтрационного типа обмена воды ухуд- шаются. Поэтому в норме в капилляре кровоток поддерживается на по- стоянном уровне столь сложными структурами, входящими в систему микроциркуляторного русла. В описанную классическую схему Старлинга необходимо внести ряд корректив. В первую очередь, необходимо учесть, что эндотелий сосудов является не пассивной структурой, а активным образованием и собствен- ны^ обменные процессы в нем влияют на водный обмен. Во-вторых, в ре- альных условиях кровоток в капиллярах не постоянен, так что скорость тока, объем и давление колеблются. В-третьих, сокращение эндотелиоци- тов может привести к увеличению межклеточных пространств, и тогда ка- пилляр может по всей своей длине пропускать не только воду и ионы, а даже мелкие белки. А посткапиллярные венулы в ряде органов могут про- пускать даже крупные молекулы белка. Указанные выше величины давлений в капиллярах различных органов могут отличаться, что обусловлено особенностями кровообращения в каждом конкретном органе. К примеру, в капиллярах почечных клубоч- ков оно равно 65-70 мм рт. ст., а в оплетающих почечные канальцы — лишь 14-18 мм рт.ст. В результате, если в клубочках происходит лишь фильтрация, то капилляры канальцев служат для реабсорбции. Низкий уровень давления в сосудах малого круга кровообращения также препят- ствует фильтрации. Условия фильтрации и реабсорбции могут изменяться также и в зави- симости от активности органа, состояния центральной гемодинамики. Соучастие лимфатической системы в оттоке жидкости из тканей опреде- ляет важную роль ее в этом процессе. При нарушениях лимфотока также могут развиваться отеки. Если же лимфатическая система функционирует нормально, то и при изменении условий фильтрации и реабсорбции в ка- пиллярах отек может не появляться. Еще раз подчеркнем, что в удержа-
442 Раздел П. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА нии жидкости в сосудистом русле ведущую роль играет онкотическое дав- ление. При его понижении (болезни почек, голодание и т. п.) реабсорбция снижается и развиваются отеки тканей. Водный баланс при изменении гидродинамического давления Ведущим механизмом развития отеков при недостаточности кровооб- ращения является повышение давления в микроциркуляторном отделе со- судистого русла. Причем развитие отека может быть при росте давления как в артериолах, так и в венулах. В начале развития сердечной недостаточности возросшее количество нереабсорбированной воды может компенсироваться усилением лимфо- образования. Но все более повышающееся давление в венозном русле вы- зывает еще и рефлекторный спазм лимфатических сосудов, что, приводя к механической лимфатической недостаточности, усугубляет развитие сердечных отеков. В развитии отеков определенную роль играет и нарушение трофики различных органов и тканей. Так, гипоксия тканей приводит к увеличе- нию проницаемости капиллярного русла. Увеличение проницаемости со- судистой стенки само по себе еще не относится к обязательным факторам развития отека. Дело в том, что оно способствует как усилению поступ- ления жидкости в ткани (фильтрации), так и обратной резорбции ее. Решающую роль в том, что произойдет—отек или гипогидратация, играют два основных механизма: гидродинамическое и онкотическое дав- ление (и особенно его градиент между тканями и сосудистым руслом). Нарушение кровообращения в печени, застой крови в ней сопровожда- ются снижением синтеза белков. В результате падает величина основного механизма удержания жидкости в микроциркуляторном русле — онкоти- ческого давления, и вода остается в тканях. Емкостные сосуды В венозном отделе сосудистого русла находится 75-80% всей крови, циркулирующей в сосудистой системе (см. рис. 11.20). Это обстоятельство послужило основанием назвать вены емкостными сосудами. Гидродинамическое давление в венах Начиная с посткапилляров, каждый последующий сосуд имеет боль- ший диаметр, чем предыдущий. Поэтому по ходу сосудистого русла в каждом последующем сосуде сопротивление кровотоку постепенно уменьшается, и давление крови на стенку сосуда снижается (рис. 11.30). Однако суммарная площадь поперечного сечения в венозном отделе сосу- дистого русла постепенно снижается, хотя и остается большей, чем в со- ответствующих участках артериального отдела. Так, просвет полых вен перед впадением в сердце почти в 2 раза больше, чем аорты, в то время как суммарный кровоток остается таким же. В силу всех указанных особенностей, хотя в венах и продолжается па- дение давления, но происходит это в меньшей степени, чем в предыдущих
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 443 отделах. Если в венулы кровь поступает под давлением 12-20 мм рт.ст., то в крупных венах, расположенных вне грудной клетки, оно снижается лишь до 5-6 мм рт. ст. Трансмуральное давление в венах В венах грудной полости давление колеблется в зависимости от ритма дыхательных движений: при вдохе оно уменьшается, а при выдохе увеличи- вается. Колебание давления в венах, находящихся в грудной полости, обусловлено изменением трансмурального давления. Расширение грудной полости во время вдоха, повышая отрицательность внутриплеврального давления, способствует увеличению в венах трансмурального давления. В результате между венами, лежащими вне грудной полости и внутри ее, градиент гидродинамического давления растет. Поэтому в венах, входя- щий в правое предсердие, во время вдоха растет объемный кровоток. Уровень трансмурального давления может колебаться и в других отде- лах венозной системы, но уже в зависимости от положения тела в про- странстве. У вертикально стоящего человека в сосудах головы оно снижа- ется на величину гидростатического давления, а в сосудах ниже диафраг- мы, напротив, увеличивается. При перемене положения тела изменение гидростатического давления в артериальной части сосудистого русла, где высок уровень гидродинамического давления, существенно не отражается на кровотоке. В отличие от этого, в венах при перемене положения тела может существенно нарушаться кровоток. В процессе эволюции стенки вен приобрели соответствующие приспособительные механизмы для предотвращения затруднения кровотока. Так, крупные вены головного мозга имеют жесткую стенку, препятствующую их спадению. В венах нижней половины туловища и ног при вертикальном положении тела объем крови вследствие влияния гидростатического давления может воз- растать на 500-600 мл по сравнению с его уровнем при горизонтальном положении тела. Повышение объема и интрамурального давления в венах нижних конечностей может привести к варикозному расширению их. Рас- ширению вен способствуют возрастные изменения эластичности их стен- ки, затруднение оттока крови, например, при беременности, длительном сохранении малоподвижного вертикального положения. Расположенные
444 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА внутри вен нижней половины туловища клапаны сглаживают отрица- тельное влияние гидростатического давления на кровоток, они как бы «дробят» столб крови на отдельные участки. В то же время благодаря скоплению здесь крови именно у клапанов расширение вен наиболее вы- ражено. Обычно гидростатическое давление отражается на линейном кровотоке в венозном отделе сосудистого русла лишь непосредственно после переме- ны положения тела в пространстве. Системы регуляции кровообращения (см. ниже) скомпенсируют возникшую ситуацию, и спустя несколько секунд линейный кровоток и в венах всецело будет определяться градиентом гид- родинамического давления между отдельными участками венозного русла. Уровень трансмурального давления, оказывая существенное влияние на объем крови, находящийся в сосуде, регулирует поперечное сечение вен. При нулевом трансмуральном давлении вены спадаются. Изменение давления в пределах от 0 до 6-9 мм рт. ст. происходит при элипсовидном просвете вен. Вены начиная с давления в них 6-9 мм рт. ст. приобретают округлое поперечное сечение, то есть полностью расправляются. Более высокое давление растягивает вены. Изменение просвета вен в зависимости от давления крови обусловлено соответствующим строением их стенки. В интиме вен по сравнению с ар- териями значительно меньше эластических волокон, а в среднем слое меньше циркулярных гладкомышечных клеток. Имеются отличия и в строении стенки различных отделов венозного русла. Так, бедренная вена более растяжима, чем нижняя полая. Растяжимость стенки грудного отде- ла нижней полой вены выше, чем брюшного. Показатели венозного кровотока По мере приближения к сердцу гидродинамическое давление в венах постепенно снижается. Если по выходе из капилляров оно остается еще на уровне 12-20 мм рт. ст., то в крупных венах перед предсердием — око- ло 0. Однако, несмотря на относительно небольшой градиент давления, скорость кровотока в венах постепенно возрастает. Как уже указывалось, это обстоятельство обусловлено постепенным сужением общего сосуди- стого русла, через которое должен проходить тот же объем крови, что и через другие отделы сосудистого русла. В полых венах, суммарный про- свет которых почти в 2 раза больше, чем у аорты, линейный кровоток возрастает до 10-15 см/с. По мере приближения к сердцу кровоток в ве- нах становится менее равномерным. Колебания скорости здесь обуслов- лены работой сердца, в которое во время систолы предсердий кровь поступать не может. Кроме того, на кровоток в венах, расположенных в грудной полости, оказывает влияние периодичность изменения давле- ния при выполнении дыхательных движений. Механизм емкостной функции вен (депо крови) Емкостная функция вен обусловлена суммарно большим просветом данного отдела сосудистого русла, их высокой растяжимостью. В то же время наличие в стенках вен гладкомышечных клеток при низком уровне
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 445 гидродинамического давления создает благоприятные условия для умень- шения их просвета при сокращении. Это дает возможность перераспре- делять объем крови между венами и другими отделами сосудистого русла. В замкнутой сосудистой системе изменение емкости какого-либо одного отдела обязательно должно сопровождаться перераспределением объема крови в другой. Сокращение гладких мышц венозной стенки легко изме- няет ее просвет, так как противодействующая сила давления крови неве- лика. Если, к примеру, емкость вен уменьшится лишь на 2-3%, то веноз- ный возврат к сердцу возрастет практически вдвое. Этот дополнительный объем, пройдя через малый круг кровообращения, поступит в артерии большого круга и может быть направлен либо на повышение давления в них, либо перераспределен к усиленно функционирующим органам. С другой стороны, легкая растяжимость подкожных вен и вен брюш- ной полости, обеспечивая прирост их емкости и увеличение кровенапол- нения венозного русла, создает возможность депонирования в этих отде- лах больших объемов крови. Емкостные сосуды в силу указанных особенностей выполняют функ- цию депо крови. Однако, говоря о депо крови, необходимо помнить, что в венозном депо кровь полностью не выключена из кровотока и продол- жает выполнять свойственные ей функции. Поэтому стоит говорить лишь об относительности депо. Естественно, что скорость тока крови в венах тем меньше, чем больше в них находится крови. Емкостная функция венозного русла наиболее выражена в крупных ве- нах чревной области, подкожной клетчатке, печени. Почти в каждой из них объем крови по сравнению с минимальным может увеличиваться до 1,0 л. Вены малого круга кровообращения при необходимости также мо- гут выбрасывать в общий кровоток до 300 мл крови. 11.2.6. Механизм возврата крови к сердцу Возврат крови из сосудов в предсердия обусловлен комплексом меха- низмов. Первый и основной — наличие градиента давления между на- чальным отделом венозного участка сосудистой системы и давлением в предсердиях во время их диастолы. Замкнутость системы кровообраще- ния обеспечивает непрерывность кровотока в венах постоянным поступ- лением, подкачкой крови из предыдущих отделов. Таким образом, ука- занная разность давления обусловлена остаточной энергией систолы же- лудочка. Второй механизм также связан с работой сердца. Во время изгнания крови из желудочков атриовентрикулярная перегородка смещается в сто- рону желудочка, что создает присасывающий эффект (см. рис. 11.12). Третий механизм обеспечивается дыханием. В грудной полости давле- ние более низкое, чем в остальных частях тела. Благодаря этому сосуды несколько растягиваются (возрастает трансмуральное давление), что при- сасывает кровь из вен, расположенных все грудной полости. При вдохе давление в грудной полости становится еще ниже (рис. 11.31), то есть трансмуральное давление еще более возрастает.
446 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА кПа мм рт.ст. | РИС. 11.31 [ 16-1*20 I.Давление в артериях большого КРУ'а 10Д 80. кПа мм рт.ст. 2.Давление в легочной ар- терии кПа мм рт.ст. 0.S+4-1 Выдох Вдох давле- 3.Давление в верхней по- лой вене о- 4. Внутригру- лное ние ное давла- 0- -2-- -4- 6. Кровоток в легочных ар- териях 7. Ударный объем правого желудочка (мл) Влияние дыхательных движений на кровоток В результате во время вдоха кровь засасывается еще интенсивнее. Это- му же способствует уплощение диафрагмы, снижающей трансмуральное давление в венах брюшной полости. Уменьшение просвета, а значит, и емкости вен брюшной полости способствует выталкиванию крови из них. Наличие же клапанов обеспечивает направление крови в сторону грудно- го отдела. Согласно закону Франка — Старлинга (см. ниже) прирост притока крови к правому предсердию во время вдоха усиливает выброс крови из него, а затем, как по цепочке, и из правого желудочка. Поэтому при вдохе в легочный ствол поступает больше крови. В свою очередь, расправление легких в фазу вдоха также улучшает условия поступления крови в малый круг кровообращения. Однако этот же механизм ослабля- ет возврат крови к левому предсердию из расширяющихся легочных вен. В результате на вдохе выброс крови в большой круг кровообращения не- сколько снижается, и системное давление падает. При выдохе все описанные процессы совершаются в обратном поряд- ке: приток крови к правому отделу снижается, а к левому — повышается. Это приводит к увеличению УО и росту давления в большом круге крово- обращения. Таким образом, вдох и выдох попеременно изменяют величи- ну выброса то из левого, то из правого желудочков. Но в целом минут- ный кровоток обоих отделов сердца остается одинаковым. Влияние дыха-
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 447 Одновременная запись ЭКГ и пульсации яремной вены тельных движений может быть зарегистрировано на кривой непрерывной записи артериального давления (см. рис. 11.31). Еще один механизм венозного возврата крови к сердцу связан со ске- летными мышцами. Сокращение их выдавливает кровь по направлению к'Тёрдцу.'Расслабление, напротив, обеспечивает лучший приток крови к мышцам. К сердцу кровь прите- кает непрерывным пото- ком, а поступить в его полости при их систоле она не может. В силу не- равномерности поступ- ления крови в сердце в венах, расположенных недалеко от него, можно зарегистрировать вен- ный пульс. Записанный [ на яремных венах пульс обусловлен изменением объема крови в них и пульсацией близлежащей сонной артерии (рис. 11.32). Первая положительная (направленная вверх) волна (а) связана с прекращением поступления крови в правое предсердие при его систоле. Вторая положи- тельная волна (г) обусловлена начальным выпячиванием атриовентрику- лярных клапанов в правое предсердие при систоле желудочка. Возможно, что в происхождении этой волны определенную роль играет и пульс сон- ной артерии, возникающий в это время. Быстрое падение (х) является следствием смещения атриовентрикулярной перегородки вниз в период изгнания крови из желудочка и быстрого заполнения предсердия. Волна (у) обсловлена задержкой кровотока при продолжающейся еще систоле желудочка, а новое западение (z) свидельствует о быстром заполнении же- лудочка кровью. Некоторые нарушения функции сердца сопровождаются характерными изменениями флебограммы. Так, при недостаточности трехстворчатого клапана при систоле желудочков происходит рост давления в магистраль- ных венах, что отражается появлением инвертированной положительной волны (х). Аналогичная ситуация возможна и при снижении сократимо- сти правого желудочка, когда повышается давление крови в венах боль- шого круга. Таким образом, венозный отдел сосудистого русла выполняет следую- щие важнейшие функции: - отводит кровь от капилляров, - депонирует кровь с целью ее возможного перераспределения, - возвращает кровь к сердцу.
448 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА 11.3. РЕГУЛЯЦИЯ ФУНКЦИЙ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ Выполнение всех многообразных функций крови возможно лишь при согласовании состава крови с особенностями ее циркуляции в сосудистой системе. Поэтому в организме существуют механизмы регуляции, согла- сующие «три кита», три составляющие циркуляции: - объем крови, - работу сердца, - тонус сосудов. Механизмы регуляции центрального и периферического кровотока так же, как и отдельные его параметры, несколько отличаются. Так, на пери- ферии в органах и тканях сопрягаются состав и местный объем крови с тонусом сосудов микроциркуляторного русла. Механизмы регуляции цен- тральной гемодинамики учитывают: - ОЦК; - работу сердца; - тонус резистивных сосудов, обеспечивающих необходимый уровень системного АД. Соблюдение этих условий в организме возложено на сложную много- уровневую систему регуляции, включающую: - физиологические свойства элементов, входящих в сердечно-сосуди- стую систему и кровь; - нервно-рефлекторные механизмы; - гуморальные механизмы. Кроме того, необходимо выделить проявление двух контуров регуля- ции, функционирующих в различных условиях жизнедеятельности. Один контур поддерживает кровообращение в условиях физиологического покоя, другой — включается для обеспечения адаптационных перестроек при из- менении функционального состояния отдельных органов и систем орга- низма. Адаптивный контур регуляции является более сложным. Здесь можно выделить наличие как бы нескольких «линий обороны», образуемых систе- мами регуляции. При различных изменениях параметров кровотока отдельные его уровни подключаются поэтапно, в зависимости от выра- женности возникших отклонений или сложности адаптивных реакций. 11.3.1. Взаимодействие различных систем регуляции кровотока Вовлечение отдельных образований сердечно-сосудистой системы в ор- ганизацию адаптивных реакций происходит поэтапно. В первую очередь изменения захватывают систему локального кровотока микроциркуля- торного русла: сосуды расширяются, и кровоснабжение органа возраста- ет. И если орган относительно небольшой или функциональная актив- ность изменяется лишь в части его, то интенсификация кровообращения в нем может не отразиться на общей гемодинамике. Так, например, через желудок (при отсутствии в нем пищи) проходит лишь 20-40 мл/мин/ЮО г крови. Активация процесса сокообразования и особенно секреции НС!
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 449 сопровождается усилением кровотока. При расширении сосудов крово- ток увеличивается лишь до 100-150 мл/мин/100 г, что существенно не от- разится на кровоснабжении других органов, а значит, и на центральной гемодинамике. Практически также без подключения системных механизмов регуляции изменяется кровообращение и в головном мозге при повышении функци- ональной активности его. Здесь система ауторегуляции обеспечит пере- распределение поступающего к мозгу объема крови между центрами, бо- лее активно функционирующими и находящимися в состоянии относи- тельного покоя. Но если орган достаточно велик, то для повышения его кровоснабже- ния одних лишь местных перераспределительных реакций уже недоста- точно. При этом перераспределение неминуемо приведет к изменению ге- модинамики других органов и нарушит системный кровоток. Поэтому в данном случае к местным регуляторным механизмам параллельно под- ключаются уровни системной регуляции. Последовательность и характер их подключения примерно такие же, как и при первичном изменении цен- трального кровотока (объема крови, кровенаполнения сердца и централь- ных артериальных сосудов). 11.3.2. Нервно-рефлекторная регуляция Центры, регулирующие гемодинамику Основные отделы нервных центров, регулирующие функцию сердца и сосудов, расположены в продолговатом мозге. И хотя точно локализовать наличие изолированного «сердечно-сосудистого центра» (центра гемоди- намики, который чаще всего именуется сосудодвигательным центром) в продолговатом мозге до сих пор не удается, все же в нем можно выде- лить два основных отдела: прессорный и депрессорный (рис. 11.33). Кроме того, здесь имеется сенсорная область, локализованная в заднебоковых отделах продолговатого мозга. Сюда поступают сенсорные импульсы, ко- торые затем передаются к соответствующему отделу (прессорному или де- прессорному). На уровне продолговатого мозга основная роль в регуляции работы сердца и состояния сосудов принадлежит парасимпатическому «центру». В состав его входит ядро одиночного пути (афферентная часть), двоякое и дорсальное ядра. Структуры продолговатого мозга, и особенно те, кото- рые относятся к прессорному отделу, очень тесно взаимодействуют с то- ракальным отделом симпатической нервной системы, что позволяет объе- динить их в единый центр, регулирующий состояние сердечно-сосудистой системы. Возбуждение прессорного отдела через подключение симпатических нервов усиливает работу сердца и суживает просвет сосудов. Эффект де- прессорного отдела противоположный. Между прессорным и депрессор- ным отделами имеется реципрокное взаимодействие. С одной стороны,
450 Раздел И. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА - N.1X N. vagi is Тормо- жение. BP - волюморенепторы СА - синусный учел АВ - агрио1)ен1рикулярныйу:1с;| Схема взаимодействия механизмов регуляции кровообращения (по Paintai)
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 451 оно обусловлено реципрокным торможением активности прессорного от- дела, а с другой — прямым влиянием блуждающего нерва на сердце. Указанные центры взаимодействуют со многими вышележащими структурами ЦНС. В эксперименте при отделении продолговатого мозга от вышележащих отделов было показано, что почти все рефлексы на сер- дце и сосуды сохраняются. Но в условиях целостного организма в регу- ляции функционального состояния сердечно-сосудистой системы прини- мает участие «многоэтажный» комплекс нейронных структур. Он начина- ется от нейронов, находящихся в самом сердце и сосудах, включает не только спинномозговые, бульбарные центры ВНС, но и вышележащие отделы ЦНС, вплоть до коры больших полушарий. Так, в гипоталамусе имеются участки, раздражение которых оказывает определенное влияние на работу сердца и состояние отдельных областей сосудистого русла. Причем при точечном раздражении некоторых отделов гипоталамуса можно наблюдать изолированные реакции со стороны сердца: изменение только ритма, силы сокращения или степени расслабления отдельных же- лудочков. Такие же эффекты можно получить и при раздражении лимби- ческих структур, участков коры больших полушарий. Все эти факты ра- нее трактовались как опосредованное влияние на сердце через «центр» продолговатого мозга. Однако можно обнаружить и непосредственное воздействие со стороны гипоталамуса, нейронов коры на симпатические нейроны спинного мозга. На уровне спинного мозга могут замыкаться и другие рефлексы на сердце, например начинающиеся от проприорецепто- ров скелетных мышц при сокращении последних. Кроме того, необходимо учитывать, что нейроны бульбарного отдела центра, регулирующего сердечно-сосудистую систему, находятся рядом с дыхательными. А так как важнейшая функция систем кровообращения и дыхания одинакова (транспорт газов), то между этими центрами суще- ствует тесная координация. И поэтому афферентные импульсы, поступив- шие к одному из них, могут вовлечь и другой. К тому же и гипоталамус, участвуя в мобилизации систем организма при адаптивных поведенче- ских реакциях, подключает к их выполнению системы кровообращения и дыхания. Указанные центры влияют на общий кровоток следующим образом: - регулируют частоту и силу сокращения сердца; - регулируют общее периферическое сопротивление через изменение то- нуса резистивных сосудов; - через тонус венозного отдела регулируют как емкость сосудистой сис- темы, так и венозный возврат крови к сердцу; - регулируют объем циркулирующей крови. В основе рефлекторной регуляции лежит принцип отрицательной об- ратной связи (чаще всего): реакции направлены на устранение раздражи- теля. К таким типичным реакциям относятся рефлексы с хемо- и бароре- цепторов. Причем рецепторы могут находиться как перед органом, так и за ним. Рецепторы дуги аорты и каротидного синуса расположены на вы-
452 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА ходе крови из сердца (основного органа, создающего систолическое дав- ление) и воспринимают уже возникшие изменения. Поэтому рефлексы, начинающиеся с их раздражения, направлены на устранение раздражите- ля. Большинство ответных реакций при растяжении венозных сосудов и предсердий, когда речь идет о состоянии самих этих отделов, срабатывает по этому же принципу. Другая часть ответных реакций, когда, например, необходимо устранить повышение объема поступающей к сердцу крови, срабатывает с опережением, еще до того, как кровь поступит в артериаль- ный отдел сосудистого русла. Рефлексогенные зоны Параметры кровообращения контролируются с помощью хемо- и ме- ханорецепторов, расположенных как в образованиях самой системы кро- вообращения, так и вне ее. Ведущую роль в возникновении рефлекторных влияний играют рефлексогенные зоны — скопление окончаний чувстви- тельных нейронов в самой сердечно-сосудистой системе. В стенках мно- гих отделов сосудистой системы, сердца расположены рецепторы, раздра- жающиеся под влиянием давления крови (барорецепторы) или под дейст- вием химических агентов (хеморецепторы). Наибольшее значение, особенно при регуляции кровотока в условиях физиологического покоя, имеют рефлексогенные зоны дуги аорты, раз- ветвлений сонных и легочных артерий. Отсюда начинаются рефлексы, ре- гулирующие системную гемодинамику. Так, раздражение барорецепторов этих зон наблюдается при повышении кровенаполнения. К примеру, это наблюдается каждый раз при систолическом выбросе крови из желудоч- ка. Данные рефлексы замыкаются через центр блуждающего нерва, рас- положенный в продолговатом мозге. Импульсы по блуждающим нервам направляются к сердцу, снижая силу и частоту сокращений. В результате давление в сосудах понижается, что ликвидирует источник раздражения. Рецепторы расположены также в стенке сосудов многих внутренних органов, в крупных венах, вплоть до микроциркуляторного русла. Они принимают участие главным образом в местных перераспределительных реакциях кровотока. Модуляция чувствительности барорецепторов Чувствительность барорецепторов к давлению крови не постоянна. Она меняется в зависимости от многих факторов. Так, в рецепторах ка- ротидного синуса чувствительность возрастает при изменении концентра- ции в крови ионов (натрия, калия, кальция) и активности Na,K-Hacoca в них. Меняется чувствительность и под влиянием импульсации подходя- щего сюда симпатического нерва, уровня адреналина в крови. Особенно велика роль факторов, вырабатываемых эндотелием сосу- дистой стенки. Так, простациклин (PGI2) увеличивает чувствительность барорецепторов каротидного синуса, а ЭФР, напротив, подавляет баро- рецепторную активность. Модулирующая роль эндотелиальных факторов, по-видимому, имеет
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 453 большое значение в «из- вращении» чувствитель- ности барорецепторов при патологии (при разви- тии атеросклероза и хро- нической гипертензии). Вполне вероятно, что в Норме факторы, повыша- ющие и понижающие чув- ствительность рецепто- ров, уравновешены. При [ развитии склероза начи- Возрастная динамика показателей кровяного давле- нают превалировать фак- ния торы, снижающие чувст- вительность, и в результате нарушается рефлекторная регуляция, поддер- живающая нормальный уровень давления крови, развивается гипертония. Даже без выраженного атеросклероза с возрастом артериальное давление постепенно растет (рис. 11.34). 11.3.3. Регуляция функций сердца Под влиянием регулирующих воздействий могут изменяться все физио- логические свойства миокарда. Общепринято обозначать эти воздействия следующими терминами: инотропное — изменяющее силу сокращения, хронотропное — частоту сердечных сокращений, дромотропное — прово- димость, батмотропное — влияющее на возбудимость. Говоря о сердце, необходимо учитывать два существенных обстоятель- ства. Сердце, в отличие от большинства других органов, лишено избыточ- ной структуры, позволяющей им обеспечивать жизнедеятельность орга- низма в полном объеме даже частью органа: выключение или удаление до- ли или целого легкого, почки, части печени может быть компенсировано повышением функциональной нагрузки оставшихся структур. Кроме того, оно не знает сколь-либо продолжительных периодов покоя. В связи с этим эволюция для обеспечения функции «незаменимого», выполняющего постоянную «внешнюю» работу сердца, создала сложнейшую многоуров- невую систему его регуляции. Благодаря этому при возникновении нару- шений или изменений в каком-нибудь одном из отделов самой системы регуляции другие могут компенсировать их. Постоянная работа этого «не- заменимого» органа обеспечивается высокой экономичностью и сопря- женностью всех физиологических процессов, обеспечивающих его функ- ции возбуждения, изгнания крови и процессы самообновления структур. Механизмы регуляции, обусловленные свойствами структур миокарда В основе изменения деятельности миокарда лежат физиологические свойства самих структур сердца. Эти свойства могут изменяться в зависи- мости от кровенаполнения полостей сердца, от трофики (коронарного
454 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА кровотока). Кроме того, физиологические свойства изменяются под вли- янием различных нейрогуморальных регулирующих воздействий. Механизм Франка - Старлинга Сами сократимые миофиламенты миокарда обладают свойством, по- зволяющим изменять силу сокращений в зависимости от наполнения по- лостей: сила сокращений сердца увеличивается с ростом венозного прито- ка. В желудочках это происходит тогда, когда конечно-диастолический объем их возрастает в пределах от 130 до 180 мл. Указанный эффект по- лучил название механизм Франка — Старлинга. Полагают, что в основе механизма Франка — Старлинга лежит исход- ное расположение актиновых и миозиновых филаментов в саркомере. Скольжение нитей относительно друг друга происходит при взаимном пе- рекрытии благодаря образующимся поперечным мостикам. Если эти нити несколько растянуть, то количество возможных «шагов» возрастет, поэто- му увеличится и сила последующего сокращения (положительный ино- тропный эффект). Но дальнейшее растяжение может привести к тому, что актиновые и миозиновые нити уже не будут перекрываться и не смогут образовать мостики для сокращения. Поэтому чрезмерное растяжение мы- шечных волокон приведет к снижению силы сокращения, к отрицательно- му инотропному эффекту, что наблюдается при увеличении конечно- диастолического объема выше 180 мл.. Механизм Франка — Старлинга обеспечивает увеличение УО при по- вышении венозного притока в соответствующий отдел (левый или пра- вый) сердца. Он же способствует усилению сердечных сокращений при росте сопротивления выбросу крови. Последнее обстоятельство может быть следствием повышения диастолического давления в аорте (легочной артерии) либо сужения выходных отверстий при пороках сердца. В дан- ном случае можно представить следующую последовательность развития изменений. Повышение давления в аорте приводит к резкому увеличению коронарного кровотока, что механически растягивает кардиомиоциты. В результате задействуется механизм Франка — Старлинга — усиливает- ся сокращение сердца и повышается УО. Это явление именуется эффек- том Анрепа. Механизм Франка — Старлинга и эффект Анрепа обеспечивают авто- регуляцию функций сердца при многих физиологических состояниях (например, при физической нагрузке). За счет одного только указанного механизма МОК может быть увеличен до 10-13 л/мин. Имеется еще один механизм регуляции силы сердечных сокращений — «лестница Боудича», или хроноинотропный эффект. При увеличении ча- стоты сила сердечных сокращений растет. Механизм этого эффекта, веро- ятно, обусловлен тем, что при высокой частоте потенциалов действия промежутки времени между сокращениями становятся такцми коротки- ми, что полного удаления ионов кальция из саркоплазмы не происходит. В результате с каждым последующим сокращением внутриклеточная кон- центрация кальция возрастает, а значит, растет и сила сокращения.
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 455 Механизмы экстракардиальной регуляции деятельности сердца Подавляющее большинство регуляторных воздействий изменяет функ- циональное состояние сердца путем влияния на мембраны рабочих кардио- миоцитов и проводящей системы. Состояние мембранных каналов, пере- носчиков, а также насосов, использующих энергию АТФ, влияет на про- явление всех физиологических свойств миокарда. Прежде всего, это при- водит к изменению проницаемости сарколеммы для ионов натрия, калия, кальция. Кроме того, существенную роль в трансмембранном обмене ионов играют концентрационные градиенты, которые, в первую очередь, определяются содержанием их в крови, а значит, и в межклеточной жид- кости. Увеличение внеклеточной концентрации ионов приводит к росту пассивного поступления их в кардиомиоциты, снижение — к «вымыва- нию». Не исключено, что кардиогенный эффект указанных ионов послу- жил одним из оснований для формирования в процессе эволюции слож- ных систем регуляции, обеспечивающих гомеостаз их в крови. Влияние ионов При уменьшении в крови концентрации Са2+ возбудимость и сократи- мость миокарда снижаются, а при увеличении, напротив, усиливаются. Резкое увеличение содержания К+ в крови, приводя к снижению соот- ношения К,1К,, (внутриклеточная и внеклеточная концентрация иона), по- нижает величину ПП. В ответ на это калиевая проницаемость мембраны увеличивается. В результате частота сокращений урежается, а атриовент- рикулярная задержка удлиняется. А при двукратном повышении уровня К+ в крови сердце может остановиться. Этот эффект используют в клини- ческой практике для остановки сердца при проведении хирургической операции на нем. Снижение концентрации К+ ниже уровня 4 ммоль/л приводит к росту пейсмекерной активности и учащению сердечных со- кращений, другим нарушениям ритма вплоть до фибрилляции желудоч- ков. Этот эффект необходимо учитывать при назначении мочегонных средств, вызывающих усиленное выведение калия из организма. Увеличение концентрации Na+ во внеклеточной среде (в крови) дейст- вует на сердце подобно калию, депрессируя его работу. Но снижение содержания Na+ в крови также снижает ЧСС и может даже привести к остановке сердца. В основе этих влияний лежит нарушение трансмемб- ранного Na.Ca-транспорта и сопряжения возбудимости с сократимостью. Гормональные влияния Большинство гормонов, других биологически активных соединений, лекарственных препаратов оказывает влияние на функцию сердца опосре- дованно через ионную проницаемость мембран. Такие соединения, как норадреналин, ангиотензин, гистамин, способствуют увеличению числа активных медленных каналов. В результате повышается кальциевая про- ницаемость и наблюдаются положительный ино- и хронотропный эффек- ты. Взаимодействие адреналина и норадреналина (НА) с р-рецепторами, гистамина — с Hi-рецепторами мембраны кардиомиоцитов через посред-
456 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА ство внутриклеточного увеличения цАМФ активирует медленные Са2+-ка- налы. Возрастание входящего кальциевого тока приводит, в первую оче- редь, к увеличению продолжительности фазы «плато», а значит, к усиле- нию сокращения миокарда. Кроме того, возрастает и скорость спонтанной деполяризации водителей ритма, что приводит к учащению сокращений. Другие соединения, повышающие содержание цАМФ, также оказывают положительное инотропное влияние на сердце. В миокарде имеется и два типа а-рецепторов. Из них сц-рецепторы рас- полагаются на постсинаптической мембране. Взаимодействие норадрена- лина с этими рецепторами приводит к стимуляции образования внутри клеток таких вторичных посредников, как инзитолтрифосфат и диацилгли- церол. В результате под влиянием инзитолтрифосфата повышается актив- ность выхода ионов кальция из саркоплазматического рутикулума, а диа- цилглицерол увеличивает чувствительность к этим ионам протеинкиназы-С, под влиянием которой растет чувствительность миофибрилл к ионам кальция (за счет каталитического фосфорилирования тропонина). Отсут- ствие роста входящего кальциевого и, напротив, рост выходящего калие- вого тока приводят к уменьшению продолжительности фазы «плато». Рецепторы типа а2 располагаются на пресинаптической мембране сим- патических и парасимпатических терминалей. Их возбуждение тормозит выделение медиатора их нервных окончаний и тем самым осуществляется межнейронная ауто- и взаиморегуляция. Значение этих рецепторов на- глядно видно на примере введения препарата клофелина (применяется при лечении гипертонии). Он, являясь агонистом а2-адренорецепторов, умень- шает симпатическое влияние на сердце (и сосуды). Кроме того, гормоны, активирующие аденилатциклазу (образование цАМФ), могут воздействовать на миокард и опосредованно через усиле- ние расщепления гликогена и окисления глюкозы. Такие гормоны, как адреналин, глюкагон, инсулин, интенсифицируя образование АТФ, также обеспечивают положительный инотропный эффект. Напротив, стимуляция образования цГМФ инактивирует медленные кальциевые каналы и отрицательно влияет на работу сердца. Таким путем на кардиомиоциты действует ацетилхолин (АХ) через посредство взаимо- действия с Мг-холинорецепторами. Но АХ к тому же увеличивает проница- емость мембраны для калия (£к+) и тем самым приводит к гиперполяриза- ции. Результатом этих влияний является меньшая скорость деполяризации, укорочение длительности ПД и снижение силы сокращения. Однако взаимодействие АХ с рецепторами кардиомиоцитов предсер- дий (в отличие от желудочков и проводящей системы) приводит еще и к укорочению рефрактерного периода за счет укорочения фазы «плато», что повышает их возбудимость. Это может привести к возникновению предсердных экстрасистол ночью во время сна, когда повышается тонус блуждающего нерва. Весьма интересно влияние на сердце тироксина. Йодсодержащие гор- моны щитовидной железы (как и кортизол надпочечников) увеличивают
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 457 количество p-адренорецепторов, снижая плотность М-холинорецепторов, что усиливает симпатический эффект на сердце. Глюкокортикоиды также повышают чувствительность p-адренорецепторов миокарда к катехола- минам. Действие местных биологически активных соединений на сердце явля- ется неспецифическим и опосредованным. Так, аденозин уменьшает пейс- мекерную активность клеток синоатриального узла и снижает скорость проведения возбуждения во всей проводящей системе. Простагландины 11, Ег и другие могут уменьшать чувствительность миокарда к симпатиче- ским влияниям. Синтез их возрастает в условиях гипоксии, что играет защитную функцию: способствует ослалению функциональной активно- сти сердца, сохраняя его от еще большего истощения. Инкреторные функции сердца В миокарде, и особенно в предсердиях, образуются биологически актив- ные соединения (дигиталисоподобные факторы, продукты арахидоновой кислоты) и гормоны, участвующие в регуляции кровообращения. Из последних можно указать на два наиболее важных: предсердный натрийуре- тический гормон и ангиотензин II. Оба они участвуют в регуляции объема крови, действуя на почки. Но один из них — ангиотензин II — имеет еще и прямое отношение к регуляции работы сердца. В миокардиальных волок- нах обнаружены системы биосинтеза, а на мембране — рецепторы к нему. Влияние нервов на функцию сердца В сердце имеется богатая сеть интракардиальных нервных волокон. Вместе с ними в рефлекторной регуляции работы сердца участвуют экст- ракардиальные симпатические и парасимпатические нервы. Волокна пра- вого блуждающего нерва иннервируют преимущественно правое предсер- дие и особенно обильно синоатриальный узел. Левый блуждающий нерв доходит до атриовентрикулярного узла. Парасимпатические волокна, ин- нервирующие сократительный миокард, располагаются главным образом в глубоких слоях предсердий и желудочков. Симпатические постганглио- нарные волокна иннервируют как образования проводящей системы, так и рабочий миокард всех отделов. Они расположены преимущественно в по- верхностно лежащих слоях миокарда. В силу особенностей иннервации симпатические нервы воздействуют на функцию проводящей системы (хронотропное, батмотропное, дромот- ропное) и сократимость кардиомиоцитов (инотропное влияние). Кроме того, симпатические нервы оказывают на сердце еще и трофическое вли- яние. Влияние правого блуждающего нерва сказывается преимуществен- но на хронотропной фунции сердца (ЧСС), а левого — на атриовентрику- лярном проведении (дромотропное воздействие). Нервные окончания особо плотно оплетают клеточные структуры про- водящей системы сердца, где имеются многочисленные интрамуральные ганглии (ядра Догеля, Ремака, Биддера, Людвига). Однако вместо истинных нервно-мышечных синапсов в миокарде имеется совокупность тончайших терминалей с многочисленными варикозными утолщениями. Эти отростки
458 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА стелются вдоль мышечных волокон, опутывают их, прилегая с разной плот- ностью к поверхности клеток, образуя тем самым большую площадь кон- такта. Причем терминали симпатических и парасимпатических нервов (там, где они имеются) тесно переплетены, так что их медиаторы могут оказывать модулирующий эффект на выделение друг друга (см. гл. 8). Влияние на миокард нервных импульсов, приходящих по вегетативным нервам, определяется характером медиатора. Медиатором парасимпати- ческих нервов является ацетилхолин, а симпатических — норадреналин. Механизм их действия был рассмотрен выше. Импульсы парасимпатиче- ских нервов оказывают отрицательный хроно-, ино-, батмо- и дромотроп- ный эффекты. Симпатическая нервная система, напротив, усиливает все указанные функции миокарда. Таким образом, деятельность сердца регулируется комплексом воздей- ствий метаболитов, гуморальных факторов и нервов. Они порой не толь- ко параллельно выполняют ту же функцию, но и усиливают или ослабля- ют влияние друг друга, модулируя его. Так, например, гормон ангиотен- зин II повышает возбудимость центральных и периферических симпати- ческих структур, а вазопрессин увеличивает чувствительность почечных регуляторных систем. Скорость поступления ионов Са2+ в кардиомиоци- ты контролируется внешними влияниями нервной системы, гормональ- ными факторами, а также метаболитами (Н+, уровнем АТФ, цАМФ). Им- пульсация симпатических нервов усиливает механизм Франка — Стар- линга. Ангиотензин II, образующийся в кардиомиоцитах, увеличивает биосинтез катехоламинов в нервных окончаниях симпатических нервов, а значит, он усиливает влияние симпатических нервов. Причем взаимодей- ствия происходят не только между различными «этажами» систем регуля- ции, но и внутри каждой из них. Так, медиатор парасимпатических нер- вов АХ снижает активность медленных каналов, стимулированных НА. Интракардиальные (кардио-кардиальные) рефлексы В самом сердце имеются все структуры, обеспечивающие местные кардио-кардиальные рефлексы, дуга кото- рых замыкается на уровне интрамураль- ных ганглиев, нейрональных цепей (рис. 11.35). Схема интракардиальных рефлекторных струк- тур: 1 — кардиомиоциты; 2 — рецепторы рас- тяжения миокарда; 3 — афферентные нейроны; 4 — холинергический эфферентный нейрон; 5 — адренергический эфферентный нейрон внутрисердечной НС; 6—вставочный тормоз- ной нейрон внутрисердечной НС; 7 — преганг- лионарные волокна экстракардиальных нерв- ных центров (по Г. И. Косицкому)
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 459 В предсердиях и левом желудочке обнаружены два типа рецепторов, отвечающих на активное напряжение и пассивное растяжение. Афферент- ные волокна от них заканчиваются на нейронах, расположенных здесь же среди миокардиальных волокон. Эфференты обеспечивают передачу воз- буждения к миокарду как этого, так и других отделов сердца. ^Примером такого рефлекса может быть следующий: при увеличении притока крови к правому предсердию усиливается сокращение левого желудочка^;Адаптивный смысл этого рефлекса заключается в том, что в сердце как бы заранее «освобождается место» для крови, которая вскоре начнет поступать в большем объеме в левый отдел, пройдя малый круг кровообращения. Но этот ответ наблюдается лишь на фоне низкого ис- ходного наполнения сердца, относительно небольшого давления в устье аорты и коронарных сосудах. Если же камеры сердца, аорта и коронар- ные артерии переполнены кровью, то растяжение предсердий, напротив, будет угнетать сократимость желудочков. Это приведет к снижению сер- дечного выброса и уменьшению давления в аорте и коронарных сосудах. Тем самым «отменяется» закон Франка — Старлинга, который при боль- шем наполнении приводит к приросту выброса крови. Указанные выше элементы интракардиальных рефлекторных дуг при- надлежат преимущественно к образованиям парасимпатического отдела. Кроме них в сердце обнаружены адренергические клетки, именуемые SIF. Эти клетки не имеют непосредственной связи с симпатическими нервами, приходящими от вышележащих ганглиев (они остаются и после денерва- ции сердца). Они участвуют в выполнении кардио-кардиальных рефлек- сов вместе с парасимпатическими нейронами. Вполне адекватная регуляция работы пересаженного сердца, когда пе- ререзаны экстракардиальные нервные волокна, обеспечивается во мно- гом именно местными рефлексами. Рефлексы экстракардиальных центров В условиях целостного организма интракардиальные рефлексы тесно взаимодействуют с рефлексами, замыкающимися на уровне других отде- лов ВНС, расположенных в симпатических ганглиях, спинном и голов- ном мозге. Афференты, имеющиеся в сердце, посылают импульсы не только к собственным нейронам сердца, но и к вышележащим отделам ВНС. Они проходят в составе смешанных парасимпатических и симпати- ческих волокон. Причем афференты симпатических нервов кроме регуля- ции функции сердца участвуют в восприятии болевой чувствительности. С них зарождается сегментарная иррадиация (см. гл. 8), например, при ишемической болезни сердца. При этом ощущение боли возникает в со- ответствующих участках кожи (зоны Геда). С рецепторов сердца начинаются также рефлексы, эфферентным зве- ном которых являются сосуды (кардиовазальные рефлексы). В то же время сердце может быть эффекторным звеном рефлексов, зарождающихся в со- судах, внутренних органах, скелетных мышцах, коже. Все эти рефлексы
460 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА выполняются различными отделами ВНС. Рефлекторная дуга их может замыкаться на любом уровне, начиная от ганглиев и до гипоталамуса. Рецепторы Наибольшее значение в регуляции кровообращения принадлежит соб- ственным рефлексам сердечно-сосудистой системы. Баро- и хеморецепто- ры, расположенные во многих отделах сосудистой системы, отличаются по своим физиологическим характеристикам. Ведущая роль в регуляции гемодинамики принадлежит рефлексогенным зонам дуги аорты и синока- ротидной области. Здесь располагаются медленноадаптирующиеся меха- норецепторы растяжения, возбуждающиеся при деформации сосудистой стенки под влиянием давления на нее крови. Афферентные нервы, идущие от этих зон (от дуги аорты по нерву Людвига — Циона — ветвь парасим- патического нерва, а от каротидного синуса по нерву Геринга — ветвь языкоглоточного нерва), относятся к миелиновым типа А, и безмиелино- вым С. Пороговое значение систолического давления, необходимое для появления устойчивой импульсации по волокнам типа А составляет 60- 120 мм рт. ст., а по волокнам типа С — 120-150 мм рт. ст. При 200 мм рт. ст. наступает предел насыщения для обеих групп рецепторов, после чего они перестают реагировать на дальнейшее повышение давления приростом частоты импульсов. Причем порог чувствительности рецеп- торов дуги аорты несколько выше, чем у каротидного синуса: 90-120 мм рт. ст. против 60-80 мм рт. ст. Макисмальная импульсация у рецепторов дуги аорты также выше: при 150-180 мм рт. ст., а каротидного синуса — 120-150 мм рт.ст. Повышение давления приводит к росту импульсной активности, что происхо-дит во время систолы, а при диастолическом снижениии давления частота импульсации уменьшается. Хеморецепторы в обычных условиях жизнедеятельности имеют второ- степенное значение в регуляции кровообращения. Но при устойчивой ги- поксии их роль возрастает. Взаимодействие интра- и экстракардиальных рефлексов Если интракардиальные рефлексы согласовывают функцию различных отделов сердца, то экстракардиальные рефлексы предназначены главным образом для согласования функций сердца с состоянием остальных отде- лов сердечно-сосудистой системы, уровнем функциональной активности других органов и организма в целом. Причем, чем выше расположен от- дел ЦНС, тем больше информации он получает и тем точнее регулирует работу сердца. Взаимодействие различных уровней регуляторных систем создает целостную иерархическую систему механизмов регуляции, позво- ляющую сердцу функционировать в точном соответствии с конкретными потребностями организма в кровотоке. Обнаружение интракардиальных рефлексов, выяснение тонких механизмов других уровней регуляции серд- ца поставило вопрос о необходимости пересмотра «классических» пред- ставлений о главенствующей роли вазомоторного центра продолговатого мозга в регуляции функций сердца. Наглядным примером этого является
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 461 тот факт, что люди с пересаженным сердцем, то есть лишенным влияния этого центра, не просто живут, а их сердце вполне удовлетворительно ре- агирует на изменение функционального состояния организма. В норме между различными уровнями единой ЦНС осуществляются широкие вза- имодействия. ЦНС не управляет какими-либо отдельными параметрами кровообращения, а создает типы интегративных реакций, включая одно- временно активность всех необходимых для этого структур — от коры до спинного мозга. И эти комплексы нейронов через свои пути воздействуют на различные функции сердца, более точно регулируя его работу в соот- ветствии с конкретными потребностями организма. Ведущая роль про- долговатого мозга в регуляции функций системы кровообращения опре- деляется еще и наличием в нем широкой сети контактов с близлежащими нейронами дыхательного центра и ретикулярной формации. Рефлекторные дуги экстракардиальных рефлексов по симпатическим и парасимпатическим нервам передают не только собственные команды к кардиомиоцитам. Эти нервы корректируют также и местные рефлексы. Коррекция осуществляется благодаря общим конечным путям интракар- диальных и экстракардиальных рефлексов, которыми являются эфферен- ты интрамуральных ганглиев. Примером такой коррекции может быть приведенное выше снижение силы сокращения левого желудочка при раздражении барорецепторов, ес- ли переполнены коронарные сосуды, аорта. Причем блуждающий нерв, а именно его влияние на сердце здесь проявляется, влияет на сердце по-раз- ному в зависимости и от его кровенаполнения. Так, при одинаковой час- тоте импульсов, приходящих по vagus’y, эффект зависит от наполнения полостей сердца. На фоне значительного кровенаполнения, вызывающего интенсивное возбуждение механорецепторов, проявляется тормозящий эффект. А при незначительном растяжении полостей вагусная импульса- ция стимулирует работу сердца. Наиболее вероятной причиной различия направленности влияния блуждающего нерва, по-видимому, следует счи- тать его особую роль в коррекции собственных рефлексов сердца. В связи с тем, что преганглионарные парасимпатические нервные окончания под- ходят как к холинергическим, так и адренергическим нейронам самого сер- дца, эти нейроны возбуждаются избирательно, в зависимости от интен- сивности приходящих импульсов и собственной чувствительности. Уста- новлено, что адренергические эфферентные интрамуральные нейроны бо- лее возбудимы, чем холинергические, и возбуждаются при меньшей силе раздражителя (причем это возбуждение может исходить как из самого сердца при его растяжении, так и от приходящего нервного импульса по блуждающему нерву). Поэтому при действии более слабого раздражителя возбуждаются б’/Л-нейроны и выделяется НА, а при более сильном — воз- буждаются парасимпатические волокна и выделяется АХ. В зависимости от этого и происходит различный эффект на сердце. В отличие от пара- симпатических нервов, симпатические не оказывают сколь-либо значи- тельного модулирующего эффекта на интракардиальные рефлексы.
462 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Сопряженные рефлексы Сопряженные рефлексы могут быть двух типов: - начинаться с рецепторов сердца, а проявляться в других органах; - начинаться в других органах, а заканчиваться в сердце. Примером первого типа рефлексов может быть рефлекс Генри — Гауэра (кардиоренальный): в ответ на увеличение растяжения полости левого предсердия возрастает диурез. Рефлексы, начинающиеся при раздражении рефлексогенных зон орга- нов, не принимающих прямого участия в регуляции кровообращения, также необходимо учитывать врачу. Так, рефлекс Гольтца проявляется брадикардией (вплоть до полной остановки сердца) в ответ на раздраже- ние механорецепторов брюшины. Эту реакцию требуется учитывать при проведении оперативных вмешательств в брюшной полости. Резкое охлаждение кожи области живота также может привести к рефлекторной остановке сердца. Рефлекторная брадикардия при сильном давлении или ударе в эпигастральную область (рефлекс Тома — Ру) может послужить причиной нарушения мозгового кровообращения и потери сознания (но- каут в боксе). Рефлекс Данини —- Ашнера проявляется урежением сердце- биений при надавливании на глазные яблоки Тонус блуждающих и симпатических нервов Частота и сила сердечных сокращений, в первую очередь, определяются пейсмекерными свойствами проводящей системы. В последние годы вы- сказано мнение об участии центральной артерии синусного узла в создании соответствующей импульсной активности водителя ритма. Ритмические пульсовые колебания ее помогают поддерживать ритм работы сердца, син- хронизируя пейсмекерную активность всех клеток. На пейсмекерную активность водителя сердца оказывают свое модули- рующее влияние циркулирующие в крови гормоны и различные кардиотропные метаболиты. Кроме того, велика роль и интракардиальных рефлекторных воздействий. Так, если денервировать сердце, то ЧСС возрастет даже в со- стоянии физиологического покоя. Это свидетельствует о превалировании «сдерживающего» влияния парасимпатических нервов на проводящую си- стему, о наличии так называемого тонуса их. В основе возникновения то- нической импульсации лежат импульсы, поступающие в бульбарный отдел с барорецепторов рефлексогенных зон при каждом систолическом выбросе крови. Тонус ядер блуждающих нервов меняется при действии различных химических агентов: повышается при поступлении с кровью адреналина, ионов Са2+. Меняется тонус и в зависимости от фаз дыхания. В конце вы- доха он повышается, и сердечная деятельность несколько угнетается. Тонус ядер блуждающих нервов у новорожденных еще отсутствует. Он постепенно формируется в первые годы жизни. Показателем этого может быть высокая ЧСС у детей первых лет жизни. Вовлечение сердца в обеспечение адаптивных реакций организма (напри- мер, при выполнении физической нагрузки) сопровождается ростом МОК. Усиление работы сердца обусловлено резким повышением симпатической
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 463 импульсации, влиянием соответствующих гормонов и метаболитов, образу- ющихся в этих условиях. При этом посредством реципрокного влияния тор- мозится центр блуждающего нерва, что обеспечивает отсутствие реакции его на раздражение барорецепторов возросшим АД. 11.3.4. Регуляция сосудистого кровотока В сосудах ток крови зависит от взаимодействия трех факторов: произ- водительности сердца, просвета сосудов и состояния крови. Активное (ре- гулируемое) изменение просвета сосудов определяется гладкими мышца- ми (их количеством и функциональным состоянием). Состояние гладких мышц сосудистой стенки зависит от многих факторов: - находящегося в них объема крови и изменения его во времени; - метаболизма самих гладкомышечных клеток и окружающих тканей; - влияния нервов; - гуморальных воздействий. Сосудистый тонус Стенка тех отделов сосудистой системы, где имеются гладкомышечные клетки, находится в некотором постоянном напряжении — тонусе. Тонус— это состояние длительно поддерживаемого возбуждения гладких мышц сосудов, проявляющееся соответствующей интенсивностью их сокра- тительной активности и не сопровождающееся развитием утомления. В каждом отделе сосудистой системы выраженность тонического сокраще- ния различна. К примеру, тонус сосудов кожи меньше, чем скелетных мышц. Основой тонического напряжения являются физиологические свой- ства самих гладкомышечных клеток и их реакция на внешние влияния. Чувствительность различных мышечных клеток сосудов к внешним влияниям не одинакова. По выраженности реакции можно выделить как минимум два типа мышечных клеток: - фазные, - тонические. К внешним раздражителям более чувствительны фазные мышечные клетки. Тонического типа гладкомышечные клетки обладают пейсмекер- ной активностью. Она наиболее выражена в артериальных сосудах, особен- но в их резистивном отделе. Спонтанная деполяризация этих клеток, рас- пространяясь на соседние клетки, создает так называемый базальный тонус. Базальный тонус сосудов в условиях целостного организма дополни- тельно поддерживается следующими механизмами: - реакцией гладких мышц на растяжение давлением крови; - постоянно образующимися в тканях вазоактивными метаболитами; - циркулирующими в крови гуморальными факторами; - тоническими импульсами, поступающими по нервам (в состоянии физиологического покоя по сосудодвигательным нервам к сосудам поступают импульсы с частотой 1-3 имп./с). В целом же тонус сосудов обусловлен интеграцией базального тонуса и фазных сокращений.
464 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Факторы, влияющие на гладкие мышцы сосудов Механические стимулы Гладкомышечные клетки сосудистой стенки реагируют на механические стимулы, в том числе на давление крови, создающееся ее меняющимся объемом. Причем реакция их зависит от скорости изменения объема про- текающей крови. При медленном растяжении увеличенным объемом кро- ви свойство пластичности гладких мышц обеспечивает постепенное рас- ширение сосуда, так что давление в нем может и не увеличиваться. Напро- тив, резкое расширение приводит к сокращению мышц. Сокращение при этом происходит вследствие повышения проницаемости мембраны гладко- мышечных клеток для Caz и увеличения концентрации его в саркоплазме. Возможно и прямое влияние растяжения на систему актина — миозина. Наиболее отчетливо реакция на растяжение выражена в фазных мышцах. Гуморальные стимулы В первую очередь необходимо учитывать, что существенное изменение в крови или тканях концентрации ионов К+, Na+, Са2+ влияет на состоя- ние сосудистой стенки, так как при этом нарушается уровень ионных гра- диентов. Но чаще всего гуморальная стимуляция обусловлена взаимодействием вазоактивных веществ с рецепторами мембран гладкомышечных клеток. В большинстве сосудов гладкомышечные клетки имеют а- и Р-адреноре- цепторы. Взаимодействие адреналина {норадреналина) с этими рецептора- ми может привести к различным эффектам. Активация а-рецепторов при- водит к снижению содержания цАМФ внутри клетки и увеличению сво- бодного Са2+. В результате мышца сокращается и сосуд суживается. Вза- имодействие с Р-рецепторами сопровождается увеличением уровня цАМФ, уменьшением концентрации свободного Са2+ и расслаблением гладкомышечной клетки. Реакции сосуда на адреналин и НА зависят от соотношения в сосудах указанных рецепторов и от их чувствительности к соответствующим гор- монам. Так, в физиологической концентрации адреналин взаимодействует с более чувствительными к нему Р-рецепторами, что приводит к расшире- нию сосудов. В высокой концентрации гормон взаимодействует с а-рецеп- торами и суживает сосуды. НА имеет большее сродство к а-рецептору и уже в малой концентрации суживает сосуды. Причем плотность адренорецепторов в сосудах различных органов не одинакова. Например, а-рецепторов в гладких мышцах сосудов кишечни- ка больше, чем в скелетных мышцах. В сосудах мозга и а-, и Р-рецепто- ров меньше, чем в сосудах скелетных мышц, кишечнике и других внутрен- них органах. В сосудах почки чрезвычайно мало а-рецепторов. Исходя из этого, становится ясно, что реакция различных сосудистых зон на катехо- ламины должна быть весьма вариабельной. К тому же количество рецепторов на мембране, как и их соотношение,
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 465 в течение жизни может меняться. Так, в коронарных сосудах с развитием возрастных склеротических изменений повышается чувствительность а-ре- цепторов. Одновременно с этим снижается уровень нейрогенных структур, что приводит к компенсаторному возрастанию как плотности а-рецепто- ров, так и их чувствительности к гормону, циркулирующему в крови. По- этому у пожилых людей при эмоциях или других состояниях, приводящих к появлению в крови больших количеств адреналина, легко может возник- нуть спазм коронарных сосудов. Ацетилхолину срез М-холинорецепторы увеличивает внутри гладкомы- шечных клеток уровень цГМФ, снижает содержание свободного Са2+, что приводит к расслаблению мышц и расширению сосудов. Два типа рецепторов — Н[ и Н2— имеется к гистамину. Активация Hi-рецепторов, увеличивая выход К+ из клетки, гиперполяризует мембра- ну. Это снижает силу сокращения мышцы, но сами сокращения сохраня- ются, так как одновременно увеличивается выход Са2+ из депо. Напро- тив, активация Н2-рецепторов уменьшает выход К+ из клетки и Са2+ из депо в цитоплазму, что приведет к расслаблению гладкой мышцы. Мощным сосудосуживающим фактором является ангиотензин II (его образование регулируется почечным ренином), стимулирующий поступ- ление Са2+ внутрь клетки. Он оказывает влияние преимущественно на мелкие артерии и артериолы кожи, органов брюшной полости. В отличие от этого, влияние ангиотензина II на вены и сосуды малого круга незна- чительно (в этом сказываются адаптационные механизмы, так как основ- ным местом образования активного ангиотензина являются легкие). Все простагландины (Еь Е2, Bb Аь А2, F2), как правило, вызывают рас- ширение сосудов, повышая проницаемость мембран для К+. В тканях постоянно образуются метаболиты, которые влияют на состо- яние близлежащих сосудов. К вазоактивным метаболитам, расширяющим сосуды, относятся молочная и пировиноградная кислоты, аденозин, СО2, та- кие биологически активные соединения, как кинины. Модулирующая функция сосудистой стенки Однако сосудистая стенка не является пассивной структурой влияния ре- гуляторов. Характер реакции гладкомышечных клеток на действие различ- ных факторов может существенно меняться под влиянием состояния собст- венного метаболизма стенки. Причем модулирующее влияние оказывают как сами гладкомышечные клетки, так и эндотелий сосудистой стенки. 1. Реакция сосудистой стенки на стимул зависит и от уровня РО^* * в крови. При недостатке Ог в артериальных сосудах реакция гладкомы- шечных клеток на норадреналин и ацетилхолин снижается. Это обус- ловлено понижением возбудимости мембран за счет меньшей актив- ности ионных насосов. При гипоксии реакция сосудистой стенки на механическое и нейрогенное раздражение также варажена меньше. Повышение РО2 выше нормы также приводит к изменению состояния сосудистой стенки. Так, ^продолжительное дыхание чистым кислоро- * РО2 — парциальное давление кислорода (см. гл. 14).
466 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА дом, увеличивая Р«Ог* выше нормы, стимулирует образование в тка- нях перекиси водорода и продуктов перекисного окисления липйдов мембран (ПОЛ). В результате в стенке сосуда могут серьезно нару- шаться обменные процессы, вплоть до разрушения гиалуроновой кис- лоты и коллагена. Кроме того, снижается проницаемость мембран для Са2+, нарушается выведение его из клеток, что приводит к спазму сосудов. Эффект гидроперекисей может быть опосредован и повышен- ным образованием простациклина. Поэтому длительное дыхание кис- лородом может привести к спазму сосудов, повышенной проницаемо- сти их мембран и отеку тканей. 2. В модуляции гуморальных и нейрогенных механизмов регуляции чрезвычайно важна роль эндотелия сосудов. Эндотелиальные клетки продуцируют несколько регулирующих факторов: метаболиты арахи- доновой кислоты (наиболее мощным из которых является простацик- лин — PGI2), фактор расслабления сосудов (оксид азота NO), фактор сокращения сосудов (ЭФС — эндотелии), свободные радикалы. Указан- ные субстанции появляются при механическом давлении крови на со- суды или изменении уровня РОг в крови. Синтезируясь эндотелием, эти факторы влияют на расположенные рядом гладкомышечные клет- ки. Способность синтезировать биологически активные соединения позволяет с некоторой долей условности отнести эти клетки к пара- кринным клеткам системы APUD (см. гл. 9). Большинство указанных субстанций (простациклин, эндотелии) оказы- вает сосудосуживающий эффект. В отличие от этого, NO расширяет сосу- ды. Под его воздействием в гладкомышечных клетках активируется обра- зование цГМФ и, как следствие, уменьшается концентрация внутрикле- точного кальция. В настоящее время полагают, что многие из вазоактивных соединений влияют на сосуды опосредованно, например, через образование в нем NO. К таким соединениям относятся субстанция Р, АТФ, АДФ, аденозин, серотонин, ацетилхолин. NO является местным модулятором, так как он существует недолго, разрушаясь через несколько секунд. Иннервация сосудов Ко всем кровеносным сосудам, стенка которых содержит гладкомышеч- ные клетки, подходят симпатические нервы. Причем к прекапиллярным со- судам некоторых органов (например, скелетным мышцам) среди обычных симпатических волокон подходят и такие, медиатором которых является аце- тилхолин, а не норадреналин. Импульсы этих нервов расширяют сосуды. К сосудам органов малого таза, артериям мозга, сердца кроме симпа- тических идут также и парасимпатические волокна. Так, их влияние, обеспечивая расширение сосудов, способствует приливу крови к органам малого таза. В то же время роль этих волокон в регуляции состояния со- судов мозга и сердца мало понятна. В некоторых органах, например таких, как кожа, можно обнаружить * АО2 — парциальное давление кислорода в артериальной крови.
Глава 11, СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 467 сосудорасширяющий аксон-рефлекс. За счет его механическое, темпера- турное или химическое раздражение кожи приводит к расширению сосу- дов раздражаемого участка. Весьма существенно, что на уровне гладкомышечных клеток происхо- дит взаимосвязь влияния нейрогенных медиаторов и других вазоактив- ных соединений. Дело в том, что в сосудах нервные окончания не обра- зуют типичных синапсов, они выделяют медиатор относительно далеко (более 80 нм) от клеток. В это достаточно широкое пространство посту- пают тканевые метаболиты, вазоактивные вещества крови и медиаторы других нервов, иннервирующих сосуд. Влияние на клетки может быть си- нергическим (НА и нейропептид Y) или антагонистическим (вещество Р и серотонин). Причем ряд соединений может воздействовать и на мемб- рану соседнего нервного окончания, изменяя активность выхода медиа- тора. Так, например, ацетилхолин, гистамин, АТФ тормозят выход НА. Таким образом, многие вещества обладают как прямым действием на мы- шечные клетки, так и опосредованным через выход медиатора из нервно- го окончания или NO эндотелиальных клеток. Реакция клеток на медиатор — НА так же, как и на циркулирующий в крови гормон адреналин, зависит от наличия в мембране а- или р-рецеп- торов. В большинстве сосудистых зон импульсация симпатических нервов приводит к сужению сосудов. Этот эффект обусловлен взаимодействием НА с а-рецепторами, так как сродство его к ним выше, чем к р-рецепторам. Напомним, что тонус сосудов поддерживается поступлением по симпатиче- ским нервам импульсов с частотой 1-3 имп./с. При учащении импульсации до 15-20 имп./с уже наблюдается максимальное сужение сосудов. Рефлекторные механизмы регуляции гемодинамики Наибольшее значение, особенно при регуляции кровотока в условиях физиологического покоя, имеют рефлексогенные зоны дуги аорты, развет- влений сонных и легочных артерий. Рецепторы находятся также в стенке артериальных сосудов многих внутренних органов, в крупных венах. Для регуляции системного кровотока наибольшее значение имеют рефлексогенные зоны дуги аорты, каротидного синуса и легочной артерии. Рецепторы других артерий, расположенные вплоть до микроциркулятор- ного русла, принимают участие главным образом в местных перераспре- делительных реакциях кровотока. Модуляция чувствительности барорецепторов Чувствительность барорецепторов к давлению крови не постоянна. Она меняется в зависимости от многих факторов. Так, в рецепторах каро- тидного синуса чувствительность возрастает при изменении концентра- ции в крови ионов (натрия, калия, кальция) и активности Na,K-Hacoca. Меняется чувствительность и под влиянием импульсации подходящего сюда симпатического нерва, который несет как эфферентные, так и аффе- рентные волокна (нерв Геринга), уровня адреналина в крови. Особенно велика роль факторов, вырабатываемых самим эндотелием сосудистой стенки. Так, чувствительность барорецепторов каротидного
468 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА синуса увеличивается под влиянием простациклина (PGI2), а фактор рас- слабления, напротив, подавляет барорецепторную активность. Модули- рующая роль эндотелиальных факторов имеет большое значение в «из- вращении» чувствительности барорецепторов при патологии (при разви- тии атеросклероза и хронической гипертензии). Вполне вероятно, что в норме факторы, повышающие и понижающие чувствительность рецепто- ров, уравновешены. При развитии склероза начинают превалировать факторы, снижающие чувствительность, и в результате нарушается ре- флекторная регуляция, поддерживающая нормальный уровень давления крови, что способствует развитию гипертонии. С возрастом даже без вы- раженного атеросклероза АД постепенно растет. Рефлексы с барорецепторов артерий При растяжении стенки дуги аорты и сонной артерии импульсация с их барорецепторов усиливается почти линейно при росте давления от 80 до 170 мм рт. ст. В этом процессе имеет значение не только амплитуда рас- тяжения сосуда, но и скорость нарастания волны давления. Причем, если давление здесь постоянно высокое, то постепенно развивается явление адаптации рецепторов и интенсивность импульсации ослабевает. От барорецепторов афферентные импульсы поступают к сосудодвига- тельным нейронам продолговатого мозга, где через возбуждение депрес- сорного отдела тормозится прессорный. В результате импульсация симпа- тических нервов ослабевает и тонус сосудов, особенно резистивных, пада- ет. При этом сопротивление кровотоку уменьшается и отток крови в сле- дующие отделы сосудистого русла увеличивается. Напротив, в вышерас- положенных артериальных сосудах давление снижается. Одновременно уменьшается тоническое влияние симпатических нервов и на венозный отдел, что приводит к увеличению их емкости. В результате венозный возврат к сердцу понижается, что снижает ударный объем. Последнему способствует также прямое парасимпатическое влияние на сердце из бульбарного отдела, поступающее по wzgus’y. Противоположная направленность ответа наблюдается при падении давления. Снижение импульсации от барорецепторов запускает симпати- ческую часть эффекторного пути. При этом может присоединяться и гор- мональный путь влияния на сосуды: интенсивная симпатическая импуль- сация усиливает выделение катехоламинов из надпочечников. Описанный рефлекс «срабатывает» при каждом систолическом выбросе и соучаствует в возникновении тонического влияния сосудодвигательных центров на периферические сосуды. Барорецепторы имеются и в сосудах малого круга кровообращения. Здесь можно выделить три основные рецепторные зоны: - ствол легочной артерии и ее бифуркация, - внедолевые участки легочных вен, - зона мельчайших сосудов. Особенно важна зона ствола легочной артерии, растяжение которой запускает рефлекс расширения сосудов большого круга при одновремен-
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 469 ном снижении частоты сердечных сокращений. Указанный рефлекс реа- лизуется также через вышеуказанные бульбарные структуры. Рефлексы с барорецепторов предсердий и крупных вен В обоих предсердиях имеются рецепторы растяжения. В ответ на актив- ное напряжение предсердий при их систоле возбуждаются рецепторы типа Аз, а при пассивном растяжении предсердий — типа В. Импульсы от этих рецепторов по волокнам блуждающего нерва достигают продолговатого мозга. Рефлексы, начинающиеся отсюда, наибольшее влияние оказыва'ют на сосуды почек, где увеличивается экскреция воды. В результате умень- шается объем плазмы и снижается объем венозного возврата крови к серд- цу. Таким образом, указанные рецепторы участвуют не только в регуля- ции состояния сосудов, но и в регуляции объема циркулирующей крови. При растяжении предсердий срабатывает еще и гормональный меха- низм, участвующий в поддержании ОЦК, — натрийуретический гормон. Этот гормон способствует выведению Na+, а вместе с ним и воды из ор- ганизма. С его помощью предотвращается перегрузка сердца повышен- ным притоком крови. Натрийуретический гормон образуется в специали- зированных клетках сердца, наибольшее количество которых находится в ушках предсердий. Эти клетки отличаются отсутствием сократительных элементов и наличием мощного секреторного аппарата. Рецепторы растяжения имеются и в венозных отделах, особенно в по- лых венах. Их растяжение приводит к рефлекторным ответам, аналогич- ным тем, которые возникают при раздражении предсердных рецепторов. Рефлексы с хеморецепторов В продолговатый мозг поступают импульсы и от хеморецепторов, рас- положенных в каротидном синусе и дуге аорты. Здесь они переключаются на симпатические сосудосуживающие отделы, что приводит к повыше- нию уровня АД. В результате кровоток ускоряется, доставка кислорода к тканям улучшается и исчезают условия для появления недоокисленных продуктов — основных раздражителей хеморецепторов. Возникающая наряду с этим одышка способствует выведению основного раздражителя хеморецепторов — COj. Хеморецепторы каротидного синуса возбужда- ются еще и под влиянием снижения РаС>2, повышения никотина, цианидов и ряда других соединений, поступающих к ним с кровью. Механизмы регуляции микроциркуляции и локального кровотока В каждом органе особенности местной гемодинамики обусловлены той ролью, которую играет кровоток в его функции. Регуляция локального кровотока осуществляется комплексом местных и общих механизмов. Си- стема регуляции микроциркуляторного русла должна получать информа- цию о состоянии сосудов, кровотоке в них и трофике тканей. Эти сигналы поступают: - от самих гладких мышц сосудов при их растяжении; - от рецепторов растяжения, расположенных в стенках сосудов; - от вазоактивных веществ, образующихся в тканях и поступающих к сосудистой стенке.
470 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Можно четко выделить несколько уровней проявления функциональ- ной активности соответствующих звеньев регуляции. - Первый уровень регулирования — миогенный, основан на свойствах гладкомышечных клеток стенок сосудов. - Второй — гуморальный, обусловлен влиянием на гладкомышечные клетки различных вазоактивных метаболитов, образующихся в тканях или же непосредственно в самой сосудистой стенке (в мышечных или эндотелиальных клетках). Особенно интенсивно образуются вазоак- тивные соединения в условиях неадекватного кровоснабжения органа. - Во многих органах имеется и третья разновидность — нейрогенная регуляция микроциркуляторного русла, осуществляемая местными рефлексами. Перечисленные управляющие механизмы воздействий обычно влияют на сосуды одновременно в различных сочетаниях. Так, на повышение давления в центральных сосудах и неадекватный рост кровотока могут отреагировать сами гладкие мышцы, воспринима- ющие растяжение. В ответ они могут сократиться и уменьшить кровоток в расположенных за ними образованиях микроциркуляторного русла. Здесь же подключается рефлекторный механизм, запускаемый раздраже- нием механорецепторов. При снижении кровотока регуляция обеспечивается главным образом за счет влияния метаболитов и других биологически активных соедине- ний, местно расширяющих сосуды. Сосудорасширяющим эффектом обла- дают образующиеся в этих условиях в большом количестве ионы Н+, К+, аденозин, кинины. Они, как правило, действуют непосредственно на глад- кие мышцы. Но часть из них влияет и через хеморецепторы, имеющиеся в микроциркуляторном русле некоторых органов и тканей. Причем отдельные механизмы регуляции могут изменять (модулиро- вать) действие других. Так, например, при снижении содержания О2 и увеличении СО2 в крови прямые миогенные влияния на растяжение исключаются. В этом случае в регуляции состояния микроциркулятор- ного русла участвуют накопившиеся в тканях вазоактивные вещества, влияющие на гладкие мышцы прямо либо через хеморецепторы. В ре- зультате артериолы расширяются и кровоток улучшается. Для поддержания постоянства микроциркуляции при изменении арте- риального давления используются как прямые миогенные механизмы с гладких мышц, так и опосредованные через нейрогенные вазомоторные сигналы. Для регуляции постоянства объема крови в микроциркулятор- ных сосудах на первый план выходят влияния с расширенных мелких вен. При увеличении объема оттекающей в венулы крови рефлекторно сужи- ваются приносящие артериолы, что уменьшает поступление крови в мик- роциркуляторное русло. t Механизмы, осуществляющие местную регуляцию кровотока, могут оказывать влияние на сосуды, порой противоположное приходящим цен- тральным рефлекторным импульсам. Так, появление местных вазоактив- ных дилататоров расширяет сосуды функционирующих мышц «вопреки»
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 471 сосудосуживающим влияниям симпатических нервов^Эти же местные ме- ханизмы позволяют поддерживать стабильное состояние гемодинамики в жизненно важных органах вопреки изменениям во всей системе кровооб- ращения (например, при кровопотере). Особенно хорошо функционирует система местного регулирования в сердце и головном мозге, то есть в тех органах, кровоток в которых должен точно соответствовать функцио- нальному состоянию органа. 11.3.5. Сопряженная регуляция функции сердца, состояния сосудов и объема циркулирующей крови Регуляция системного кровотока в состоянии физиологического покоя В состоянии физиологического покоя кровообращение происходит с минимальной активностью систем регуляции. Для обеспечения крово- тока в каждом органе и во всей сердечно-сосудистой системе используют- ся главным образом анатомические особенности и физиологические свой- ства самих структур. В сердце — это свойства сократимого миокарда и проводящей системы (автоматизм). В сосудах распределение МОК между органами происходит в зависимости от анатомических особенностей сосудов: диаметра, состава элементов стенки, их тонуса. Тонус каждого отдела сосудистого русла зависит от свойств сократимых, эластических элементов и объема поступающей крови. Кроме того, имеет значение содержание в крови вазоактивных соединений (гормонов, метаболитов). К ним присоединяется базальный уровень нейрогенных тонических влия- ний, гормонов крови и метаболитов других органов. Комплекс указан- ных механизмов поддерживает соответствующие параметры работы серд- ца (УО, ЧСС), уровень давления в крупных артериях и венах, а также постоянный объем и состав циркулирующей крови. Основным регулируемым параметром является уровень артериального давления в крупных сосудах. Уровень Рс зависит главным образом от УО сердца, в то время как Рд— от сопротивления резистивных сосудов. Пара- метры их контролируются барорецепторами, которые в случае отклонения включают соответствующие рефлексы на сердце и кровеносные сосуды. В состоянии покоя на кривой записи АД проявляются волны трех по- рядков (рис. 11.36). Волны первого порядка — пульсовые колебания давле- ния. Волны второго порядка обусловлены влиянием вдоха и выдоха на приток крови к отделам сердца и взаимодействия дыхательного и сосу- додвигательных центров ствола мозга: при вдохе в артериях большого круга кровообращения давление снижается, а при выдохе — увеличивает- ся. Волны третьего порядка проявляются вследствие медленного колеба- ния тонуса периферических сосудов с периодичностью 6-20 с. Это обус- ловлено, вероятно, ритмом центральных рефлекторных механизмов (дрейфом тонуса центров). При исследовании уровня АД у человека нужно учитывать, что имеют- ся его колебания, связанные с так называемыми циркадианными ритма- ми: давление максимально высокое около 15.00 ч, а в 3.00 ч становится минимально низким.
472 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Регистрация артери- ального давления пря- мым (кровавым) спо- собом: 1 — канюля в просвете артерии; 2 — ртутный манометр; 3 — кривая записи ар- териального давления с пульсовыми (4) и ды- хательными (5) вол- нами Регуляция кровообращения в меняющихся условиях существования В реальной жизни человек большую часть времени проводит в услови- ях, как правило, существенно отличающихся от относительного покоя. При этом изменение функционального состояния организма невозможно без перестройки кровотока. Кроме того, нередко могут возникать откло- нения от стационарного уровня и в самой сердечно-сосудистой системе. Во всех этих условиях для обеспечения кровообращения включается адап- тивный контур регуляции. Восстановление кровотока при повышении давления в сосудистом русле При кратковременных отклонениях параметров системного артериаль- ного давления и объема крови от нормы стабилизация их происходит преимущественно за счет рефлекторных реакций сосудов. Повышение давления в артериальных сосудах раздражает барорецепторы рефлексо- генных зон прежде всего аорты и каротидного синуса. Афферентные им- пульсы через бульбарный отдел сосудодвигательного центра тормозят прессорный его отдел и возбуждают депрессорный. При этом тоническое влияние на резистивные сосуды снижается, и они расширяются. Расшире- ние венозных сосудов приводит к повышению их емкости и снижению объема возвращающейся к сердцу крови. Одновременно уменьшается си- ла и частота сердечных сокращений. В результате комплекса указанных изменений давление снижается. Если раздражение барорецепторов продолжается относительно дли- тельное время, то к указанным выше эфферентам (сердцу, сосудам) при- соединяется влияние на ОЦК. Так, при расширении резистивных сосудов в капиллярах повышается эффективное фильтрационное давление. А это приводит к тому, что выход жидкости из крови в ткани начинает намного превалировать над возвращением ее в кровоток. Усиливающееся одно- временно с этим мочеобразование и выведение воды из организма допол- нительно уменьшают общее давление крови и сердечный выброс.
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 473 Постановление кровотока при снижении давления в сосудистом русле При падении АД снижается частота импульсаций от барорецепторов, что приводит к эффекту, противоположному вышеописанному. Рост дав- ления произойдет в результате рефлекторного спазма сосудов и учащения сокращений сердца. Одновременно с этим при спазме периферических со- судов снижается эффективное фильтрационное давление и увеличивается реабсорбция воды из межклеточной жидкости. Последнее приведет к уве- личению ОЦК, что, со своей стороны, будет способствовать повышению АД- Кроме того, уже одно только увеличение ОЦК само по себе обеспе- чит повышение венозного возврата к сердцу, увеличение сердечного вы- броса и рост АД. Если указанных механизмов оказывается недостаточно, то для норма- лизации параметров гемодинамики подключается новый уровень регуля- торных воздействий, в основе которого лежат гормональные влияния. Возбуждение симпатических нервов приводит к усилению выделения ка- техоламинов мозговым отделом надпочечников. При некоторых экстре- мальных ситуациях уровень их в крови может возрастать в 10-20 раз. Эти гормоны стимулируют работу сердца и суживают сосуды большинства органов. С помощью указанных гормонов удлиняется и усиливается дей- ствие симпатических нервов на сердечно-сосудистую систему. В активном изменении объема циркулирующей плазмы участвуют так- же и гормоны. Основными из них являются: предсердный натрийуретиче- ский гормон, вазопрессин и ренин-ангиотензин-альдостероновая система (РААС). Последняя активируется при нарушении почечного кровотока. Снижение кровоснабжения почек наблюдается в результате падения сис- темного давления или спазма почечных сосудов. Образовавшийся ангио- тензин II оказывает двойное влияние. С одной стороны, он суживает ар- териальные сосуды и повышает системное давление, с другой — стимули- рует выделение в надпочечниках альдостерона, который через почки удерживает в крови Na+ и воду. Ренин-ангиотензин-альдостероновая сис- тема играет важную роль в нормализации кровотока при патологическом снижении давления и объема крови. Но, с другой стороны, увеличение активности этой системы при некоторых поражениях почек может приве- сти к гипертонии. Восстановление кровотока при изменении объема крови Схожий с вышеописанным порядок подключения механизмов регуляции наблюдается и при изменении объема крови. Запускаются они с венозного отдела сердечно-сосудистой системы — с емкостного русла. Раздражение рецепторов, расположенных в полых венах и предсердиях, передается в два отдела ЦНС: - циркуляторный центр продолговатого мозга, - центр осморегуляции гипоталамуса. В результате возбуждения депрессорного отдела, с одной стороны, рас- ширяются сосуды, а с другой — тормозится сердечная деятельность. Через гипоталамус стимулируется выход из гипофиза гормона вазопрессина,
474 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА который суживает сосуды и усиливает реабсорбцию воды в почках, прояв- ляя свой антидиуретический эффект. Количество выделяющегося вазопрессина находится в прямой зависи- мости от импульсации с рецепторов предсердий. При продолжительном поступлении больших объемов крови в предсердия через осморегулирую- щий центр гипоталамуса тормозится выделение вазопрессина. Этот ре- флекторный эффект сказывается спустя 10-20 мин и может продолжаться, постепенно увеличиваясь, в течение нескольких дней. В результате выде- ление воды почками возрастает. Кроме того, при продолжительном раз- дражении барорецепторов из предсердий выделяется натрийуретический гормон. Он поступает к почкам, где снижает реабсорбцию Na+. Задержка Na+ в моче способствует выделению воды и уменьшению ОЦК. Напро- тив, при падении венозного возврата, снижении ОЦК выработка вазо- прессина увеличивается. Гормонально обусловленная задержка жидкости в организме или ее выведение помогают остальным механизмам поддер- живать гемодинамику при внезапных нарушениях соотношения объема крови и емкостного русла. Регуляция гемодинамики при перемене положения тела Перемена положения тела с горизонтального на вертикальное (актив- ная или пассивная) в связи с перераспределением крови приводит к изме- нению условий гемодинамики. В нижней части туловища столб крови, находящийся в легко растягивающихся венах среднего и большого калиб- ра, под влиянием силы тяжести приводит к росту гидростатического дав- ления на их стенку: вены расширяются и могут задержать дополнительно до 500 мл крови. В результате венозный возврат крови к сердцу снижает- ся и, как следствие этого, УО и систолическое давление падают. Указанные пассивные изменения в системе кровотока запускают меха- низмы, направленные на активную компенсацию их. Сигналы с бароре- цепторов аортальной, каротидной зон и венозной части сосудистого рус- ла приводят к сужению резистивных сосудов. Наиболее выражено суже- ние сосудов в таких отделах, как скелетные мышцы, кожа с подкожной клетчаткой, чревная область. Параллельно этому возрастает ЧСС. Это служит компенсацией сниженного УО: за счет роста ЧСС МОК может поддерживаться на уровне, близком к норме. Но сужение резистивных и емкостных сосудов постепенно увеличивает поступление крови к сердцу, что приводит к должному УО и обоих показателей АД. И если за счет указанного пути временные изменения условий гемоди- намики компенсируются, то других нарушений не наступает. А при недо- статочной активности систем регуляции может развиться ортостатиче- ский обморок. Он обусловлен недостаточным кровоснабжением головного мозга. Субъективно обморок проявляется в головокружении и «потемне- нии» в глазах или даже в потере сознания. Однако чаще всего этого не происходит, так как механизмы регуляции быстро компенсируют времен- ное снижение венозного возврата. Кроме того, мозговое кровообращение имеет свою достаточно эффективную систему регуляции, во многом
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 475 изолирующую его от изменений центральной гемодинамики (см. ниже), что также способствует скорейшей нормализации кровоснабжения мозга. При этом нередко может даже повышаться секреция катехоламинов, вазопрессина и активироваться ренин-ангиотензин-альдостероновая сис- тема. Переход из вертикального в горизонтальное положение вызывает про- тивоположную направленность изменений гемодинамики. Указанные выше изменения системы кровообращения позволяют при- менять для тестирования надежности системы регуляции его так называ- емые клино-ортостатические пробы. В основе их лежит изменение часто- ты сердечных сокращений после перехода из положения лежа (клино-) в вертикальное (ортостаз) и наоборот. О нормальном состоянии кровооб- ращения свидетельствует уменьшение ЧСС на 4-6 в минуту при переходе из вертикального в горизонтальное положение (клиностатический ре- флекс Даниелопуло) или увеличение ЧСС на 6-24 в минуту при переходе из горизонтального в вертикальное положение (ортостатический рефлекс Превеля). Выраженность изменения по сравнению с указанной нормой и служит основанием для суждения о состоянии кровообращения и актив- ности его системы регуляции. 11.3.6 . Кровообращение при выполнении физической нагрузки Наиболее наглядно проявляется недостаточность кровообращения при физической нагрузке. Физическая работа является одной из наиболее естественных для орга- низма адаптивных поведенческих реакций, при которой требуется хоро- шее взаимодействие всех звеньев системы кровообращения. Тот факт, что скелетные мышцы составляют до 40 % (!) массы тела, а интенсивность их работы может колебаться в очень широких пределах, ставит их в особое положение по сравнению со всеми другими органами. К тому же эволю- ция «должна была учитывать», что в естественных природных условиях от функциональных возможностей скелетных мышц зависит очень мно- гое, начиная от поиска пищи и кончая сохранением самой жизни. Поэто- му в организме сформировались теснейшие взаимосвязи мышечных со- кращений с одной из наиболее важных из «обслуживающих» их систем — сердечно-сосудистой. Эти взаимосвязи направлены на создание макси- мально лучших условий кровоснабжения мышц даже за счет снижения кровотока в других органах и системах организма. Важность мышц для организма и необходимость кровоснабжения для обеспечения их сокра- щения привели к тому, что образовался дополнительный механизм регу- ляции гемодинамики со стороны моторных отделов ЦНС. Тем самым создается возможность и для формирования условных рефлексов регуля- ции кровообращения, именуемых предстартовыми реакциями. Значение их заключается в мобилизации сердечно-сосудистой системы для пред- стоящей мышечной деятельности. Эта мобилизация опосредуется симпа- тическим влиянием на сердце и сосуды, благодаря чему еще перед нача- лом мышечной деятельности сердечные сокращения учащаются, а давле-
476 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА ние повышается. Сюда же следует отнести подобную реакцию при эмоци- ях, которые в естественной природе, как правило, также сопровождаются мышечной активностью. Последовательность вовлечения образований сердечно-сосудистой сис- темы во время физической работы схематично можно проследить при вы- полнении интенсивной нагрузки. Мышечные сокращения происходят под влиянием импульсов, идущих по пирамидным путям, начинающимся в прецентральной извилине. Спускаясь к мышцам, они, наряду с моторны- ми отделами ЦНС, возбуждают дыхательные и вазомоторные центры продолговатого и спинного мозга. Отсюда через симпатическую нервную систему усиливается работа сердца, что необходимо для увеличения МОК. В работающих мышцах кровеносные сосуды резко расширяются. Это происходит главным образом за счет накапливающихся в них мета- болитах, таких как Н+, СО2, К+, аденозин и т. п. В результате наблюдает- ся выраженная перераспределительная реакция кровотока: чем больше мышц сокращается и выше интенсивность сокращений, тем все больше крови, выброшенной левым желудочком сердца, к ним поступает. В этих условиях прежнего МОК уже недостаточно и должна резко возрастать работа сердца. При выполнении интенсивной мышечной нагрузки растет как УО, так и ЧСС. В результате МОК может увеличиваться в 5-6 раз (до 20-30 л/мин). Причем из этого объема до 80-85% поступает к функцио- нирующим скелетным мышцам. В результате, если в покое через мышцы из 5 л/мин проходит 900-1200 мл/мин (15-20% от МОК), то при выбросе в 25-30 л/мин мышцы могут получать до 20 л/мин и более. В перераспре- делительной реакции кровотока участвуют симпатические сосудосужива- ющие влияния, идущие из того же прессорного отдела продолговатого мозга. Одновременно при мышечной работе из надпочечников в крово- ток выбрасываются катехоламины, усиливающие сердечную активность и суживающие сосуды неработающих мышц, внутренних органов. На кровоток оказывает влияние и само сокращение мышц. При интен- сивном сокращении из-за сдавливания сосудов поступление крови в мышцы снижается, но зато при расслаблении — резко возрастает. В отличие от это- го, небольшая сила сокращения способствует повышению кровоснабжения их как в фазу сокращения, так и расслабления. Кроме того, сокращающиеся мышцы выдавливают кровь из венозного отдела, что, с одной стороны, обеспечивает рост венозного возврата к сердцу, а с другой — создает пред- посылки для увеличения поступления крови в мышцы в фазу расслабления. При выполнении физической нагрузки интенсификация работы сердца происходит при пропорциональном усилении кровотока через коронар- ные сосуды. Автономная регуляция обеспечивает сохранение прежнего мозгового кровотока. В то же время кровоснабжение других органов за- висит от интенсивности выполняемой нагрузки. Если мышечная работа интенсивна, то, несмотря на рост МОК, поступление крови ко многим внутренним органам может снижаться. Происходит это в результате рез- кого сужения приносящих артерий под влиянием симпатических сосудо-
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 477 суживающих импульсов. Развивающаяся перераспределительная реакция может быть столь выраженной, что, например, в почках из-за снижения кровотока почти полностью прекращается процесс мочеобразования. Рост МОК приводит к резкому увеличению систолического давления. Диастолическое давление за счет расширения сосудов мышц может оста- ваться прежним или даже сниженным. Если же уменьшение сопротивле- ния сосудистого отдела скелетных мышц не компенсирует сужения других сосудистых зон, то растет и диастолическое давление. При физической нагрузке возбуждению сосудодвигательных нейронов способствуют также импульсы с проприорецепторов мышц, хеморецепто- ров сосудов. Наряду с этим при мышечной работе (особенно при длитель- ной) в регуляцию кровотока кроме адреналовой системы надпочечников включаются и другие гормональные механизмы (вазопрессин, ренин, предсердный натрийуретический гормон). Причем в период выполнения мышечной работы не проявляются рефлексы, контролирующие в покое артериальное давление, и, несмотря на увеличение АД, рефлексы с баро- рецепторов не тормозят работу сердца. Кроме того, в работающих мышцах увеличение АД при расширении сосудов приводит и к изменению условий водного обмена. Повышение фильтрационного давления способствует задержке в тканях части жидко- сти. Это также является одной из целесообразных реакций организма, так как при этом увеличивается кислородная емкость крови: за счет сгущения крови растет концентрация эритроцитов (порой до 0,5 млн/мкл). Указанные выше особенности гемодинамики работающих мышц опреде- ляют то, что если в организме имеется компенсированная (скрытая) форма недостаточности кровообращения, то при выполнении физической нагруки она проявляется. 11.4. РЕГИОНАЛЬНЫЙ КРОВОТОК 11.4.1. Гемодинамика малого круга кровообращения Легкие относятся к органам, в которых кровообращение наряду с тро- фической выполняет и специфическую — газообменную — функцию. Последнее является функцией малого круга кровообращения. Трофику легочной ткани обеспечивают сосуды большого круга кровообращения. Малый круг кровообращения начинается из правого желудочка сердца легочной артерией. Она ветвится параллельно бронхиальному дереву вплоть до респираторных бронхиол и дает 17 генераций. Легочная арте- рия и ее ветви диаметром не менее 1 мм относятся к артериям эластиче- ского типа.(Причем в стенке артериол гладкие мышцы уже столь редки, что не образуют сплошного слоя, а у артериол диаметром менее 45 мкм вообще отсутствуют. Вследствие этого в малом круге регуляция сопротив- ления путем изменения диаметра артериолами эффективно выполняться не может, ее выполняют более крупные артерии мышечного типа. ' Артериолы, прекапилляры и последующие капилляры тесно связаны с альвеолярной паренхимой. Относительно короткие (длиной до 350 мкм)
478 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА и широкие (диаметром более 8 мкм) капилляры, когда они оплетают аль- веолы, образуют настолько густую сеть, что в условиях прижизненной микроскопии с трудом можно определить границы между отдельными со- судами. Благодаря этому в легких кровь омывает альвеолы почти сплош- ным непрерывным потоком. Капилляры переходят в тонкие безмышечные посткапилляры, сливаю- щиеся в венулы, в стенке которых начинают появляться отдельные гладко- мышечные клетки. Через 15 генераций образуется несколько вен, впадаю- щих в левое предсердие. В венах малого круга отсутствуют клапаны. Одна- ко в области вхождения вен в предсердия имеются мышечные утолщения, могущие играть роль жомов, предотвращающих ретроградный ток крови при повышении внутрипредсердного давления в период их систолы. Указанные выше особенности строения резистивного отдела и микро- циркуляторного русла легких обеспечивают низкий уровень сопротивле- ния кровотоку. Поэтому для поддержания кровотока здесь у здорового человека вполне хватает относительно невысокого систолического давле- ния в правом желудочке и легочной артерии (рис. 11.30, 11.31). Оно состав- ляет обычно около 20-24 мм рт. ст. (25-30 гПа), а диастолическое — око- ло 6-12 мм рт.ст. (8-16 гПа). Несмотря на столь низкое АД, благодаря малому сопротивлению резистивного отдела и микроциркуляторного русла в капиллярах давление относительно высокое — в среднем около 6,5 мм рт. ст. (9 гПа). Указанный перепад давления крови вполне доста- точен, чтобы обеспечить продвижение крови в каждом из последующих сосудов. Но в то же время давление достаточно мало, чтобы фильтрация воды в межклеточное пространство была минимальной. Общее сопротивление сосудов малого круга кровообращения в 6-8 раз меньше, чем большого. В силу этого даже существенное увеличение минутного кровотока не приводит к значительному росту АД. Так, четы- рехкратный прирост МОК увеличивает систолическое давление лишь до 35 мм рт. ст. (45 гПа), а диастолическое — до 15 мм рт. ст. (20 гПа). Трансмуральное давление в сосудах легких В то же время в различных участках сосудов малого круга может ме- няться величина трансмурального давления. На его уровень существенное влияние оказывает гидростатическое давление. У вертикально стоящего человека в сосудах верхушки легкого трансмуральное давление на 1.1 мм рт. ст. ниже, а у основания легких примерно на столько же выше, чем сред- нее давление в расположенных почти посредине легких крупных сосудах. На величину трансмурального давления в сосудах малого круга крово- обращения заметное влияние оказывают дыхательные движения. С дыха- тельным циклом меняется наружное давление на стенки экстрапаренхима- тозных артерий и вен: во время вдоха оно уменьшается, а во время вы- доха — увеличивается. При спокойном дыхании наиболее существенные колебания «отрицательности» в плевральной полости происходят в ниж- ней, наиболее функционирующей части легких, вблизи диафрагмы. Пере- пад давлений от верхушки к основанию может достигать 5,5-6 мм рт. ст.
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 479 В результате этого у основания легких трансмуральное давление становит- ся выше. При одышке легкие расправляются более равномерно, а «отрица- тельность» в плевральной полости на высоте вдоха возрастает. Поэтому при глубоком вдохе трансмуральное давление повышается во всех сосудах, а при выдохе, особенно глубоком, оно, напротив, заметно снижается. Эластичные легочные сосуды обладают высокой растяжимостью. Поэ- тому скорость распространения пульсовой волны небольшая (примерно 1,5 -2,0 м/с). Высокая растяжимость сосудов при относительно малом трансмуральном давлении обеспечивает объем крови в легких на уровне 400-600 мл. Так, перемена положения тела с вертикального на горизонтальное при- водит к повышению кровенаполнения легких на 20-25%. Во время вы- полнения физической нагрузки объем крови в легких может возрасти, так как возникающая одышка сопровождается лучшим расправлением всех отделов их. И еще одна особенность: при одышке, в связи с большим ко- лебанием уровня трансмурального давления, скорость кровотока во вре- мя вдоха и выдоха становится неравномерной. Суммарный кровоток через сосуды малого круга кровообращения ра- вен МОК. Средняя линейная скорость в легочной артерии около 0,2 м/с, то есть примерно такая же, как в аорте. Хотя максимальная скорость кро- вотока достигает лишь 0,7 м/с, эластичность и низкое периферическое со- противление обеспечивают поддержание относительно высокой скорости в" легочной артерии и в диастолу. Через капилляры легких кровь течет со скоростью около 0,3-0,4 мм/с, что позволяет эритроциту находиться в них около 1 с. При одышке так же, как и при резком повышении МОК, соответственно ускоряется и линейный кровоток. Низкое гидродинамическое давление приводит к тому, что в малом кру- ге кровообращения кровоток во многом зависит от уровня гидростатиче- ского давления не только в венах, но и в артериях. У вертикально стояще- го человека в верхушках легких трансмуральное давление столь мало, что перфузируется лишь незначительная часть капилляров. Напротив, у осно- вания легких гидростатическое давление суммируется с гидродинамиче- ским, и поэтому капилляры и венозные отделы сосудистого русла растяну- ты. Таким образом, в покое как перфузируются, так и аэрируются преиму- щественно нижние отделы легких, поэтому газообмен совершается доста- точно хорошо. Однако в верхних долях легких может быть несоответствие аэрации части альвеол и кровотока. Здесь кислородом насыщается не вся кровь, и поэтому в смешанной крови вен малого круга НЬОг содержится меньше 100%. К тому же по имеющимся анастомозам часть венозной кро- ви большого круга кровообращения, питающей легочную ткань, вливается в вены малого круга, что дополнительно снижает кислородное насыщение крови, поступающей в левое предсердие, до 96-98 %. При форсированом дыхании количество аэрируемых и перфузируемых альвеол растет, что улучшает условия газообмена.
480 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Особенности регуляции Сосуды малого круга кровообращения находятся под постоянным вли- янием дыхательных движений, которые меняют внешнее давление на них (см. рис. 11.31). Поэтому механизмы регуляции тонуса сосудов здесь бо- лее «грубые». Это выражается в том, что они, с одной стороны, менее чувствительны к изменениям кровотока в них, а с другой — меньше реа- гируют на приходящие вазоактивные вещества и нервную импульсацию. Сниженная реакция резистивных сосудов легких закреплена и морфоло- гически. В них более редко расположены гладкомышечные клетки и меньше плотность нервных терминалей. Среди эфферентов легочных сосудов обна- ружены не только симпатические, но и парасимпатические волокна. Однако назначение всех этих волокон в условиях физиологической нормы еще не совсем ясно. Доподлинно установлен лишь констрикторный эффект при раздражении симпатических нервов. Но и он выражен меньше, чем в сосу- дах большого круга кровообращения. Непосредственный сосудорасширяю- щий эффект парасимпатической НС проявляется не столь четко, чтобы можно было указать на его физиологическую роль. Скорее всего, парасим- патические нервы сосудов легких участвуют в регуляции выделения синап- тических медиаторов симпатического отдела и тем самым дополнительно снижают эффективность их возбуждающего влияния на сосуды. С сосудов малого круга кровообращения начинаются рефлексы, эффе- рентным путем которых являются сосуды не только малого, но и большо- го круга кровообращения, сердца. Тоническое влияние симпатических нервов проявляется в основном на сосуды большого и среднего калибра. Эта реакция опосредована через а-адренергический механизм. Рефлексы с рецепторов большого и малого круга кровообращения усиливают или ослабляют тонус как артериаль- ных сосудов, так и венозных. ^Симпатическое сужение артерий лишь немного увеличивает общее сопротивление кровотоку легких, так как реагируют сужением относительно широкие сосуды? В то же время суже- ние вен способствует уменьшению их емкости и увеличению венозного возврата к левому предсердию. Тем самым легкие участвуют в перерас- пределении крови из малого круга кровообращения в большой, то есть относятся к органам депо-крови. Легочные сосуды реагируют на многие гуморальные вазоактивные сое- динения. Однако эти реакции также менее выражены, чем в других участ- ках сосудистого русла. Констрикцию сосудов артериального и венозного отделов вызывают адреналин и норадреналин. Тучные клетки, присутствую- щие в легочной ткани в большом количестве, являются местными источни- ками гистамина. Гистамин может поступать и с кровью. В зависимости от этого может быть общее или локальное сужение легочных сосудов. Доста- точно сильными констрикторами легочных сосудов являются серотонин и ангиотензин II. Простагландины группы Е оказывают вазодилататорньтй, а группы F— вазоконстрикторный эффекты. Кроме указанных соединений, образующихся в ткани легких, в мест-
Глава 11, СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 481 ной регуляции тонуса сосудов принимают участие газы крови. При сни- жении Р4О2 или повышении Р4СО2 сосуды соответствующих участков легких суживаются^ 11.4.2. Мозговое кровообращение Через сосуды мозга в I мин проходит до 750 мл крови, что составляет около 13% МОК, при массе мозга около 2,0-2,5 % массы тела. То есть мозговой кровоток очень интенсивен и у взрослого человека находится на уровне в среднем 50 мл/мин/100 г. У детей относительная интенсив- ность кровоснабжения мозга на 50-60 % выше, а у пожилых до 20 % ниже. Структурно-функциональные особенности сосудов мозга К головному мозгу кровь притекает по четырем магистральным сосу- дам — двум внутренним сонным и двум позвоночным, а оттекает по двум яремным венам. Вначале артерии основания мозга, ветвясь, образуют сеть пиальных сосудов, находящихся на поверхности мозга. Отдельные ветви их, проникая в глубь мозга, образуют сосудистые сплетения желудочков. Микроциркуляторное русло самого мозга формируется из радиарных сосудов, отходящих от пиальных артерий. Плотность капиллярной сети в различных структурах мозга неодинаковая: в сером веществе больше, чем в белом; в коре больших полушарий, мозжечка и перивентрикулярных яд- рах гипоталамуса больше, чем в остальных отделах мозга. Характерной особенностью микроциркуляторного русла мозга является наличие двух типов капилляров. Центральные, более короткие капилляры обеспечива- ют относительно постоянный кровоток. В отличие от этого, в боковых, более длинных капиллярах, составляющих 75%, кровоток изменчив. Пиальные вены впадают в синусы с жесткой стенкой. Это, с одной сто- роны, препятствует их спадению под влиянием уменьшения уровня транс- мурального давления при перемене положения тела, а с другой — пре- дохраняет от сдавливания при возможном отеке мозга. Между капиллярами и нейронами находятся астроциты, участвующие в создании гематоэнцефалического барьера (ГЭБ). Этот барьер, снижая проницаемость стенки капилляров, уменьшает возможность проникнове- ния многих веществ из крови в ткань мозга. Одной из наиболее характерных особенностей мозгового кровотока яв- ляется его относительное постоянство, автономность. Суммарный объем- ный кровоток мало зависит от изменений центральной гемодинамики. Кровоток в сосудах мозга может изменяться лишь при резко выраженных отклонениях центральной гемодинамики от условий нормы. С другой стороны, повышение функциональной активности мозга, как правило, не влияет на центральную гемодинамику и объем крови, поступающий к мозгу. Лишь при судорожном возбуждении нейронов суммарный кровоток может возрасти в 1,5-2,0 раза. Относительное постоянство кро- вообращения мозга определяется необходимостью создания гомеостати- ческих условий для функционирования нейронов. В мозге нет запасов кислорода, а запасы основного метаболита окисления — глюкозы —
482 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА минимальны, поэтому необходима постоянная их доставка кровью. Кро- ме того, постоянство условий микроциркуляции обеспечивает постоянст- во водного обмена между тканью мозга и кровью, кровью и спинномоз- говой жидкостью. Увеличение образования спинномозговой жидкости и межклеточной воды может привести к сдавливанию мозга, заключенного в замкнутую черепную коробку. Особенности регуляции Автономность мозгового кровотока обеспечивается структурно-функ- циональными особенностями мозговых сосудов и сложной многоуровне- вой системой регуляции. Структурной особенностью мозгового кровото- ка является то, что перед микроциркуляторным руслом мозга находятся сети базальных и пиальных артериальных сосудов. На каждом из них базируется система регуляции. Она имеет не менее трех контуров («эта- жей»), что и обеспечивает высокую степень автономности кровотока. Каждый из уровней механизмов регуляции включает нейрогенный, мио- генный и метаболический компоненты, относительный вклад которых на разном уровне отличается. Можно сказать, что имеется несколько четко выраженных «рубежей обороны», основанных как на соответствующих структурах сосудов, так и на механизмах регуляции их просвета. Наибольшее значение для создания автономности мозгового кровото- ка имеют нейрогенные механизмы регуляции. Практически все артерии и вены имеют двойную вегетативную иннервацию — симпатические и пара- симпатические нервы. Есть сведения и о наличии в некоторых мозговых сосудах пептидергических, серотонинергических, гистаминергических и пуринергических нервных окончаний. Внутримозговые сосуды обладают более низкой чувствительностью к системным нейрогенным влияниям, чем сосуды других областей большо- го круга кровообращения. В результате мозговые сосуды почти не вовле- каются в общую перестройку кровообращения при различных адаптивных реакциях. 'Гак, при раздражении шейных симпатических нервов мозговые сосуды суживаются лишь на 10%, в то время как при аналогичной стиму- ляции в других органах просвет сосудов может уменьшаться в 2 раза. В то же время нейрогенные механизмы самих мозговых сосудов доста- точно активны. Чувствительные к растяжению и химическому составу рецепторы имеются во многих мозговых сосудах. Богаты ими сосуды вилизиева круга, твердой мозговой оболочки, венозные пазухи. Хемо- рецепторы имеются также на поверхности желудочков и в самой ткани мозга. Лервый «рубеж обороны» начинается еще на подступах к мозгу — в ка- ротидном синусе. Рефлексы, зарождающиеся на входе крови в мозг, име- ют большое значение не только для поддержания общей гемодинамики, но и для сохранения автономности кровотока мозга. (При повышении давления (раздражении барорецепторов) сосуды суживаются, чем снижа- ется объем поступающей крови. Падение давления приводит к расшире- нию сосудов и сохранению прежнего кровотока. Соответствующая реак-
Глава 11, СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 483 ция приносящих сосудов сохраняет мозговой кровоток постоянным при изменении системного давления от 70 до 160 мм рт. ст. Время установле- ния скомпенсированного давления в сосудах мозга от 10 до 30 с. _ Два других «рубежа» располагаются в сосудах самого мозга. (Второй «рубеж» включает сосуды вилизиева круга и пиальной оболочки. В его регу- ляции участвуют миогенные механизмы и местные рефлексы. Миогенный контур регуляции заключается в прямых реакциях гладких мышц сосудов на изменение внутрисосудистого давления и метаболизм. Так, при резком повышении давления мышцы сокращаются, что приво- дит к~понП5кёнию интенсивности кровотока в сосудах, находящихся за ними. Метаболический контур регуляции основан на прямом действии на гладкие мышцы сосудов вазоактивных метаболитов и гормонов, прино- симых с кровью или диффундирующих из тканей к сосуду. Чувствительность рецепторов самих мозговых сосудов к соответствую- щим раздражителям более низкая, чем в других отделах сосудистого рус- ла. Изменение параметров газов в крови мозга мало влияет на кровоток. Сосуды расширяются лишь при падении РаО2 ниже 30 мм рт. ст., а начи- нают суживаться при РаО2 выше 300 мм рт. ст. (при дыхании чистым кис- лородом или при гипербарической оксигенации). В отличие от О2, СО2 влияет на мозговые сосуды при параметрах, более близких к физиологи- ческим: сосуды расширяются при РСО2 выше 40 мм рт. ст., а суживаются при РСО2 ниже 26 мм рт. ст. Тритии «рубеж') обороны» располагается на базе микроциркуляторного русла. Основной задачей данного контура ауторегуляции является адек- ватное функциональной активности нейронов снабжение кровью. Эта за- дача решается внутримозговым перераспределением крови при главенст- ве метаболических и местных нейрогенных механизмов регуляции. Боль- шинство метаболитов (Н+, внеклеточный К+, аденозин, простагландины, ГАМК?гистамин, серотонин), поступая из ткани мозга к сосудистой стен- ке, способствуют местному расширению сосудов. Кроме того, метаболи- ты через хеморецепторы запускают местные сосудорасширяющие рефлек- сы. Причем эти рефлексы восходящие, они способствуют расширению и вышележащих артериальных сосудов. Восходящие рефлексы обеспечива- ют расширение не только приносящих сосудов самой ткани мозга, но и близлежащих пиальных сосудов. Естественно, что чем обширнее зоны мозга, увеличивающие свою активность, тем более выражена перераспре- делительная реакция крови. В результате менее активные зоны мозга ро- лучают меньше крови. J'! Прй этом перераспределительная реакция осуществляется с помощью двух основных механизмов: быстрого и медленного. Быстрый механизм обеспечивается местными рефлексами и такими метаболитами, как адено- зин, внеклеточный К+ и Са2+, простагландины. Медленно развивающаяся сосудорасширяющая реакция обусловлена повышением pH, РСО2 в окру- жающей среде.
484 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА 11.4.3. Кровоснабжение органов чревной области В чревной области находятся органы, участвующие в пищеварении и выполнении ряда других функций. В зависимости от функциональной принадлежности органов, кровоток в них различается. Желудочно-кишечный тракт Обычно через сосуды желудка и кишечника проходит около 850 мл/мин крови. Суммарный кровоток желудка в условиях его покоя составляет 20- 40 мл/мин/100 г. Кровоток здесь варьирует в разных слоях и зависит от функционального состояния органа. Так, если в покое через мышечный слой протекает 10-15 мл/мин/100 г, а при поступлении пищи — от 50 до 80 мл, то через слизистую оболочку в покое протекает 50-80 мл, а в период пищеварения — 300-400 мл/мин/100 г. Кровоток в желудке возрастает под влиянием собственных гормонов ЖКТ и других вазоактивных соединений (гастрина, глюкагона, адреналина, гистамина, простагландина Ег, кини- нов, аденозина, повышения PVCO2). Кишечник получает кровь из брыжеечных артерий, отходящих от аорты. Венозная кровь от него так же, как и от желудка, прежде чем возвратиться к сердцу, проходит через печень. Окончатого типа капилляры слизистой тонкого кишечника имеют диаметр отверстий 30-60 нм, что обеспечивает прохождение довольно крупных молекул. Коэффициент капиллярной фильтрации в кишечнике в 8-10 раз больше, чем в скелетных мышцах. В от- сутствие пищи для перфузии открыто лишь 30-40 % капилляров кишечника и кровоток кишечника составляет лишь 7-10 мл/мин/100 г. Кровоток тон- кого кишечника более интенсивен, чем толстого. Суммарный кровоток сли- зисто-подслизистого слоя составляет около 80 %, и лишь 20 % крови прихо- дится на мышечную оболочку. В период пищеварения кровоток усиливает- ся, но интенсификация его происходит главным образом также в слизистом слое. Увеличение кровотока может достигать трехкратного уровня. В осно- ве прироста кровотока лежит влияние вазоактивных метаболитов, пищева- рительных гормонов секретина и холецистокина, а также таких биологиче- ски активных соединений, как серотонин, кинины, ионы Н+, СОг. Кроме того, в ауторегуляции кишечного кровотока принимают уча- стие местные рефлекторные дуги и миогенные механизмы. Нейрогенная регуляция осуществляется симпатическими волокнами. Артерии кишеч- ника иннервированы плотнее, чем вены. Поэтому при возбуждении сим- патического отдела ВНС поступление крови к кишечнику может резко уменьшаться. Однако сосудосуживающая реакция проявляется не всегда. Она зависит, с одной стороны, от наполнения кишечника, а с другой — от характера адаптивного ответа. В кишечнике высокий кровоток под- держивается лучше при наличии химуса, чем в пустом. При мышечной нагрузке кровоток в кишечнике существенно снижается лишь в отсутст- вие пищи в ЖКТ.^В то же время эмоциональный стресс может устранить дилатацию и при наличии химуса в кишечнике и тем самым нарушить должное соотношение кровотока и функциональной активности органа.
Глава 11, СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 485 После приема пищи в системном кровотоке может несколько увели- читься систолическое и снизиться диастолическое давление. Печеночный кровоток Кровоснабжение печени отличается тем, что кровь к ней притекает по ар- терии и воротной вене. По воротной вене кровь поступает, пройдя предва- рительно через кишечник, поджелудочную железу, селезенку. Кровь в пече- ни обеспечивает выполнение как трофической, так и секреторной, экскре- торной, синтетической и ряда других функций органа. Поэтому кровоток в ней происходит С избытком. Но в некоторых условиях кровоснабжение печени временно может быть снижено. Этим обеспечивается участие печени в перераспределении крови, то есть депонирующая, функция печени. В по- кое через печень проходит около 25 % МОК — до 1400 мл/мин, из которых по печеночной артерии поступает лишь до 350 мл/мин крови. Около 800 мл крови печень получает от желудка и кишечника, 250-300 мл/мин — от селе- зенки и поджелудочной железы. От этих органов в печень поступает кровь, содержащая еще достаточно высокий уровень кислорода, и поэтому 60 % его печеночные клетки получают из венозной крови. 40 % кислорода печень получает из артериальной крови. Основной механизм регуляции печеночного кровотока — нейрогенный. Симпатические нервы, суживая сосуды, выполняют перераспределитель- ную функцию. Рефлексы системного кровотока с рецепторов синокаро- тидной зоны, легочных сосудов и устья полых вен снижают печеночный кровоток и тем самым увеличивают венозный возврат крови к сердцу. Местная метаболическая регуляция печеночного кровотока подчинена центральной — рефлекторной. Кровоснабжение селезенки Селезенка является одним из звеньев макрофагальной и лимфоидной систем организма. В системе кровообращения она выполняет примерно ту же функцию, что и лимфатические железы для лимфотока. Кровь, про- ходя с относительно низкой скоростью через синусы селезенки, фильтру- ется, из нее изымаются состарившиеся и поврежденные эритроциты, чу- жеродные антигены и другие вредные вещества. Эритроциты захватыва- ются макрофагальными элементами и разрушаются. Продукты их распа- да поступают в печень. Селезенка кроме выполнения обменной функции принимает участие в обеспечении иммунитета. Селезенка человека, в отличие от селезенки собаки, лошади и ряда дру- гих животных, не выполняет сколь-либо заметную функцию депо крови. В норме в ней находится не более 60-100 мл крови, что составляет лишь 1,5-2,0% ОЦК, в то время как у выше названных животных в селезенке депонирующего типа содержится значительно больший процент ОЦК. Основным структурным отличием селезенки обменного типа от депони- рующего является малое количество гладкомышечных клеток как в пуль- пе, так и ее капсуле. Нервы входят в селезенку преимущественно в сосудистом сплетении и
486 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА в меньшей степени, независимо от них, образуя сеть, иннервирующую ве- нозные синусы, капилляры и ретикулярный синцитий. При повышенной симпатической импульсации сосуды селезенки суживаются, и кровоток через нее понижается. Сокращение сосудов селезенки происходит также и под влиянием таких вазоактивных соединений, как ангиотензин II, вазо- прессин, адреналин, серотонин, простагландины, брадикинин. Напротив, такие вещества, как гистамин, аденозин, расширяют сосуды. Обычно че- рез селезенку протекает лишь до 120-150 мл/мин крови. Таким образом, несмотря на относительно меньшую депонирующую возможность, селе- зенка человека также принимает участие в перераспределительных реак- циях крови. Однако при некоторых заболеваниях размер селезенки увели- чивается (спленомегалия) и растут ее депонирующие возможности. 11.4.4. Внутриутробный кровоток В небеременной матке кровоток (30-40 мл/мин) выполняет главным образом трофическую функцию, и поэтому его интенсивность колеблется в соответствии с метаболизмом органа. При развитии беременности ин- тенсивность кровотока в матке возрастает в 20-40 раз. Имплантация эмбриона сопровождается расширением маточных сосу- дов и образованием лакун, содержащих материнскую кровь. Здесь совер- шаются обменные процессы с кровью плода, поступающей по капилля- рам ворсинок хориона. Между кровью матери и плода имеется плацен- тарный барьер, состоящий из эндотелия капилляров пупочных сосудов и двух слоев клеток, образующих стенки хориональных ворсинок. Толщина его 2-6 мкм, то есть несколько больше, чем легочной мембраны. Переход веществ через плацентарный барьер происходит путем диффузии и актив- ного транспорта. По градиенту концентрации диффундируют газы, глю- коза, аминокислоты. Однако многие вещества в крови плода содержатся в большей концентрации, чем в материнской. А это свидетельствует о на- личии и активного транспорта. Примером таких веществ являются ионы Na+, К+, Са2+, витамины Вь В6, Bn, С. Как правило, плацентарный барь- ер непроницаем для веществ с молекулярной массой более 300. Но из этого правила есть исключения. Например, через плаценту не проходит адреналин, обладающий молекулярной массой 183, но проникают круп- ные белки у-глобулины, являющиеся антителами. К концу беременности по сосудам матки проходит до 700-800 мл/мин крови, что почти в 2 раза выше кровотока через плаценту со стороны плода. Проницаемость для О2 у плацентарной мембраны ниже, чем у ле- гочной. Это частично компенсируется более высоким сродством гемогло- бина плода (HbF) к кислороду. В организм плода артериальная кровь от плаценты поступает по не- парной пупочной вене (рис. 11.37). Часть ее сразу поступает к печени, что обеспечивает интенсивное ее развитие. Кровь, пройдя печень, вливается в нижнюю полую вену, где вместе с другой частью артериальной крови смешивается с венозной, идущей от нижней половины тела. Наряду с
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 487 | Рис. 11.371---------------------------------- Кровообращение и газовые параметры крови пло- да: а — легочная артерия; б—легочная вена; в — овальное отверстие; г — пупочная вена; д — веноз- ный проток; е — портальная вена; ж — маточная вена; з — маточная артерия; и — материнская кровь (по Gay) этой, более оксигениро- ванной, кровью из ниж- ней полой вены в правое предсердие поступает и венозная кровь из верх- ней полой вены. Часть крови из право- го предсердия через овальное отверстие на- правляется в левое пред- сердие и далее в левый желудочек и аорту. Дру- гая часть крови поступа- ет в правый желудочек и легочный ствол. А так как легкие у плода не функционируют, то поч- ти вся кровь и из правого желудочка через батал- лов проток также на- правляется в аорту. Однако в правом пред- сердии не происходит полного смешивания кро- ви, поступающей из ниж- ней и верхней полых вен. Более артериализирован- ная кровь нижней полой вены благодаря выступу на стенке правого пред- сердия направляется пре- имущественно в левую по- ловину сердца. Эта кровь из дуги аорты прежде всего поступает в коронар- ные сосуды, к мозгу и верхним конечностям, что является одним из усло- вий, обеспечивающих более лучшее развитие указанных частей тела во внутриутробном периоде. Оставшаяся кровь, смешиваясь с венозной кровью баталлова протока, через нисходящую аорту направляется к орга- нам нижней половины туловища и плаценте. К концу беременности оба желудочка функционируют параллельно и перекачивают в 1 мин до 750 мл крови. Около 60% этого количества по- ступает к плаценте, а остальные 40 % — к тканям плода. Перестройка кровотока в раннем постнатальном периоде После рождения прекращение плацентарного кровообращения значи- тельно изменяет условия кровотока у плода. Выключение пупочных арте- рий резко увеличивает периферическое сопротивление большого круга
488 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА кровообращения. Это приводит к росту АД с 60-70 мм рт. ст. в конце беременности до 85-90 мм рт. ст. после рождения. С другой стороны, на- чало легочного дыхания почти в 5 раз снижает гидродинамическое со- противление сосудов малого круга, что обеспечивает резкое увеличение кровотока через них. К тому же прекращение поступления крови из пла- центы приводит к падению объема и давления крови в правом предсер- дии, в то время как резко возросший приток крови по легочным венам увеличивает давление в левом предсердии. В результате возникшего гра- диента давления между предсердиями («слева — направо») закрывается клапан овального отверстия. Обычно к концу второго месяца после рож- дения начальное, функциональное закрытие замещается заращением это- го отверстия. Сразу после рождения вследствие повышения давления в аорте и сни- жения давления в легочной артерии часть крови через баталлов проток течет навстречу потоку, шедшему во внутриутробном периоде из легоч- ной артерии в аорту. Но вскоре, в результате сокращения гладких мышц протока, кровоток по нему снижается, а спустя 1-8 суток почти полно- стью прекращается. Основной причиной сокращения гладких мышц явля- ется реакция самих гладкомышечных клеток на увеличение напряжения кислорода в аортальной крови, поступающей теперь из легких. Но если почему-либо произойдет снижение уровня РаО1, то артериальный про- ток может вновь открыться. Спазм протока приводит к ишемии самой стенки, что способствует развитию в ней соединительной ткани и анато- мическому закрытию протока. Обычно это происходит в период 2-5 ме- сяцев. Особенности регуляции Во внутриутробном периоде механизмы регуляции кровотока еще несовершенны. Хотя сосуды хорошо иннервированы уже с 4-го месяца и рано появляются рефлексогенные зоны, но рефлексы с них еще слабые. У плодов в большей степени выражены миогенные и гуморальные меха- низмы регуляции. Тонус сосудов обусловлен в основном автоматией мы- шечных клеток, реакцией их на давление и гормонально-метаболические факторы. На тонус сосудов существенное влияние оказывает напряжение кислорода в крови: при снижении уровня РаО2 тонус сосудов некоторых органов ослабевает; при повышении, напротив, возрастает. При гипоксии растет ЧСС, суживаются сосуды скелетных мышц,'кожи, увеличивается кровоток по пупочным сосудам. Норадреналин и вазопрессин увеличива- ют ток крови через плаценту, а ангиотензин II уменьшает. После рождения системы регуляции кровообращения совершенствуют- ся постепенно. Этот процесс заканчивается лишь к окончанию полового созревания. В первую очередь появляются механизмы, обеспечивающие метаболическую и гуморальную регуляцию. Так, ренин-ангиотензин-аль- достероновая система включается в регуляцию кровообращения уже у но- ворожденных. Наиболее активное формирование рефлекторных механиз- мов регуляции кровотока происходит в период становления двигательной
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 489 системы ребенка. Вначале, примерно к концу года, формируются рефлек- сы с хеморецепторов, а в последующем постепенно и с барорецепторов. До 7-8 месяцев еще нет выраженного депрессорного рефлекса с бароре- цепторов синокаротидной и аортальной зон. 11.5. НАРУШЕНИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ НЕДОСТАТОЧНОСТЬЮ ФУНКЦИИ СЕРДЦА 11.5.1. Гипоксия Недостаточность кровообращения, прежде всего, приводит к циркуля- торной гипоксии. Из всех функций, выполняемых кровью при ее циркуля- ции по кровеносной системе, доставка кислорода к тканям оказывается наиболее ранимой, в первую очередь нарушающейся функцией. Осталь- ные функции если и страдают, то значительно позже и в меньшей степени сказываются на функциях других органов и систем организма. Поэтому компенсация нарушений, обусловленных гипоксией, является основной при развитии недостаточности кровообращения. Естественно, что вклю- чение компенсаторных механизмов всецело определяется стадией разви- вающейся недостаточности. Среди механизмов компенсации гипоксии можно выделить следующие. Так как газотранспортная функция кроме сердечно-сосудистой системы зависит еще от крови (в первую очередь от концентрации в ней эритро- цитов и гемоглобина) и легких, а в тканях — от активности метаболизма, то и компенсаторные реакции определяются участием этих систем. Со стороны крови это — возрастание концентрации эритроцитов, а в них — увеличение содержания гемоглобина и 2,3-ДФГ. Последний обес- печивает лучшую дезоксигенацию оксигемоглобина и оптимизацию усло- вий поступления кислорода к тканям. Со стороны легких эта компен- сация осуществляется главным образом путем одышки. В тканях активи- руются пути бескислородного образования АТФ и, в частности, гликолиз. Но необходимо учитывать, что любая функция органа проявляется в двух состояниях организма: физиологическом покое и при адаптации к какой-либо деятельности. Поэтому, говоря о развивающейся при недо- статочности кровообращения гипоксии, нужно иметь в виду, что одними из наиболее мощных потребителей кислорода являются функционирую- щие скелетные мышцы. И от уровня их активности во многом зависит, будет ли проявляться состояние компенсации или декомпенсации при не- достаточности кровообращения. Поэтому при начальных стадиях недо- статочности кровообращения организм компенсирует ее снижением мы- шечной активности: в покое гипоксия может еще и не ощущаться. Лишь при далеко зашедшей недостаточности явления гипоксии становятся выраженными и в покое, когда проявляется весь указанный выше спектр механизмов, обусловленный недостаточностью кровообращения и его компенсации.
490 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА 11.5.2. Трофика миокарда и ее нарушение Энергетика мышечного сокращения АТФ в любой мышце, в том числе и сердечной, необходима: - для сокращения (образования мостиков), - расслабления (разрыва мостиков), - работы Са-насоса, - работы Na.K-насоса. Для обеспечения механической работы никогда «не отдыхающего» сердца требуется много энергии. Однако в саркоплазме кардиомиоцитов АТФ относительно немного. Поэтому должен постоянно происходить ее ресинтез, что осуществляется следующими путями: - креатинфосфокиназным, - гликолитическим, - аэробным окислением. В норме в миокарде АТФ образуется главным образом путем окисле- ния, для которого необходимо постоянное поступление большого количе- ства Ог- Сердце — «всеядный» орган. В нем окислению подвергаются жирные кислоты, углеводы, аминокислоты и даже молочная кислота, которая, на- пример, при физической нагрузке поступает в большом количестве в кровь из скелетных мышц. Для обеспечения окисления интенсивно поглощается О2: из протекающей крови миокард забирает максимально возможное количество кислорода, так что артериовенозная разность по О2 доходит до 14 мл О2/100 г крови. Таким образом, кровь, проходящая через миокард, отдает 3/4 всего кислорода, тогда как в подавляющем большинстве других органов — менее Ц. В миокарде имеется некоторый запас кислорода в виде связанного с миоглобином. Здесь он обеспечивает окислительные процессы в тех уча- стках, кровоснабжение в которых на короткий срок снижается или пре- кращается полностью. К примеру, это постоянно происходит при систоле левого желудочка. У миоглобина так же, как и у оксигемоглобина, скоро- сть диссоциации, обеспечивающая освобождение кислорода, находится в зависимости от уровня РО2: миоглобин начинает отдавать кислород лишь тогда, когда напряжение О2 в мышечных клетках падает ниже 10— 15 мм рт. ст. Активность анаэробных путей метаболизма здесь обычно достаточно низка, и поэтому в случае ухудшения кровообращения значительно нару- шаются все физиологические свойства кардиомиоцитов. Особенно суще- ственно при этом изменяется Са2+-проницаемость. Гипоксия, закисление саркоплазмы (pH ниже 6,7) резко уменьшают количество активных мед- ленных Са-каналов. Это приводит к ухудшению возбудимости и сократи- мости кардиомиоцитов. При полном прекращении кровотока через 30- 40 мин в миокарде наступают необратимые изменения, так что восстано- вить деятельность сердца по истечении этого срока уже невозможно.
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 491 Коронарный кровоток Ритмичность сердечной деятельности накладывает соответствующий отпечаток на кровоснабжение самого миокарда: кровоток максимален в диастолу и минимален в систолу. В то же время высокая метаболиче- ская активность миокарда сопровождается чрезвычайно интенсивной утилизацией О2 из протекающей крови. Остающееся минимальное коли- чество оксигемоглобина в оттекающей венозной крови практически лишает миокард резерва утилизации кислорода из крови. Поэтому при увеличении функциональной активности сердца пропорционально дол- жен возрастать кровоток через коронарные сосуды. Коронарные артерии являются первыми ветвями аорты. Вначале арте- рии проходят снаружи сердечной мышцы, а затем, при достижении диа- метра 1-2 мм, отдают ветви в глубь сердечной стенки почти под прямым углом. Интенсивность васкуляризации нарастает от эпикарда к эндокар- ду. Но тонкий слой миокарда, непосредственно прилежащий к эндокарду, почти не содержит сосудов и кислород получает в основном из полостей желудочков. Слабо васкуляризована и проводящая система сердца. Отток крови от большинства отделов сердца осуществляется в коро- нарный синус, открывающийся в правое предсердие. Кровь передних от- делов правого желудочка оттекает в полости правой половины сердца. В коронарные артерии поступает около 5 % МОК, что в покое состав- ляет около 250 мл/мин. В левой коронарной артерии в начале систолы ток крови почти полностью прекращается, а в диастоле, когда напряже- ние стенки снижается, резко возрастает. В бассейне правой коронарной артерии во время систолы напряжение миокарда меньше, поэтому крово- ток здесь лишь несколько снижается. Напротив, во время систолы желу- дочков отток крови из коронарного синуса резко возрастает. Особенности регуляции Эпикардиальные и интрамуральные артерии имеют хорошо выражен- ный мышечный слой. Коронарные артерии иннервированы симпатиче- скими и парасимпатическими нервными волокнами. В стенках вен име- ются лишь симпатические волокна. Эфференты сосудов и самого миокар- да тесно переплетены. В силу этого'симпатическая стимуляция миокарда сопровождается, как правило, расширением коронарных артерий.’ Но ' этот эффект не всегда обусловлен непосредственным расширением арте- рий симпатическими нервами. Скорее всего, чаще происходит косвенное влияние через усиление норадреналином сердечных сокращений и мета- болизма миокарда: коронарные артерии расширяются под воздействием образующихся метаболитов. Гладкие мышцы коронарных артерий содержат и адренорецепторы. Взаимодействие НА с а-рецепторами суживает сосуды, а с [^рецептора- ми — расширяет. Однако под влиянием продуктов метаболизма (аденози- ном, простагландинами, К+, СО2) чувствительность а-рецепторов к ме- диатору резко понижается. В результате при интенсификации сердечной
492 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА деятельности сосудорасширяющий эффект может быть достигнут и при наличии высокой плотности а-рецепторов. При изолированном раздражении парасимпатических нервов, подходя- щих к артериям сердца, как и при введении ацетилхолина, сосуды расши- ряются. В то же время в реальных условиях ослабление функции сердца vagw.s’oM приводит к сужению коронарных артерий, что опосредуется меньшей потребностью миокарда в кислороде. Таким образом, основным регулятором коронарного кровотока при из- менении функции сердца является метаболизм миокардарл обеспечение его О2. Малейшая гипоксия или гипоксемия приводят к расширению коронар- ных сосудов. При этом одним из наиболее мощных вазоактивных метабо- литов является ддёнозин; Его эффект усиливается при снижений в интер- стиции миокарда pH, повышении РСОг, К+. Мощное сосудорасширяющее влияние оказывают простагландины. Причем образующиеся в миокарде метаболиты оказывают и прямое влияние на гладкие мышцы коронарных сосудов. В результате комплекса воздействий при повышении произво- дительности сердца происходит пропорциональный росту МОК прирост коронарного кровотока и в сердце поступают все те же 4-5 % МОК. Нарушение коронарного кровотока Чаще всего коронарный кровоток нарушается вследствие атеросклеро- за или тромбоза какой-либо ветви коронарной артерии. Однако запас просвета этих артерий такой, что в случае стеноза существенное ухудше- ние кровоснабжения наблюдается: в покое — лишь при уменьшении диа- метра на 80 %, а в условиях выполнения мышечной нагрузки — на 50 %. В то же время выраженность нарушения гемодинамики зависит и от ряда дополнительных факторов. К ним относятся: степень развитости коллате- рального кровообращения, тонус коронарных сосудов, АД (особенно ди- астолическое), гематокрит, степень диссоциации оксигемоглобина. Атеросклероз коронарных артерий Основной причиной (около 99 %) ишемической болезни сердца (ИБС) яв- ляется атеросклероз коронарных артерий. В свою очередь, около 65% всех заболеваний сердечно-сосудистой системы приходится на ИБС. Атеросклероз коронарных артерий поражает преимущественно крупные артерии, расположенные непосредственно за коронарными синусами. Склеротические бляшки, как правило, не встречаются в глубоких артери- ях, проходящих в толще миокарда. Тромбоз коронарной артерии Склеротическая бляшка или другие повреждения эндотелия могут по- служить причиной формирования тромба. Но при агрегации тромбоци- тов и их взаимодействии с эндотелием сосудов происходит еще и повы- шенное выделение в последних простациклина. Наиболее активный из них — тромбоксан А2, являющийся одним из самых мощных вазокон- стрикторов.
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 493 Спазм коронарных артерий Спазм коронарных артерий также достаточно частая причина наруше- ния кровоснабжения миокарда. Но в «чистом» виде коронароспазм встре- чается редко. У большинства больных со спазмом коронарных артерий обнаруживаются, признаки коронарного атеросклероза. Спазм коронарных артерий вызывает существенные изменения ЭКГ. Из них наиболее типич- ными являются транзиторный подъем сегмента ST и появление (2-волны. Подробнее генез спазма сосудов рассматривается ниже. Ишемия миокарда Ишемия миокарда — состояние относительного дефицита поступления кислорода с кровью по отношению к глобальным или локальным потреб- ностям сердца в кислороде. Ишемия возникает при нарушении поступле- ния крови по коронарным сосудам или при чрезмерной гипертрофии ка- кого-либо отдела сердца. Следствием ишемии являются: - нарушение процесса электромеханического сопряжения, приводящее к снижению или полной потере сократительной активности; - развитие аномальной электрической активности, которая может при- вести к возникновению различного рода аритмий; - постепенное повреждение структуры клеток вплоть до необратимой их гибели (инфаркт миокарда). Кроме того, при ишемии происходят изменения в адренергической ин- нервации. С одной стороны, на мембране кардиомиоцитов возрастает плот- ность а- и [3-адренорецепторов, а с другой — увеличивается выделение ме- диатора— норадреналина. Воздействие повышенного количества катехо- ламинов на измененную популяцию рецепторов играет определенную роль в возникновении спазма сосудов и развитии ишемического поражения. Тотальная ишемия Полное прекращение коронарного кровотока сопровождается относи- тельно быстрым истощением запасов макроэргов. Истощение запасов кислорода приводит к переходу миокарда на анаэробный путь ресинтеза АТФ. Это сопровождается: - развитием ацидоза, - перераспределением ионов и жидкости между внутриклеточным и вне- клеточным пространствами, - нарушением сократимости с последующим изменением структур, - полным некрозом клеток. Причем необратимые изменения в кардиомиоцитах левого желудочка развиваются быстрее, чем в кардиомиоцитах правого желудочка и прово- дящей системы. Можно выделить три фазы развития процесса при тотальной ишемии миокарда: - I фаза — латентный период, - II фаза — период выживания, - III фаза — период возможности восстановления функций сердца.
494 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА В латентный период функции еще не изменяются. При этом кислород поступает из «запасников»: оксигемоглобина крови, оксимиоглобина, фи- зически растворенного. К примеру, в мышце левого желудочка такого кислорода содержится около 2 мл/100 г. Но этого количества кислорода хватит не более чем на несколько секунд (1-20 с) работающего сердца. Обычно кислород, связанный с миоглобином, в миокарде обеспечивает окислительные процессы в тех участках, кровоснабжение в которых на короткий срок снижается или прекращается полностью, как, например, при систоле левого желудочка. Миоглобин начинает отдавать кислород, когда РО2 в мышечных клетках падает ниже 10-15 мм рт. ст. Как только уровень РО2 станет ниже 5 мм рт. ст., миокард переходит на анаэробный путь. Но при гликолизе вырабатывается далеко не доста- точное количество макроэргов, чтобы обеспечить все процессы функцио- нирующего сердца. В результате первым снижается уровень креатинфос- фатов. При содержании КФ ниже 3 мкмоль/г ткани левого желудочка на- блюдается нарушение его сократимости вплоть до полной остановки сердца. Гипоксия, приводя к внутриклеточному ацидозу, блокирует на мембране кардиомиоцитов медленные Са-каналы, угнетая тем самым со- кратительную активность. Остановка сердца происходит при еще сохранившемся некотором коли- честве А ТФ. Эта энергия расходуется на поддержание целостности струк- тур кардиомиоцитов, сохранение ионных градиентов, так как выключает- ся наиболее энергоемкая функция — сократимость. В этом проявляется эффект самозащиты сердца, так как «не растраченная» на сокращение АТФ обеспечивает жизнеспособность кардиомиоцитов. И если гипоксия будет ликвидирована, то сохранившиеся кардиомиоциты вновь включа- ются в выполнение своей нагнетательной функции. В связи с этим данный период и называется периодом выживания. Этот период продолжается не более 5 мин. Углубление ситуации приводит уже к уменьшению и содержания АТФ. И если уровень А ТФ снизится ниже 2 мкмоль/г (для левого желудочка), то полного восстановления функций сердца не произойдет. Длительность фазы от начала ишемии до предела обратимости повреждений при аноксии — не более 40 мин. Возникающий при инфаркте болевой синдром (см. «Боль») вызывает эмоциональную стресс-реакцию. При этом в крови появляется комплекс соответствующих гормонов, которые, как правило, обладают вазокон- стрикторным действием. В результате некротизация сердечной мышцы углубляется, что расширяет зону инфаркта. Гипоксия миокарда и нарушение ионной проницаемости В условиях гипоксии быстрее других нарушается функция натрий-ка- лиевого насоса. Повышение проницаемости клеток приводит к накопле- нию внутри них ионов натрия, хлора, а снаружи — калия. Посупление в цитоплазму кардиомиоцитов Na+ и СГ способствует их разбуханию в связи с привлечением воды. С другой стороны, изменение ионной про-
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 495 ницаемости существенно нарушает нормальное протекание процессов возбуждения. Так,’утечка ионов калия из клетки приводит к понижению уровня мембранного потенциала. . “ПсЗтёря калия при гипоксии обусловлена: - возрастанием в клетке концентрации свободного кальция; - снижением активности натрий-калиевой помпы; - влиянием самого возросшего внеклеточного калия, что само по себе дополнительно повышает проницаемость мембраны для этого иона. Увеличение калиевой проницаемости приводит к уменьшению дли- тельности потенциала действия за счет укорочения фазы плато. Кроме того, повышение внеклеточной концентрации ионов калия может быть одной из причин деполяризации кардиомиоцитов проводящей системы. В результате возрастает частота их спонтанной активности, что наблюда- ется при острой ишемии. При сохранении ищемии этот феномен посте- пенно исчезает. Наиболее часто при ишемии происходят изменения кальциевого транс- мембранного транспорта. В результате клетки перегружаются свободным кальцием. Примечательно, что это происходит как при гипоксии, так и после ее снятия при реперфузии (см. ниже). Снижение уровня АТФ и КФ при гипоксии приводит к падению активности кальциевого насоса как на сарколемме кардиомиоцитов, так и в саркоплазматическом ретикулуме их. В результате резко уменьшается выведение этого иона из цитозоля. Происходящее одновременно снижение активности натрий-калиевого на- соса вносит свою лепту в рост уровня внутриклеточного кальция, так как падает активность натрий-кальциевого сопряжения. Весьма существенно, что при этом ионы кальция в большом количест- ве накапливаются в митохондриях. В результате активность синтеза АТФ в них снижается. Поэтому, чем меньше ткань сердца успела накопить ионов кальция в митохондриях при ишемии, тем лучше будет восстанов- ление ее функции. В ишемизированных клетках обычно возрастает длительность ре- фрактерного периода. Период абсолютной рефрактерное™ может зани- мать все время развития потенциала действия и даже распространяться на диастолу, а относительная рефрактерное™ может захватывать большую часть диастолы. Более того, нередко наблюдается аномальное соотноше- ние: чем больше частота сокращения сердца, тем продолжительнее пери- од рефрактерности. При длительной ишемии характер ионной проницаемости в различных участках очага может сильно варьировать. Наряду с укорочением процес- са реполяризации может быть и его удлинение. Одной из причин измене- ний, происходящих в клетках на поздних стадиях ишемии, может быть влияние ишемических продуктов. Повышение содержания лактата, лизо- фосфоглицеридов, СО2, ацидоз замедляют реполяризацию кардиомио- цитов.
496 Раздел П. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Взаимоотношение между внутрисердечным давлением и напряжением стенки Согласно закону Лапласа, повышение давления внутри желудочков при сокращении связано с уменьшением их размеров. Рост давления ми- окарда на кровь сопровождается развитием напряжения в самой стенке, величина которого может быть определена по формуле Pt = Fy-, (11.10) где Pt — давление; F— напряжение в стенке сердца; d— толщина стенки; г — радиус. Если условно принять желудочек за сферу, радиус которой в период из- гнания уменьшается, а толщина стенки увеличивается, то приведенная вы- ше формула свидетельствует о том, что с возрастанием давления напряже- ние стенки увеличивается. Исходя из формулы (11.10), напряжение растет пропорционально радиусу и обратно пропорционально толщине стенки: F=Pt^. (И.И) Инфаркт миокарда и напряжение в стенке сердца Естественно, что с ростом напряжения в самой сердечной мышце во время систолы приходится считаться при ряде патологических состояний. Так, при инфаркте, когда миокардиальные клетки разрушаются или заме- няются менее прочной соединительной тканью, в этом месте стенка серд- ца начинает выпячиваться. И во время систолы, особенно левого желу- дочка, стенка может разорваться. Реперфузия После остановки сердца восстановление кровотока также сопровожда- ется существенными сдвигами его физиологических характеристик. Мож- но указать на несколько основных механизмов, приводящих к этому. Так, весьма существенно, что даже после короткой ишемии реперфузия приво- дит к значительному повышению (более чем в 5 раз) концентрации ионов кальция в сарколемме кардиомиоцитов. Поступивший в цитозоль кальций в нем остается, так как из-за отсутствия макроэргов не функционирует кальциевый насос. Для того чтобы реперфузия привела к восстановлению функции кардиомиоцитов, необходимо сохранение в них определенно- го уровня макроэргов. Восстановление подачи кислорода не приведет к развитию клеточных аномалий, если уровень АТФ не снижался ниже 5 ммоль/г сухой ткани. И, напротив, при понижении АТФ ниже 2 ммоль/г реоксигенация или реперфузия даже ускорят начавшийся процесс разруше- ния мембран. Причем снижение способности миокардиальных митохонд- рий при ишемии синтезировать АТФ при реперфузии усугубляется парал- лельно повышению концентрации внутриклеточного кальция. Вследствие того, что кальций является одним из внутриклеточных ре- гуляторов, возрастание уровня свободных ионов кальция в цитозоле при- водит к активации кальцийчувствительных протеаз и фосфолипаз, что вызывает необратимые изменения целостности сарколеммы и других
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 497 мембранных структур. Последнее, в свою очередь, приводит к дальнейше- му поступлению кальция в саркоплазму как из внеклеточного простран- ства, так и из внутриклеточных депо. Это может вести к росту свободного кальция в цитозоде даже при сохранении суммарного его содержания в кардиомиоцитах. Увеличение концентрации кальция (и связанного с ним натрия) и паде- ние pH в цитозоле вызывают разобщение клеток в результате повышения сопротивления нексусов. Кроме того, рост концентрации свободного кальция в цитозоле приводит к нарушению процессов сопряжения воз- буждения и сокращения клеток. I Опасность поступления кальция в цитозоль из внеклеточной среды дик- тует необходимость отказа от применения ионов кальция в реперфузион- ной жидкости. 11.5.3. Нарушение возбудимости и проводимости Среди прочих механизмов расстройства кровообращения нарушения возбудимости и проводимости сердца происходят особенно часто. Основ- ными причинами их являются патологические изменения элементов про- водящей системы клеток синусного узла (нарушение возбудимости и ав- томатизма) или путей проведения импульсов от узлов к миокарду желу- дочков (нарушение проводимости), ионные изменения. Нарушение анатомической или функциональной целостности проводя- щей системы сердца приводит к снижению скорости или даже к прекраще- нию проведения возбуждения по какому-либо участку проводящей систе- мы. В результате изменяется последовательность возбуждения отделов сердца. К примеру, при полной блокаде атриовентрикулярного проведе- ния предсердия и желудочки могут сокращаться отдельно в собственном ритме, задаваемом, их водителями. Но частичное снижение проводимости не всегда сильно отражается на насосной функции сердца, и, например, у некоторых практически здоровых людей только электрокардиографически можно обнаружить наличие неполной блокады правой ножки пучка Гиса. При нарушении возбудимости и проводимости проявляется еще один эффект, который можно отнести к дополнительному свойству миокар- да, — аберрантность. Аберрантность — это патологическое проведение импульсов по предсердиям и желудочкам. Оно возникает в тех случаях, когда импульс, посупающий в соответствующий отдел сердца, застает один или несколько пучков проводящей системы в состоянии рефрактер- ности. А это, естественно, изменяет направленность и скорость распрост- ранения возбуждения. К примеру, при блокаде правой ножки пучка Гиса возбуждение не может своевременно поступать к миокарду правого желу- дочка, оно начинает поступать необычным путем — от левого желудочка. В результате возбуждение в правом желудочке начинается позже, чем в левом, а значит, запаздывает и начало его сокращения. Детально все вопросы, связанные с патогенезом нарушения возбудимо- сти, так же, как и их электрокардиографическая характеристика, подробно рассматриваются при изучении терапии, а поэтому в данной книге разби-
498 Раздел И. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА раться не будут. Остановимся вкратце лишь на физиологической характе- ристике некоторых механизмов нарушения ритма сердца. Механизмы нарушения ритма сердца Можно выделить три основных механизма изменения ритмичности в водителях сердечного ритма: - увеличение или уменьшение скорости спонтанной деполяризации, - колебания порога возбудимости, - колебания уровня потенциала покоя. Возникновение синусовой тахикардии происходит в результате возраста- ния скорости диастолической деполяризации в клетках СУ, что способ- ствует более быстрому достижению порогового уровня. В ряде случаев к этому же приводит снижение уровня потенциала покоя или порогового потенциала. В основе нарушения ритма сердца лежит множество причин, хотя все они обусловлены двумя основными разновидностями: - эктопическим очагом, - возвратным возбуждением типа re-entry. I. Нарушение образования импульсов. Основные причины: - усиление или угнетение автоматизма клеток синусного узла, - усиление автоматизма латентных водителей ритма, - возникновение автоматизма в поврежденных сократительных клетках, - замедление реполяризации клеточных мембран, - ранняя постдеполяризация, - асинхронная реполяризация, частичная деполяризация некоторых кле- ток и возникновение местной разности потенциалов. II. Нарушение проведения импульсов. Физиологических механизмов, при- водящих к нарушению проведения импульса, много. В качестве основ- ных можно выделить следующие: - состояние рефрактерное™, - анатомические (органические) повреждения и дефекты проводящей системы, - частичная деполяризация клеточных мембран, - неполная реполяризация (гипополяризация) клеточных мембран, - снижение возбудимости, - изменение характера электрического ответа клеточных мембран, - скрытое проведение потенциала действия, - супернормальное проведение импульсов. III. Множественные фибрилляции и re-entry типа трепетания или рецип- рокных импульсов (см. ниже). IV. Комбинированные нарушения образования и проведения импульсов'. - парасистолия (гипополяризация + спонтанная диастолическая деполя- ризация), - блокада входа в эктопические центры, - блокада выхода из эктопических центров.
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 499 Существуют три основных механизма изменения ритма в водителях сердечного ритма: 1) увеличение или уменьшение скорости спонтанной деполяризации, 2) колебания порога возбудимости, 3) колебания уровня потенциала покоя. Замедление постдеполяризации является результатом, главным обра- зом, кальцийзависимых электрофизиологических нарушений, которые обусловлены перегрузкой клеток ионами кальция при высокой частоте стимуляции. Перегрузка ионами кальция приведет к аритмогенезу, когда уровень его в клетке оказывается достаточным, чтобы вызвать осцилля- торное освобождение кальция из саркоплазматического ретикулума. Механизмы возвратного возбуждения (re-entry) Локальное нарушение проведения импульсов (результат инфаркта, раз- вития склеротической бляшки, рубца и т. п.) может быть причиной появ- ления повторного входа волны возбуждения или возвратного (re-entry) возбуждения. При этом место возникновения возвратного возбуждения должно быть возбудимым, иначе из-за рефрактерности миокарда при- шедшая сюда «окольным» путем волна была бы также приостановлена. В ряде случаев Л5-блокада может способствовать возникновению re-entry с участием ЛВ-узла. Примером скрытого проведения может быть прохождение импульса через некоторые структуры ЛВ-узла с последующей его остановкой здесь из-за отсутствия поляризации желудочков. Возникновение синусовой тахикардии происходит в результате возра- стания скорости диастолической деполяризации в клетках синусного узла, что способствует более быстрому достижению порогового уровня. В ряде случаев к этому же приводит снижение уровня потенциала покоя или порогового потенциала. Гипоксия миокарда и эктопический ритмогенез Источник эктопической активности может появиться и в зоне ишемии миокарда. Наиболее частой причиной его является рециркуляция возбуж- дения. Так, распространяющийся, как обычно, по миокарду потенциал действия спадает при попадании на ишемизированный участок, находя- щийся в состоянии рефрактерности. После завершения рефрактерного периода эта зона может быть возбуждена поступающим сюда новым по- тенциалом действия, идущим в противоположном направлении, скорость распространения которого меньше. 11.5.4. Клапанный аппарат, тоны сердца и механизм появления шумов На рис. 11.38 приведена фонокардиограмма нормального сердца и при ряде патологических состояний. Выраженность тона, его амплитуда естественно зависит от его составля- ющих. К примеру, рост давления в аорте приводит к более интенсивному захлопыванию створок клапана. Возможно и расщепление тона. Напри-
500 Раздел П. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Фонокардиограмма в норме и при некоторых видах патологий мер, при нарушении проведения импульсов по системе Гиса — Пуркинье более позднее начало сокращения какого-либо желудочка приведет к за- паздыванию закрытия кланапов, а значит, и расщеплению второго тона. Нарушения клапанного аппарата и тоны сердца При различных повреждениях клапанов так же, как и при нарушениях состояния сократимого миокарда, изменяются тоны: меняется интенсив- ность их звучания, нарушается чистота, появляются шумы. Если при закрытии клапан не может полностью перекрыть соответству- ющее отверстие (недостаточность клапана), то в период, следующий за его закрытием, происходит регургитация (обратный заброс) крови, что является причиной появления шумов. Основной причиной возникновения шума является переход от ламинарного течения крови к турбулентному. Такой переход, как правило, происходит при протекании крови через суженный участок (при сужении отверстия между клапанами, дефекте створок, дефектах межжелудочковой или межпредсердной перегородок). К турбуленции крови может привести и возрастание скорости выбрасывания крови (более 120-130 см/с), гемодилюция. Шум может возникать и как следствие вибрации сердечных структур и стенок крупных сосудов при действии ударяющейся о них струи крови. Так, недостаточность створ- чатых клапанов приводит к появлению шума после первого, а полу- лунных — второго тона. Поэтому если в точках выслушивания соответ- ствующего клапана возникает шум, то это является свидетельством недо- статочности данного клапана. Она может быть и функциональной, когда, например, при чрезмерном растяжении левого желудочка нормальный митральный клапан не может полностью закрыть растянутое атриовент- рикулярное отверстие. Но чаще всего недостаточность клапанов возникает
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 501 вследствие повреждения его каким-либо патологическим процессом (чаще всего ревматическим). Другой тип поражения клапанов — их стеноз, когда измененные кла- паны не могут полностью открываться. Это приводит к сужению соответ- ствующего отверстия. В результате поступление крови через такое отвер- стие затрудняется, что приводит к возрастанию сопротивления. Поэтому предыдущий отдел сердца вынужден создавать более высокое давление на кровь при своей систоле. К примеру, выраженный стеноз аортального отверстия может привести к росту давления в левом желудочке до 250- 300 мм рт. ст. при нормальном давлении в аорте. Когда же кровь прохо- дит через относительно узкое отверстие при таком высоком градиенте давления между внутрижелудочковым и аортальным, то возникает столь выраженная ее турбуленция, что появляется шум. Механизмы компенсации клапанных пороков В результате порока клапанов происходит нарушение кровообраще- ния. Если это стеноз отверстия, то затруднение выброса крови приводит к уменьшению поступления крови в следующий отдел сердца — желудоч- ки (при стенозе атриовентрикулярных отверстий) или артерии (при стено- зе соответствующих отверстий). Для компенсации этой недостаточности, как было указано выше, необходимо повысить сократительную актив- ность расположенного выше отдела сердца. Так, при выраженном стено- зе митрального отверстия при систоле левого предсердия давление может возрастать до 30 мм рт. ст. Основые механизмы, которые помогают компенсировать стеноз, связа- ны с возрастанием объема крови, поступающей в сердце при его диасто- ле. Это необходимо для использования механизма Франка — Старлинга. В основе данного компенсаторного механизма лежат два типа рефлексов: - снижение артериального давления вследствие уменьшения выброса крови рефлекторно суживает венозное русло, что обеспечивает рост венозного возврата крови к сердцу; - недостаточность кровоснабжения приводит к появлению местных ре- флексов, которые, со своей стороны, также обеспечивают повышение возврата крови к сердцу. Кроме того, недостаточность кровообращения вызывает развитие ком- пенсаторных механизмов самой крови. Основные из них: - увеличение объема циркулирующей крови (механизм см. ниже), - эритроцитоз. Пороки клапанов и сердечные отеки Изменения кровообращения, которые возникают при выраженных по- роках клапанов, могут приводить к возникновению одного из грозных ос- ложнений — отекам (механизм их см. ниже). Наиболее тяжелым из них является отек легких, развивающийся при стенозе митрального отверстия, когда затрудняется поступление крови из венозной системы малого круга кровообращения в левый желудочек. При этом давление в левом предсер-
502 Раздел П. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА дии может возрастать до 25-30 мм рт. ст., что неминуемо приведет к рос- ту давления во всей системе малого круга кровообращения. Гипертрофия миокарда Комплекс указанных выше компенсаторных механизмов лежит в основе развития еще одного механизма компенсации — гипертрофии. Увеличение структур самого миокарда служит основой приспособления к длительному повышению нагрузки на сердце. У здоровых людей это происходит при занятиях спортом, при интенсивном физическом труде, при пребывании в горах, то есть тогда, когда сердце должно длительное время поддерживать высокий МОК. У больных при пороках клапанов или повышении артери- ального давления рост нагрузки приходится не на все сердце, а на изоли- рованный отдел его, где и развивается гипертрофия. В данном случае уровень функциональной активности определяет раз- витие структурных перестроек. Усиление функции приводит к значитель- ному увеличению синтеза белка. Биосинтетические процессы (синтез иРНК, белка) ускоряются также под влиянием ангиотензиновой системы самого сердца (и ангиотензина, поступающего с кровью), которая акти- вируется при росте сопротивления работающему сердцу. При этом увели- чивается масса кардиомиоцитов без роста их числа, так как миоциты теряют способность к делению уже в эмбриональном периоде, непосред- ственно перед рождением. Последующий рост сердца, увеличение его отделов происходят путем активного синтеза миофибрилл и других орга- ноидов. В миоцитах возрастает количество сократимых миофиламентов, митохондрий и других субклеточных структур. Это приводит к увеличе- нию объема и длины кардиомиоцитов, что обеспечивает: - увеличение емкости полостей, - рост силы сокращений, - ббльшую производительность сердца. Поэтому у тренированных людей на пике физической работы МОК может достигать 30 л/мин и более. Кроме того, нужно учитывать, что одним из следствий гипертрофии отдела сердца, согласно закону Лапласа (формула 11.8), является сниже- ние напряжения в его стенке. Однако чрезмерная гипертрофия, когда масса сердца с 300 г возрастает до 700-800 г, может привести к нарушению трофики таких кардиомиоци- тов, что отрицательно скажется и на их функции. Дело в том, что поступ- ление кислорода и других соединений происходит через сарколемму, ко- торая при гипертрофии увеличивается в меньшей степени (это площадь, которая растет в двух измерениях), чем объем (он увеличивается в трех измерениях) саркоплазмы. При гипертрофии возрастает электродвижущая сила, что можно видеть на ЭКГ в виде увеличения зубцов. Растет также и продолжительность воз- бужденного состояния. Гипертрофия какого-либо одного отдела сердца сопровождается изменением направленности электрической оси и волны реполяризации.
Глава 11, СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 503 Напротив, малая физическая активность (гиподинамия) способствует уменьшению субклеточных структур в кардиомиоцитах и снижению функциональных возможностей сердца (гипотрофия). 11.5.5. Венозный возврат крови к сердцу и недостаточность кровообращения Большую роль в кровообращении играет венозный возврат крови к сердцу. Все воздействия, приводящие к повышению артериального давле- ния, одновременно повышают и венозный возврат. Это наблюдается при прессорном синокаротидном рефлексе, увеличении объема циркулирую- щей крови, внутривенном введении вазоактивных препаратов (адренали- на, простагландина Р2, ангиотензина II). В противоположность прессорным депрессорные системные реакции могут сопровождаться как уменьшением, так и возрастанием венозного возврата. Так, при депрессорном синокаротидном рефлексе (при росте давления в каротидной зоне), при ишемии миокарда, уменьшении ОЦК происходят однонаправленные изменения системной гемодинамики и ве- нозного возврата. В отличие от этого, при дыхательной (гипоксической) гипоксии, стимуляции Р-адренорецепторов, поступлении простагландина Е|, брадикинина системные депрессорные реакции могут сопровождаться возрастанием притока крови к сердцу по полым венам. Кстати, купирование коронарной недостаточности или приступов ИБС с помощью нитратов обусловлено не столько расширением просвета коро- нарных сосудов, сколько значительным увеличением венозного возврата. Но венозный возврат зависит также и от состояния самого сердца. Так, величина центрального венозного давления (то есть давления в правом предсердии) оказывает существенное влияние на величину венозного воз- врата крови к сердцу. При снижении давления в правом предсердии от О до -4 мм рт. ст. приток крови возрастает на 20-30%. Но дальнейшее сни- жение давления уже не вызывает прироста притока крови, так как при таком низком давлении спадаются вены, находящиеся в грудной полости. Прирост центрального венозного давления всего на I мм рт. ст. приведет к снижению притока на 14%. К примеру, при давлении крови в правом предсердии, равном 7 мм рт. ст., венозный возврат может снизиться до 0. Этому препятствуют механизмы рефлекторной регуляции гемодинамики. Снижение притока крови приводит к проявлению компенсаторных реакций как через барорецепторы артерий, так и путем возбуждения сосудодвига- тельных центров в условиях гипоксии мозга. Результатом этих воздействий будут рефлекторные реакции, приводящие к сужению сосудов — уменьше- нию сосудистого русла (здесь «сработает» система венозного депо) и возра- станию поступления крови к сердцу. При этом необходимо учитывать и со- стояние гемодинамики самого миокарда. Допустимое давление в правом предсердии не может быть выше 100-120 мм вод. ст., так как это приведет к необратимому ухудшению функционального состояния миокарда. При увеличении плеврального давления (кашель, натуЖивание, выдох) растет и центральное венозное давление (ЦВД).
504 Раздел И. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА 11.6. НЕДОСТАТОЧНОСТЬ КРОВООБРАЩЕНИЯ СОСУДИСТОГО ГЕНЕЗА Различного типа функциональные или структурные изменения в сосу- дах также могут привести к недостаточности кровообращения. В зави- симости от местонахождения «поломки» недостаточность может быть общей или локальной. В свою очередь, результат последней во многом зависит от участия кровоснабжения данного органа в его функциях. А это в конечном счете отразится на всем организме. Достаточно сравнить результаты кровоизлияния мозгового (инсульта) и подкожного. Особенности местной гемодинамики в каждом органе обусловлены значением кровотока для его функции. В этом плане можно выделить три основных типа организации сосудистого русла органов. I. Кровоток точно соответствует потребностям органа в притоке с кровью питательных веществ и кислорода. Кровоток в таких органах выполняет практически лишь трофическую функцию. К таким орга- нам относятся сердце и головной мозг. Ткани их более других стра- дают при недостаточном поступлении крови, поэтому снабжение кровью должно соответствовать изменениям их производительности, и даже кратковременное нарушение этого соотношения существенно изменяет функциональное состояние органа. Кровоток в этих органах регулируется наиболее сложными механизмами. 2. Кровоток происходит с избытком. Во многих органах кровь выполня- ет не только питательную функцию, но и обеспечивает выполнение специфических функций. К таким органам относятся почки, эндок- ринные железы, легкие. Поэтому кровоснабжение этих органов в те- чение какого-то времени может не соответствовать норме, что скажет- ся на снижении их функций, но может и не отразиться на их струк- турном статусе. В основе регуляции кровотока в этих органах лежит принцип максимально возможной автономности. Кровообращение в них относительно мало изменяется при колебаниях центральной гемо- динамики, хотя при значительных отклонениях функционального со- стояния организма от физиологического покоя кровоток и в этих ор- ганах также может изменяться. 3. Орган при некоторых обстоятельствах может выполнять функцию и при недостаточности кровотока. К таким органам относятся желу- дочно-кишечный тракт, скелетные мышцы. Например, при интенсив- ных сокращениях скелетных мышц работа в течение какого-то време- ни может происходить и при относительном несоответствии их окси- генации — «в долг». Естественно, что при острой недостаточности кровотока в органах первого типа происходящие изменения наиболее тяжелые, так как отра- жаются не только на их функции, но и на структуре.
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 505 11.6.1. Функциональные нарушения Гипотония сосудов Весьма часто встречается различной степени выраженности гипото- ния — снижение тонуса сосудов. Резкое падение тонуса сосудов (атония) приводит к развитию сосуди- стого шока. В основе функциональных изменений организма, развиваю- щихся при шоке, лежит несоответствие прежнего объема крови резко воз- росшей емкости сосудистого русла. Основные проявления шока являются следствием нарушения кровообращения из-за падения венозного возврата крови к сердцу. Несомненно, что ведущие механизмы циркуляторного шока обусловлены резким нарушением кровоснабжения органов, а это в первую очередь приведет к их гипоксии. Циркуляторный шок и другие органы Проявление влияния циркуляторного шока на органы можно проде- монстрировать на примере печени. I. В митохондриях резко снижается активность образования АТФ. 2. Снижается активность функционирования ионных насосов. В ре- зультате в клетку начинает поступать натрий, а вслед за ним и хлор. А из клетки выводится калий. Это, в свою очередь, приводит к на- рушению тех функций, которые обеспечивались данными ионами. Напомним, что одним из влияний внутриклеточного К является участие его в регуляции биосинтетических процессов на уровне ге- нетической информации ядра. 3. Возрастание содержания внутри клеток NaCl способствует поступ- лению воды в клетку и разбуханию последней. 4. Нарушается белоксинтезирующая функция печени. 5. Начинают распадаться лизосомы, и их гидролазы повреждают клетку. 6. Резко снижается метаболизм клеток. 7. Снижается чувствительность клеток к действию гормональных ре- гуляторов. В результате всего комплекса изменений печень почти полностью вы- ключается из «обслуживания» организма (детоксикация, поставка глюко- зы и т. п.). На примере одного этого органа видно, как при резком паде- нии давления крови существенно нарушается состояние гомеостаза всего организма. Развитие ацидоза, появление в крови большого количества продуктов некроза клеток различных органов приводит к еще большему угнетению функционального состояния сердца. Гипертонус сосудов Среди болезней, обусловленных патологией сердца и сосудов, гипертони- ческая болезнь занимает первое место. По данным ВОЗ, ее распространен- ность среди взрослого населения составляет от 8 до 18 %. Наиболее грозные осложнения гипертонической болезни — инсульт и инфаркт миокарда. Гипертоническая болезнь является прекрасным примером изменений в организме, в которых, как в клубке, переплетены патогенетические фак-
506 Раздел И. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА торы, адаптационно-компенсаторные механизмы, а также нарушения других органов и систем организма, обусловленные изменениями условий кровотока. В настоящее время гипертоническую болезнь рассматривают как заболевание многофакторной природы с еще недостаточно известной этиологией. В наши задачи не входит освещение этого вопроса, но для рассмотрения физиологических предпосылок нарушений кровообраще- ния коротко перечислим основные из них. Первое место занимает нарушение нейрогуморальной регуляции сосуди- стого тонуса. При этом можно выделить несколько основных «факторов риска», наличие которых может стимулировать как возникновение, так и развитие этой патологии. Это — избыточное потребление соли, ожирение, частые отрицательные эмоции, а также алкоголь и прекращение курения. Не последнюю роль играет и наследственная предрасположенность. Спазм сосудов Гладкомышечные клетки сосудистой стенки анатомически связаны с коллагеновыми и эластическими волокнами. Но в отличие от последних, являющихся «пассивными» структурами, гладкомышечные клетки актив- но влияют на состояние сосуда и кровоток. Сокращаясь, гладкие мышцы создают не только собственное активное напряжение в стенке сосуда, но и, натягивая коллагеновые и эластические волокна, меняют участие их как в создании напряжения в стенке сосуда, так и в изменении условий кровотока. Изменяя просвет сосуда опосредованно через указанный выше меха- низм, а также прямо (сокращаясь, суживают сосуд), гладкие мышцы уп- равляют напряжением стенки. Причем можно выделить два принципи- ально отличающихся пути модуляции напряжения гладкими мышцами, проявляющиеся у здорового человека. Если давление возрастает быстро, то мышечные клетки реагируют сокращением, уменьшая просвет сосуда, и тем самым напряжение снижается. Снижение напряжения произойдет как в связи с уменьшением диаметра сосуда, так и вследствие уменьшения объемного кровотока. При медленном нарастании давления напряжение также снижается, но уже путем постепенной релаксации (удлинения) мышц и увеличения просвета сосуда. Во втором случае эффект снижения напряжения всецело обусловлен уменьшением давления прежнего объема крови на стенки расширенного сосуда. Таким путем сам кровоток может участвовать в саморегуляции состояния сосудов. Как прямая, так и обратная релаксация напряжения в большей мере выражены в венах, чем в артериях. Благодаря этому, в венах поддержива- ется давление наполнения, несмотря на низкий уровень гидродинамиче- ского давления, что и обеспечивает достаточно высокую скорость крово- тока в них. Регулируемый спазм сосудов Указанные выше механизмы управления сосудистым руслом со сторо- ны гладких мышц относятся к нерегулируемым. Но основное участие гладких мыщц в гипертонусе сосудов определяется регуляторными воз-
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 507 действиями со стороны ионов, вазоактивных метаболитов, гормонов и медиаторов. Через подобный же механизм на сосуды оказывают свое вли- яние и лекарственные препараты. Изменение сосудистой стенки и ее гипертонус В повышении периферического сопротивления существенная роль при- надлежит гипертрофии и утолщению стенки сосудов, особенно их средне- го слоя. Однако наиболее характерной причиной гипертензии, особенно обусловленной генетическими факторами, является изменение реактивно- сти стенки сосуда к регуляторным воздействиям. Весьма важно, что при этом повышается чувствительность гладкомышечных клеток сосудов к постоянно находящимся в крови вазоконстрикторам, таким, как норадре- налин, серотонин. Основной причиной повышения чувствительности гладкомышечных клеток к норадреналину является изменение свойств мембраны вследствие нарушений активного транспорта ионов Na+ и К+, что приводит к снижению ионных градиентов. Наиболее существенно то, что при этом возрастает внутриклеточная концентрация ионов Na+, Са2+. Изменение свойств мембраны может быть обусловлено и нейрогенными воздействиями (симпатической нервной системы), циркуляцией в крови многих вазоактивных соединений (АДГ и т. п.). Наиболее повреждаемым отделом сосудистого русла являются те сосу- ды, которые оказывают наибольшее сопротивление кровотоку — артерио- лы. Причем здесь может проявиться замкнутый круг, когда сам по себе рост давления служит причиной повреждения сосудистой стенки. Так, вы- сокое давление может привести к поступлению белков (путем пиноцито- за) внутрь гладкомышечной клетки, что приведет к сдавливанию всех ее органелл. В этих условиях артериола повреждается настолько, что не в состоянии дать ауторегуляционную реакцию на рост АД при повторном повышении давления. Структурное повреждение гладкомышечной обо- лочки сосуда нередко происходит при относительно продолжительном гипертоническом кризе. Любопытно, что пиноцитоз сосудистой стенки, приводя к утолщению ее, а также давлению на сосуд (особенно капилля- ров) отечной окружающей тканью, приводит к как бы «самопроизволь- ному» снижению интенсивности кровотока через данные отделы сосуди- стого русла. В развитии гипертонуса сосудов у многих больных большую роль играют гормональные нарушения. Прежде всего, это ренин-ангиотензин- альдостероновая система. Напомним, что роль почек в кровообращении определяется влиянием на одну из составляющих гемодинамики — коли- чество крови, находящейся в русле крови, а точнее — ее жидкой части. Величина диуреза находится в прямой зависимости от уровня давления крови в почечных сосудах: при 50 мм рт. ст. диурез равен 0, а при внут- ривенном введении физиологического раствора излишки Жидкой части крови — плазмы будут удалены из организма через почки уже в течение часа. То есть неповрежденные почки могут быстро помочь механизмам регуляции АД, избавляя организм от излишнего объема крови.
508 Раздел П. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Нарушение почечной гемодинамики приводит к образованию в клетках ЮГА ее фермента ренина, который в русле крови может находиться отно- сительно продолжительное время — в течение 30-60 мин. Здесь он превра- щает один из белков плазмы — ангиотензиноген — в ангиотензин I. В эн- дотелиальных клетках (что активнее всего происходит в легочных сосудах) имеется еще один фермент, под влиянием которого ангиотензин I превра- щается в ангиотензин II. В крови этот активный вазоконстриктор нахо- дится лишь 0,5-2,0 мин, быстро инактивируясь в ней ангиотензиназой. Но за это время он успевает воспроизвести свое многостороннее влияние. Во-первых, ангиотензин II суживает артериолы большинства отделов большого круга кровообращения, вызывая рост давления (преимущест- венно диастолического). Особенно заметно его влияние на почки. Суже- ние почечных сосудов приводит к уменьшению фильтрации. К тому же снижение перитубулярного кровотока и перитубулярного давления уси- ливает реабсорбцию солей и жидкости из канальцев. Одновременно уменьшается выведение мочевины. Все указанные изменения приводят к удержанию жидкости в русле крови. Во-вторых, под влиянием ангиотензина II в надпочечниках стимулирует- ся образование альдостерона, который, в свою очередь, способствуя удер- жанию в крови натрия, обеспечивает дополнительную задержку и воды. Таким образом, ренин почек приводит к росту давления двумя путями: прямым — сужая сосуды и опосредованно — удерживая в русле крови во- ду. Причем все вышеуказанные процессы происходят даже тогда, когда кровообращение нарушается лишь в одной почке, так как ангиотензин II и альдостерон будут действовать и на другую. Нередко почечный генез лежит в основе гипертонии и при токсикозе беременных, при которой в результате аутоиммунного процесса повреж- дается почечная мембрана. Гормональные проявления стресса также приводят к повышению тону- са сосудов. При стрессе имеет место стандартная биологическая реакция, включающая рост в крови уровня таких гормонов, как АКТГ, соматотро- пин, вазопрессин, кортикостероиды, гонадотропные гормоны, эндорфины, ПНУГ. Включается ренин-ангиотензин-альдостероновая система, а также изменение биосинтеза кининов, нарушение баланса вазоактивных проста- гландинов в сторону преобладания сосудосуживающих. Все это при дейст- вии стрессорного фактора и приводит к существенному росту давления. Таким образом, гипертонус сосудов встречается при многих состояни- ях организма. Переход его в гипертоническую болезнь сопровождается нарушением многих звеньев регуляции функций сердечно-сосудистой си- стемы и, в первую очередь, нервной регуляции. Изменения захватывают и сами гладкомышечные клетки: они гипертрофируются, возрастает их чувствительность к вазоконстрикторным факторам. Особенно важен нейрогенный фактор в начале возникновения болезни. Дальнейшее ее прогрессирование происходит главным образом под изме- ненным воздействием ренин-ангиотензин-альдостероновой системы при
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 509 снижении активности гуморальных депрессорных механизмов. Здесь проявляется даже такое сопутствующее изменение системы крови, как эритроцитоз, обуславливающий рост вязкости крови, что приводит к на- рушению ее реологических свойств. Адаптационно-компенсаторные механизмы Эти механизмы особенно наглядно проявляются в первой функцио- нальной стадии гипертонической болезни. Для компенсации сниженного кровотока в микроциркуляторном русле: - растет (на 25-30%) УО; - растет венозный возврат крови к сердцу; - постепенно развивается гипертрофия левого желудочка; - в эритроцитах растет содержание 2,3-ДФГ, что снижает сродство ге- моглобина с кислородом и способствует его лучшей отдаче в тканях. 11.6.2. Структурные нарушения сосудов и их физиологическая характеристика Атеросклеротические изменения сосудистой стенки Склеротические изменения сосудистой стенки являются наиболее часто встречающимся и одним из наиболее грозных заболеваний сердечно-сосу- дистой системы. Так, атеросклероз коронарных артерий служит основной причиной (около 99 %) ИБС. В свою очередь, около 65 % всех заболева- ний сердечно-сосудистой системы приходится на ИБС. Атеросклеротиче- ские поражения различных отделов сосудистого русла существенно ска- зываются на кровоснабжении органов, что, естественно, нарушает их функцию. Роль эндотелия В норме эндотелий кровеносных сосудов обладает свойством атромбо- генности. В основе его лежит синтез эндотелиальными клетками мощных ингибиторов агрегации тромбоцитов — простациклина (PGI|) и антифак- тора VIII. Кроме того, на их поверхности, обращенной к крови, имеется гликокаликс (углеводно-протеиновые соединения). К сожалению, слой гликокаликса тоньше около разветвлений сосудистого дерева, что, веро- ятно, обусловлено механическим «размыванием» его кровью. Весьма по- казательно, что эндотелиальные клетки в этих местах обновляются обыч- но более интенсивно — через 60—120 суток, в то время как в других уча- стках через 100—180 суток. Но именно здесь наиболее часто и развивается атеросклеротическая бляшка. Развитие атеросклероза является одним из проявлений гипертонуса со- судов. Рост давления повышает проницаемость самой стенки сосудов. Это обусловлено двумя причинами: I. Механическое растяжение и повреждение эндотелиальных клеток увеличивает активность обновляемости их, что может привести к ее отностительной недостаточности. 2. Изменяются нейротрофические влияния на сосудистую стенку. Различной степени выраженность повреждения эндотелия является
510 Раздел П. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА необходимым условием начала развития атеросклеротических изменений. Чаще всего фиброзные бляшки в сосудах появляются в тех местах, где стенка подвергается действию повышенного напряжения сдвига (в местах искривления и разветвления). В этих местах циркулирующая кровь оказы- вает наиболее значительное механическое воздействие на стенку сосуда. Можно выделить две разновидности возникающих здесь сил: сила сдви- га и сила бокового давления. Сила сдвига обусловлена трением крови о стенку сосуда. Она прямо пропорциональна вязкости крови, скорости кровотока и обратно пропорциональна радиусу просвета сосуда. Сила бо- кового давления обусловлена величиной давления крови на стенку сосуда. К повреждающим сосуды факторам кроме механического воздействия относятся: - значительные изменения pH, температуры, осмомолярности; - ишемия; - гипоксия; - гипертензия; - влияние многих вазоактивных веществ (брадикинина, серотонина, адреналина и др.); - гиперлипидемия и т. п. Причем нарушение целостности эндотелия может быть столь незначи- тельным, что выражено лишь в некотором ослаблении межклеточного взаимодействия. Роль гладкомышечных клеток Гладкомышечные клетки среднего слоя артерий являются мультипо- тентными: они способны и к пролиферации, и к дифференцировке в другие клеточные элементы стенки. Кроме того, эти клетки могут участвовать в синтезе ряда веществ. Они синтезируют гликозаминогликаны, коллаген, эластические волокна; принимают участие во внеклеточном и внутрикле- точном накоплении липидов. Для атеросклероза характерным является фиброзно-мышечная гипер- плазия внутренней оболочки, обусловленная миграцией сюда гладкомы- шечных клеток, их пролиферацией и дифференцировкой в тучные клетки. Причем для миграции клеток во внутреннюю оболочку артерии вовсе не обязательно ее грубое повреждение. Указанные клетки могут проходить даже через небольшого диаметра (2-5 мкм) отверстия во внутренней эла- стической мембране интимы. Роль липидов в развитии атеросклероза Но в развитии атеросклероза наиболее важная роль принадлежит по- вышенному содержанию в крови липидов, изменению соотношения их отдельных форм. Основной компонент липидов, содержащихся в атеро- матозной бляшке, образуется из холестерина крови в виде липопротеинов низкой плотности (ЛПНП), которые связываются с мембраной клеток с помощью специализированных рецепторов, а внутрь клетки поступают путем эндоцитоза. В отличие от этого липопротеины высокой плотности
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 511 (ЛПВП) могут оказывать антиатерогенное действие, что, вероятно, обус- ловлено их способностью транспортировать холестерин обратно из клет- ки. Этот холестерин, поступая в печень, катаболизируется и выводится из организма. Изменение состава липидов крови может потенциально вли- ять на липидный состав клеточной мембраны гладкомышечных клеток и тромбоцитов. В результате у последних может изменяться даже агрега- ционная способность. Участие системы гемостаза в формировании атеросклеротической бляшки и тромбообразовании В формировании бляшки огромное значение имеет проникновение в интиму сосуда не только липидов, но и тромбоцитов. Прикрепление тромбоцитов к обнаженному субэндотелию приводит к их разрушению и выделению веществ, стимулирующих пролиферацию гладкомышечных клеток. Примером их является тромбоцитарный фактор роста. По сути дела, здесь развиваются те процессы, которые происходят при зарастании поврежденной стенки сосуда после остановки кровотечения путем форми- рования тромба. В эксперименте показано, что при нарушении способно- сти тромбоцитов прикрепляться к субэндотелию (болезнь Виллебранда) атеросклероз не развивается, несмотря на гиперхолестеринемию. В отли- чие от этого все факторы, приводящие к ускорению свертывания крови, увеличивают активность образования атеросклеротических бляшек. Напомним, что в норме система гемостаза обеспечивает: - сохранение жидкого состояния крови; - предупреждение кровотечения путем поддержания структурной цело- стности стенок кровеносных сосудов; - остановку кровотечения. Выполняя функцию сохранения жидкого состояния крови, система гемостаза участвует и в сохранении должного объема крови, циркулиру- ющего в сосудах. Гемостаз осуществляется взаимодействием стенок кровеносных сосу- дов, форменных элементов крови (тромбоцитов, эритроцитов и лейкоци- тов), а также факторов, имеющихся в плазме крови. В плазме крови со- держится более 40 различных веществ, которые участвуют в обеспечении гемостаза. Эти соединения можно разделить на две большие группы: уча- ствующие в процессе свертывания (коагулянты) и обеспечивающие про- тивосвертывающую систему (антикоагулянты). Нарушение равновесия их в сторону превалирования коагулянтов является основой вовлечения сис- темы коагуляции в формирование атеросклеротической бляшки. Эти же процессы, активируясь, могут приводить и к формированию внутрисосудистых тромбов. Возникающие тромбы или часть их завихре- нием крови (см. рис. 10.13) могут отрываться и заноситься в другие отде- лы сосудистого русла. Такие тромбы именуются эмболами. Оседают они чаще всего в местах разветвления сосудов. Эмбол может закупоривать со- суд как механически, так и вызывая его рефлекторный спазм.
512 Раздел П. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА 11.7. ОРГАНИЗМ И НЕДОСТАТОЧНОСТЬ КРОВООБРАЩЕНИЯ 11.7.1. Временные параметры включения механизмов системы регуляции При нарушении кровообращения можно выделить три основные груп- пы механизмов в зависимости от времени включения и скорости компен- сации возникших изменений функции сердечно-сосудистой системы. Быстрая регуляция (секунды или минуты). Эти механизмы состоят из нейрорефлекторных звеньев: - барорецепторов, - хеморецепторов, - центров регуляции, включающихся в результате ишемии мозга. Промежуточная регуляция (от 30 мин до нескольких часов). В основе механизмов, осуществляющих этот тип приспособления, лежат: - ренин-ангиотензин-вазоконстрикторный механизм, - стресс-реакция состояния сосудов, - обмен жидкости в микроциркуляторном русле. Долговременная регуляция (дни). Главная роль в организации данного типа приспособительных реакций принадлежит почкам. Здесь проявляется ренин-ангиотензин-альдостероновый механизм, обеспечивающий регуля- цию уровня воды и солей в крови, их выделение. Кроме того, сюда под- ключаются различные рефлекторные и другие гуморальные механизмы. 11.7.2. Восстановление кровотока после кровопотери Примером острой недостаточности кровообращения, обусловленной снижением объема крови, находящегося в сосудистом русле, является кровопотеря. Кровопотеря нарушает кровообращение в связи с тем, что изменяет со- отношение между емкостью сосудистого русла и ОЦК. Уменьшение ОЦК снижает давление наполнения во всей сосудистой системе, что прежде все- го приведет к падению венозного возврата крови к сердцу. При этом, в первую очередь, задействуются системы рефлекторной компенсации имен- но этих нарушений — сниженного системного давления и падения веноз- ного возврата крови к сердцу. Рефлексы направлены на уменьшение емко- сти сосудистого русла. Позднее мобилизуются резервы увеличения ОЦК. И если величина кровопотери не превышает 15 мл/кг, то у физически здорового человека системы регуляции могут самостоятельно, без врачеб- ного вмешательства, компенсировать ее, и АД может быстро восстано- виться. При большей кровопотере возможности рефлекторной компенса- ции емкости сосудистого русла оказываются недостаточными, и АД па- дает, развивается шок, требующий проведения лечебных мероприятий. Последовательность вовлечения механизмов компенсации при крово- потере примерно такова. Снижение конечно-диастолического объема приводит к уменьшению ударного объема левого желудочка и к падению давления в магистральных сосудах. Уменьшение раздражения барорецеп- торов приводит к активации прессорных влияний, сужению артериаль- ных и венозных сосудов и учащению сердечного ритма. Сердце за счет
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 513 учащения ЧСС пытается компенсировать сниженный МОК. Служение ре- зистивных сосудов кожи, мышц, внутренних органов приводит к возра- станию периферического сопротивления.'Сужение вен подкожной клет- чатки, скелетных мышц, чревной области, а также легких приводит к уменьшению объема емкостных сосудов. В результате развивается состо- яние, называемое централизацией кровотока: оставшийся меньший объем крови перераспределяется к наиболее жизненно важным органам. Расши7 ренными остаются сосуды сердца и мозга — органов, к которым и в этих условиях должна поступать значительная часть выбрасываемой крови. Одновременно с указанными выше реакциями сердца и сосудов начина- ется как пассивное, так и гормонально регулируемое увеличение объема плазмы/Снижение давления в капиллярах приводит к превалированию ре- абсорбции над фильтрацией и к поступлению жидкости из межклеточного пространства в кровь (механизм см. ниже — «Отеки»)?*В результате гормо- нальных перестроек (увеличение образования вазопрессина и активации ренин-ангиотензин-альдостероновой системы), а также сужения сосудов почек уменьшается выделение воды и солей с мочой, и при благоприятных условиях уже через 10-30 мин после потери даже 500 мл крови 80—100 % потерянного объема ее за счет жидкости может восстанавливаться. При большей кровопотере объем плазмы восполняется через 12-72 ч. Вместе с задержкой воды для ее сохранения в русле крови должна вос- становиться прежняя концентрация ионов и белков, то есть восстановить- ся осмотическое и онкотическое давление. Особенно важна нормализация онкотического давления, позволяющая сохранить соответствующий объем плазмы в крови, проходящей через почки, а также условия обмена жидко- сти в микроциркуляторном русле. Онкотическое давление обусловлено белками плазмы, а их содержание зависит от активности основного органа синтеза плазменных белков — печени. Поэтому патология этого органа приводит к задержке восстановления объема циркулирующей крови. Только после восстановления прежнего ОЦК исчезает вышеуказанная напряженность функционирования регуляторных механизмов, направлен- ных на сужение сосудов, и сосудистый тонус нормализуется. Восстановление уровня форменных элементов крови происходит в раз- ное время. Концентрация тромбоцитов и лейкоцитов восполняется быст- ро за счет выхода их из депо. Практическое отсутствие в организме чело- века депо эритроцитов приводит к постепенному падению показателя ге- матокрита, так как оставшиеся в крови эритроциты разводятся в посте- пенно увеличивающемся объеме плазмы (после массивной кровопотери наиболее низкая концентрация эритроцитов наблюдается через 48-72 ч). Для ликвидации анемии за счет новообразования эритроцитов требуется несколько недель. Если системам регуляции не удается компенсировать возникшее умень- шение ОЦК, произойдет резкое падение давления, что существенно на- рушит функцию сердечно-сосудистой системы и послужит причиной смерти.
514 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Вопросы для повторения №1 Какова величина давления, развиваю- щегося в левом предсердии и левом желудочке при их систоле?__________ В предсердии, мм рт. ст. В желудочке, мм рт. ст. А. 6-8 18-30 Б. 6-8 115-125 В. 0 8-10 Г. 3-5 18-30 А 1-2 155-160 №2 Расположение водителя ритма сердца (синусного узла) обеспечивает: А. Последовательность сокращений камер сердца Б. Правильную последовательность возник- новения тонов сердца В. Правильную последовательность охвата возбуждением камер сердца Г. Изменение силы сокращений сердца при увеличении притока крови к сердцу Д. Нет правильных ответов №3 К чему приведет блокада распростра- нения возбуждения от синусного к ат- риовентрикулярному узлу: А. К нарушению согласованного ритма со- кращений предсердий и желудочков Б. К нарушению согласованных сокращений правого и левого отделов сердца В. К остановке сердца Г. К сокращению предсердий и желудочков в разном ритме Д. Нет правильных ответов №4 Кальциевые каналы у кардиомиоцитов находятся: А. В мембранах саркоплазматического ре- тикулума Б. В мембранах ядер В. В поверхностной мембране клетки Г. В мембранах митохондрий Д. Отсутствуют во всех мембранах №5 Укажите неправильный ответ. Входящий кальциевый ток в кардиоми- оцитах выполняет функции: А. Деполяризация поверхностной мембраны Б. Репбляризация поверхностной мембраны В. Увеличение продолжительности ПД кар- диомиоцита Г. Поддержание высокой концентрации кальция в саркоплазме Д. Пополнение внутриклеточных запасов свободного кальция №6 Ионы натрия внутрь кардиомиоцитов могут поступать: А. По медленным кальциевым каналам Б. Сопряженно с ионами калия В. По быстрым натриевым каналам Г. Сопряженно с ионами кальция Д. С помощью натрий-калиевого насоса №7 Хлорные каналы мембраны кардиоми- оцитов: А. Выкачивают хлор из клетки в фазу мед- ленной реполяризации ПД Б. Пропускают хлор внутрь клетки в фазу быстрой реполяризации ПД В. Обеспечивают поступление хлора в клет- ку для нейтрализации натрия Г. Все ответы неверны №8 В каком участке проводящей системы наименьшая скорость проведения воз- буждения: А. В верхней части атриовентрикулярного узла Б. В пучке Гиса В. В волокнах Пуркинье Г. В миокарде предсердий Д. В миокарде желудочков №9 Что такое хронотропный эффект: А. Изменение частоты сердечных сокращений Б. Изменение силы сердечных сокращений В. Изменение возбудимости сердечной мышцы Г. Изменение проводимости сердечной мышцы Д. Изменение тонуса сердечной мышцы
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 515 №10 Найдите ошибку в характеристике лим- фообращения. А. Рост давления крови в капиллярах пре- пятствует образованию лимфы Б. Онкотическое давление крови препятст- вует образованию лимфы В. Отрицательное давление в грудной поло- сти способствует движению лимфы Г. Осмотическое давление крови в капилля- ре мешает образованию лимфы №11 Чем обусловлены на кривой кровяного давления волны II порядка: А. Пульсовыми колебаниями Б. Дыхательными движениями В. Ритмическими колебаниями тонуса сосу- додвигательного центра Г. Перераспределением крови между боль- шим и малым кругом кровообращения Д. Гипоксией №12 Что такое батмотропный эффект: А. Изменение возбудимости сердечной мышцы Б. Изменение силы сердечных сокращений В. Изменение ЧСС Г. Изменение проводимости сердечной мышцы Д. Изменение тонуса сердечной мышцы №13 Чему равно время полного кругообо- рота крови у взрослого человека: А. 2 с Б. 22 с В. 0,2 с Г. 10 с Д.5с №14 В какую фазу сердечного цикла возрас- тает до максимума кровоток по сосу- дам, питающим сердечную мышцу: А. В систолу предсердий Б. В диастолу предсердий В. В фазу напряжения желудочков Г. В фазу изгнания крови из желудочков Д. В общую диастолу сердца №15 Где лучше всего можно прослушать клапаны легочного ствола: А. В левом межреберье слева по средне- ключичной линии Б. У основания мечевидного отростка В. Во 2-м межреберье слева у края грудины Г. Во 2-м межреберье справа у края грудины Д. В 4-м межреберье справа у края грудины №16 Найдите ошибочный ответ в перечис- лении сосудосуживающих факторов: А. Адренвлин, вазопрессин, серотонин Б. Гистамин, адреналин, вазопрессин В. Вазопрессин, серотонин, гипертензин Г. Гипертензин, гистамин, адреналин Д. Вазопрессин, брадикинин, серотонин №17 Чем обусловлен дикротический подъем на сфигмограмме: А. Ударом крови о створки полулунных кла- панов после их смыкания Б. Расслаблением желудочков во время их диастолы В. Сокращением предсердий во время их систолы Г. Ударом крови о смыкающиеся створки атриовентрикулярных клапанов Д. Сокращением желудочков во время их систолы №18 Где лучше всего прослушивается 3-сгйор- чатый клапан: А. В 5-м межреберье слева по среднеклю- чичной линии Б. У основания мечевидного отростка В. Во 2-м межреберье справа у края грудины Г. Во 2-м межреберье слева у края грудины Д. В 4-м межреберье слева у края грудины №19 Что такое дромотропный эффект: А. Изменение частоты сердечных сокраще- ний Б. Изменение силы сердечных сокращений В. Изменение возбудимости сердечной мышцы Г. Изменение проводимости сердечной мышцы Д. Изменение тонуса сердечной мышцы
516 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА №20 Чем обусловлены на кривой кровяного давления волны 3-го порядка: А. Дыхательными движениями Б. Пульсовыми колебаниями В. Ритмическими изменениями возбуждения дыхательного центра Г. Ритмическими изменениями тонуса сосу- додвигательного центра №21 Происхождение зубца Р на ЭКГ: А. Распространение возбуждения по пред- сердиям Б. Распространение возбуждения от пред- сердий к желудочкам В. Распространение возбуждения по желу- дочкам Г. Электрическая систола сердца Д. Электрическая диастола сердца №22 Происхождение интервала PQ на ЭКГ: А. Распространение возбуждения по пред- сердиям Б. Распространение возбуждения от пред- сердий к желудочкам В. Распространение возбуждения по желу- дочкам Г. Электрическая систола сердца Д. Электрическая диастола сердца №23 Происхождение зубца R на ЭКГ: А. Распространение возбуждения по пред- сердиям Б. Распространение возбуждения от пред- сердий к желудочкам В. Распространение возбуждения по желу- дочкам Г. Электрическая систола сердца Д. Электрическая диастола сердца №24 Происхождение интервала QT на ЭКГ: А. Распространение возбуждения по пред- сердиям Б. Распространение возбуждения от пред- сердий к желудочкам В. Распространение возбуждения по желу- дочкам Г. Электрическая систола сердца Д. Электрическая диастола сердца №25 Происхождение интервала ТР на ЭКГ: А. Распространение возбуждения по пред- сердиям Б. Распространение возбуждения от пред- сердий к желудочкам В. Распространение возбуждения по желу- дочкам Г. Электрическая систола сердца Д. Электрическая диастола сердца №26 При уменьшении в крови концентрации ионов кальция: А. Возбудимость миокарда снижается Б. Возбудимость миокарда увеличивается В. Сократимость миокарда снижается Г. Сократимость миокарда увеличивается №27 При значительном увеличении в крови концентрации ионов калия происходит: А. Уменьшение ЧСС Б. Увеличение атриовентрикулярной задерж- ки проведения возбуждения В. Увеличение ЧСС Г. Уменьшение атриовентрикулярной за- держки проведения возбуждения №28 Как влияет норадреналин на кардиоми- оциты: А. Активируются медленные кальциевые ка- налы Б. Повышается содержание цАМФ в кар- диомиоцитах В. Уменьшается количество натриевых каналов Г. Увеличивается проницаемость мембраны для ионов калия №29 Абсолютная рефрактерность сердеч- ной мышцы связана: А. С инактивацией натриевых каналов Б. С недостаточной реполяризацией поверх- ностной мембраны В. С активацией хлорных каналов Г. С инактивацией калиевых каналов Д. С гиперполяризацией поверхностной мем- браны
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 517 №30 Атриовентрикулярная задержка прове- дения возбуждения связана: А. С малой скоростью проведения возбуж- дения по пучку Гиса Б. С отсутствием быстрых ионных каналов в клетках атриовентрикулярного узла В. С большим количеством нексусов в атрио- вентрикулярном узле Г. С малой скоростью проведения возбуж- дения по предсердиям №31 Большая длительность абсолютного рефрактерного периода сердечной мышцы обеспечивает: А. Невозможность гладкотетанического со- кращения Б. Способность сокращаться по закону «всё или ничего» В. Способность сокращаться по закону Франка - Старлинга Г. Нет правильных ответов №32 Наличие нексусов в миокарде обеспе- чивает: А. Невозможность гладкотетанического со- кращения Б. Способность сокращаться по закону «всё или ничего» В. Способность сокращаться по закону Франка - Старлинга Г. Нет правильных ответов №33 Как влияет ацетилхолин на кардиомио- циты: А. Активирует медленные кальциевые ка- налы Б. Увеличивает проницаемость мембраны для калия В. Гиперполяризует мембрану кардиомио- цита №34 Укажите влияние блуждающего нерва на деятельность сердца в зависимости от степени кровенаполнения полостей сердца: Хорошее кровенаполнение Плохое кровенаполнение А. Усиливает Тормозит Б. Тормозит Тормозит В. Усиливает Усиливает Г. Тормозит Усиливает №35 Что отражает зубец Т на ЭКГ: А. Результат реполяризации желудочков Б. Возбуждение верхушки сердца В. Возбуждение желудочков Г. Время проведения возбуждения от пред- сердий к желудочкам Д. Возбуждение поверхности и оснований обоих желудочков №36 Найдите ошибочные ответы в перечис- лении факторов, образующих 2-й тон сердца: А. Колебания, связанные с фазой изомет- рического расслабления желудочков Б. Захлопывание полулунных клапанов В. Вибрация атриовентрикулярных клапанов Г. Колебания миокарда, связанные с систо- лой желудочков №37 Где лучше всего можно прослушать клапаны аорты: А. В 5-м межреберье слева по среднеклю- чичной линии Б. Во 2-м межреберье справа у края груди- ны В. Во 2-м межреберье слева у края грудины Г. У основания мечевидного отростка Д. В 4-м межреберье слева у края грудины №38 Что отражает интервал ST на ЭКГ: А. Отсутствие разности потенциалов в мио- карде желудочков Б. Электрическую систолу сердца В. Уход возбуждения из желудочков Г. Полный охват возбуждением желудочков Д. Реполяризацию предсердий
518 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА №39 В каком положении находятся атрио- вентрикулярные и полулунные клапаны в период изометрического расслабле- ния желудочков: А. Атриовентрикулярные клапаны закрыты, полулунные - открыты Б. Полулунные клапаны закрыты, атриовен- трикулярные — открыты В. Атриовентрикулярные и полулунные кла- паны открыты Г. Атриовентрикулярные и полулунные кла- паны закрыты №40 Какая часть сосудистого русла создает наибольшее сопротивление току крови: А. Аорта Б. Артерии В. Капилляры Г. Вены Д. Артериолы №41 В какой части сосудистого русла наи- меньшая линейная скорость кровотока: А. В средних артериях Б. В капиллярах В. В мелких артериях Г. В венах №42 Что такое инотропный эффект: А. Изменение ЧСС Б. Изменение возбудимости сердечной мышцы В. Изменение проводимости сердечной мышцы Г. Изменение силы сердечных сокращений Д. Изменение тонуса сердечной мышцы №43 Атриовентрикулярные клапаны сердца захлопываются на границе между сле- дующими фазами сердечного цикла: А. Асинхронного и изометрического сокра- щения Б. Изометрического сокращения и быстрого изгнания крови. В. Протодиастолой и изометрическим рас- слаблением Г. Изометрическим расслаблением и бы- стрым наполнением кровью желудочков №44 Атриовентрикулярные клапаны откры- ваются между следующими фазами сердечного цикла: А. Асинхронного и изометрического сокра- щения Б. Изометрического сокращения и быстрого изгнания крови В. Протодиастолой и изометрическим рас- слаблением Г. Изометрическим расслаблением и быс- трым наполнением кровью желудочков №45 Полулунные клапаны сердца открыва- ются на границе между следующими фазами и периодами сердечного цик- ла: А. Асинхронного и изометрического сокра- щения Б. Изометрического сокращения и быстрого изгнания крови В. Протодиастолой и изометрическим рас- слаблением Г. Изометрическим расслаблением и быс- трым наполнением кровью желудочков №46 Полулунные клапаны сердца захлопы- ваются на границе между следующими фазами сердечного цикла: А. Асинхронного и изометрического сокра- щения Б. Изометрического сокращения и быстрого изгнания крови В. Протодиастолой и изометрическим рас- слаблением Г. Изометрическим расслаблением и быс- трым наполнением кровью желудочков №47 В состоянии покоя у здорового взрос- лого человека давление в полости ле- вого желудочка сердца на протяжении сердечного цикла изменяется в преде- лах: А. 0-70 мм рт. ст. Б. 40-120 мм рт. ст. В. 70-120 мм рт. ст. Г. 0-140 мм рт. ст. Д. 10-70 мм рт. ст.
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 519 №48 В состоянии покоя у взрослого здорово- го человека давление в полости право- го желудочка сердца на протяжении сер- дечного цикла изменяется в пределах: А. 0-120 мм рт. ст. Б. 5-70 мм рт. ст. В. 0-30 мм рт. ст. Г. 5-15 мм рт. ст. Д. 10-70 мм рт. ст. №49 Максимальное давление в полости же- лудочков сердца развивается в фазе: А. Асинхронного сокращения Б. Изометрического сокращения В. Быстрого изгнания крови из желудочков Г. Медленного изгнания крови из желудочков Д. Быстрого наполнения желудочков кровью №50 Минимальное давление в полостях сердца имеет место: А. В протодиастоле Б. В периоде изометрического расслабления В. В фазе быстрого наполнения желудочков кровью Г. В фазе медленного наполнения желудоч- ков кровью Д. В фазе быстрого изгнания крови из же- лудочков №51 Первый тон сердца возникает: А. В начале фазы изометрического сокра- щения желудочков сердца Б. В начале фазы асинхронного сокраще- ния желудочков В. В периоде изометрического расслабле- ния желудочков Г. В периоде систолы предсердий №52 Второй тон сердца возникает: А. В периоде изгнания крови из желудочков Б. В начале периода наполнения желудоч- ков кровью В. В конце изометрического расслабления желудочков Г. В конце протодиастолы и в начале изо- метрического расслабления желудочков №53 В состоянии покоя в течение периода изгнания крови из желудочков в сосуды изгоняется следующая часть крови, со- держащейся в желудочках: А. 20-30% Б. 60-70% В. 45-50% Г. 70-80% №54 Найдите ошибочные ответы. Основным компонентом, формирую- щим первый тон сердца, является: А. Захлопывание полулунных клапанов Б. Сокращение миокарда желудочков В. Захлопывание створчатых клапанов Г. Сокращение сосочковых мышц и дрожа- ние сухожильных нитей Д. Систола предсердий Е. Быстрое снижение давления в желудоч- ках сердца №55 Основным компонентом, формирую- щим второй тон сердца, является: А. Сокращение миокарда предсердий Б. Сокращение миокарда желудочков В. Захлопывание створчатых клапанов Г. Захлопывание полулунных клапанов Д. Открытие полулунных клапанов №56 Основным компонентом, формирую- щим третий тон сердца, является: А. Сокращение миокарда предсердий Б. Сокращение миокарда желудочков В. Поступление крови в желудочки в фазе быстрого их наполнения Г. Поступление крови в желудочки в фазе медленного их наполнения Д. Захлопывание полулунных клапанов №57 Основным компонентом, формирую- щим четвертый тон сердца, является: А. Поступление крови в желудочки при со- кращении предсердий Б. Сокращение желудочков В. Быстрое наполнение желудочков кровью Г. Медленное наполнение желудочков кровью
520 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА №58 Третий тон сердца возникает: А. В периоде напряжения желудочков Б. В периоде изгнания крови из желудочков В. В фазе изометрического расслабления желудочков Г. В фазе быстрого наполнения желудочков кровью Д. В протодиастолический период №59 Найдите ошибочный ответ. В состав конечно-диастолического объ- ема крови входит: А. Остаточный объем крови Б. Минутный объем крови В. Систолический объем крови Г. Резервный систолический объем крови №60 Объемы крови, изгоняемые в сосуды левым и правым желудочком в покое, таковы: Левый желудочек, мл Правый желудочек, мл А. 35 35 Б. 80 65 В. 75 40 Г. 40 75 д- 70 70 №61 Закон Франка — Старлинга обеспечивает: А. Величину МОК, адекватную потребностям организма Б. Поддержание -величины систолического объема при увеличении ЧСС В. Изменение работы сердца при измене- нии притока крови к нему Г. Приспособление сердца к изменяющему- ся опоку крови от него Д. Изменение силы сокращения миокарда в зависимости от его длины №62 Эффект Анрепа обеспечивает: А. Величину МОК, адекватную потребностям организма Б. Зависимость величины УО от ЧСС В. Приспособление сердца к увеличению притока крови к нему Г. Приспособление сердца к затруднению опока крови от него Д. Зависимость силы сокращения сердца от давления крови в аорте №63 Повышение тонуса симпатической нерв- ной системы приводит: А. К уменьшению ЧСС Б. К увеличению ЧСС №64 Влияние симпатических нервов на дея- тельность сердца реализуется путем взаимодействия медиатора: А. С холинорецепторами кардиомиоцитов Б. С адренорецепторами кардиомиоцитов В. С М-холинорецепторами №65 Влияние блуждающего нерва на дея- тельность сердца реализуется путем взаимодействия медиатора с: А. а-адренорецепторами Б. p-адренорецепторами В. Н-холинорецепторами Г. М-холинорецепторами №66 При добавлении хлористого кальция к раствору, которым перфузируют сосу- ды изолированного сердца, наступит: А. Остановка сердца в систоле Б. Остановка сердца в диастоле В. Уменьшение ЧСС Г. Уменьшение силы сокращений №67 В следующем перечислении элементов проводящей системы сердца найдите недостающее звено: Синоатриальный узел.....атриовентри- кулярный узел, пучок Гиса, ножки пучка Гиса, волокна Пуркинье. А. Сократительные волокна предсердий Б. Межузловые тракты предсердий №68 Как передается возбуждение от синоат- риального узла к атриовентрикулярному: А. По пучку Венкебаха Б. По пучку Тореля В. По пучку Бахмана Г. По сократительному миокарду предсердий
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 521 №69 Как передается возбуждение из право- го предсердия в левое: А. По сократительному миокарду предсердий Б. По ветвям атриовентрикулярного узла В. По пучку Бахмана №70 Могут ли клетки атриовентрикулярного узла генерировать автоматические вол- ны возбуждения: А. Могут, если не работает синоатриальный узел Б. Не могут В. Могут, если нарушена функция ножки пучка Гиса №71 Что является причиной возникновения ПД клеток синоатриального узла: А. Фаза реполяризации ПД клеток сократи- тельного миокарда предсердий Б. Реполяризация клеток синоатриального узла В. Фаза деполяризации ПД клеток сино- атриального узла Г. Медленная диастолическая деполяриза- ция клеток синоатриального узла №72 К чему приведет увеличение длитель- ности медленной дивстолической депо- ляризации ПД клеток синоатриального узла: А. К урежению сердечного ритма Б. К учащению сердечного ритма В. Ритм сердца не изменится Г. К отрицательному хронотропному эффекту №73 Аорта и крупные артерии в системе кровообращения выполняют роль: А. Сосудов, обеспечивающих непрерывность кровотока Б. Емкостных сосудов В, Резистивных сосудов Г. Амортизирующих сосудов Д. Обменных сосудов №74 Артериолы в ситеме кровообращения выполняют роль: А, Емкостных сосудов Б, Резистивных сосудов В. Сосудов компрессионной камеры Г. Обменных сосудов №75 Капилляры в системе кровообращения выполняют роль: А. Емкостных сосудов Б. Резистивных сосудов В. Сосудов компрессионной камеры Г. Обменных сосудов №76 Вены в системе кровообращения вы- полняют роль: А. Емкостных сосудов Б. Резистивных сосудов В. Относительного депо крови Г. Сосудов компрессионной камеры Д. Обменных сосудов №77 Найдите ошибочный ответ. Уровень АД определяют следующие факторы: А. Нагнетательная функция сердца Б. Объем циркулирующей крови В. Сердечный выброс Г. Линейная скорость кровотока Д. Общее периферическое сопротивление сосудов №78 Найдите ошибочный ответ. Факторами, определяющими сопротив- ление отдельного сосуда току крови, являются: А. Давление крови в сосудах Б. Вязкость крови В. Линейная скорость кровотока Г. Длина сосудов Д. Радиус сосудов №79 Объем крови, протекающий через по- перечное сечение сосуда за единицу времени, прямо пропорционален: А. Давлению крови в конце сосуда Б. Разности давления в начале и в конце сосуда В. Сопротивлению сосуда току крови Г. Силе сердечных сокращений Д. Вязкости крови в сосуде
522 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА №80 Объем крови, протекающий через по- перечное сечение сосуда за единицу времени, обратно пропорционален: А. Давлению крови в начале сосуда Б. Разности давления в начале и в конце сосуда В. Сопротивлению сосуда току крови Г. Линейной скорости кровотока в сосуде №81 Мелкие и средние вены в системе кро- вообращения выполняют емкостную функцию прежде всего благодаря: А. Достаточному развитию мышечного слоя Б. Высокой растяжимости стенок В. Наличию клапанов №82 Аорта и крупные артерии выполняют в си- стеме кровообращения роль амортизиру- ющих сосудов прежде всего благодаря: А. Высокой эластичности стенок Б. Достаточному развитию мышечного слоя В. Наличию клапанов №83 Артериолы в системе кровообращения выполняют роль резистивных сосудов благодаря: А. Высокой эластичности стенок Б. Достаточному развитию мышечного слоя В. Высокой растяжимости стенок Г. Наличию клапанов №84 Базальный тонус сосудов — это тонус, который регистрируется: А. В состоянии эмоционального и физиче- ского покоя Б. При отсутствии нервных влияний В. При отсутствии гуморальных влияний Г. При отсутствии нервных и гуморальных влияний №85 Найдите ошибочный ответ в перечис- лении факторов, способствующих дви- жению крови по венам: А. Остаточная энергия работы сердца Б. Снижение тонуса артериол В. Присасывающее действие грудной клетки Г. Тонические сокращения скелетной муску- латуры Д. Наличие клапанов по ходу венозных сосудов №86 Найдите ошибочный ответ в харак- теристике сосудодвигательного центра: А. Сосудодвигательный центр находится на дне IV желудочка Б. Сужение сосудов наступает под влияни- ем импульсов из ЦНС В. Сосудодвигательный центр состоит из двух отделов Г. Депрессорный отдел возбуждает дея- тельность прессорного №87 Чем обусловлены на кривой кровяного давления волны I порядка: А. Пульсовыми колебаниями Б. Дыхательными движениями В. Ритмическими изменениями возбудимо- сти дыхательного центра Г. Ритмическими изменениями тонуса сосу- додвигательного центра №88 Найдите ошибку в перечисленных ниже особенностях кровообращения в капил- лярах: А. Капилляры — это резистивные сосуды Б. Скорость течения крови в капиллярах 0,5 мм/с В. Длина капилляра 0,3-0,7 мм Г. Величина кровяного давления составляет 50-60 мм рт. ст. Д. Стенки капилляров образованы одним слоем клеток эндотелия №89 Сократительным кардиомитоцитам при- сущи следующие физиологические свойства: А. Возбудимость Б. Проводимость В. Сократимость Г. Автоматизм №90 Кардиомиоциты проводящей системы обладают следующими физиологиче- скими свойствами: А. Возбудимисть Б. Проводимость В. Сократимость Г. Автоматизм
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 523 №91 Выберите наиболее правильный ответ. Автоматия — это: А. Способность генерировать ПД Б. Способность проводить ПД без измене- ния его амплитуды В. Способность генерировать ПД без внеш- него рздражения Г. Способность генерировать ПД под влия- нием раздражения №92 Для кардиомиоцитов синоатриального узла специфичным в структуре их ПД есть наличие такой фазы: А. Плато Б. Медленной диастолической деполяризации В. Быстрой деполяризации Г. Быстрой реполяризации №93 Укажите частоту, с которой генерирует импульсы возбуждения синоатриаль- ный узел в норме: А. 60-70 в минуту Б. 30-40 в минуту В. 20-30 в минуту Г. Меньше 20 в минуту №94 Укажите частоту, с которой может гене- рировать импульсы возбуждения атрио- вентрикулярный узел: А. 60-70 в минуту Б. 40-45 в минуту В. 10-20 в минуту Г. Меньше 20 в минуту №95 Наличие градиента автоматии опреде- ляется прежде всего следующей осо- бенностью клеток проводящей системы сердца: А. Величиной потенциала покоя Б. Скоростью развития ПД В. Скоростью развития медленной диасто- лической деполяризации №96 Специфичной для ПД сократительных кардиомиоцитов является фаза: А. Медленной диастолической деполяриза- ции Б. Быстрой реполяризации В. Медленной реполяризации («плато>) Г. Быстрой деполяризации №97 Фаза медленной реполяризации («пла- то») ПД сократительных кардиомиоци- тов обусловлена: А. Активацией медленных кальциевых каналов Б. Активацией быстрых натриевых каналов В. Активацией хлорных каналов Г. Активацией кальцийзависимых калиевых каналов Д. Кальций-натриевым сопряженным транс- портом №98 Скорость распространения возбуждения по миокарду предсердий составляет: А. 5-10 м/с Б. 2-5 м/с В. 0,8-1,0 м/с №99 Скорость проведения возбуждения в начальной части атриовентрикулярного узла составляет: А. 5-10 м/с Б. 2-5 м/с В. 0,8-1,0 м/с Г. 0,02-0,05 м/с №100 Благодаря достаточно большой скоро- сти проведения возбуждения по сокра- тительному миокарду и проводящей системе обеспечивается: А. Нормальная последовательность сокра- щений камер сердца Б. Синхронность сокращений кардиомиоци- тов В. Достаточная длительность сокращения кардиомиоцитов Г. Достаточная ЧСС №101 Укажите фактор, уменьшающий скоро- сть проведения возбуждения через на- чальную часть атриовентрикулярного узла: А. Отсутствие быстрых ионных каналов в во- локнах узла Б. Большая амплитуда ПД волокон узла В. Малая величина порога деполяризации волокон узла
524 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА №102 Главной особенностью ПД сократи- тельных кардиомиоцитов является: А. Малая амплитуда Б. Большая амплитуда В. Малая длительность Г. Большая длительность №103 Основной особенностью возбудимости сократительного миокарда (по сравне- нию со скелетными мышцами) является: А. Низкий уровень возбудимости Б. Высокий уровень возбудимости В. Короткий рефрактерный период Г. Длительный рефрактерный период №104 Благодаря длительной рефрактерной фазе миокарда предсердий и желудоч- ков обеспечивается: А. Неспособность миокарда к гладкотетани- ческому сокращению Б. Невозможность рециркуляции возбужде- ния по миокарду В. Атриовентрикулярная задержка проведе- ния возбуждения Г. Большая длительность ПД кардиомиоцитов Д. Большая скорость проведения возбужде- ния по миокарду №105 Возникновение внеочередного сокра- щения сердца (зкстресистолы) невоз- можно в систоле благодаря наличию: А. Атриовентрикулярной задержки проведе- ния возбуждения Б. Градиента автоматии В. Нексусов Г. Длительного рефрактерного периода ми- окарда №106 Сердечная мышца подчиняется закону «всё или ничего» благодаря наличию: А. Нексусов Б. Фазы «плато» ПД сократительных кардио- миоцитов В. Атриовентрикулярной задержке проведе- ния возбуждения Г. Большой длительности ПД сократитель- ных кардиомиоцитов №107 Электрокардиограмма позволяет оце- нить: А. Сократимость сердечной мышцы Б. Насосную функцию сердца В. Работу сердца Г. Динамику возбуждения структур сердца №108 Сегментом электрокардиограммы на- зывают: А. Отклонение кривой вверх от изоэлектри- ческой линии Б. Отклонение кривой вниз от изоэлектри- ческой линии В. Отрезок изоэлектрической линии между двумя зубцами Г. Совокупность нескольких зубцов ЭКГ №109 Интервалом ЭКГ называют: А. Отрезок изоэлектрической линии между двумя зубцами Б. Совокупность зубцов и сегментов ЭКГ В. Совокупность нескольких зубцов ЭКГ №110 Диполь миокарда, который генерирует электрическое поле, образуется рас- пространением по миокарду: А. Только волны деполяризации Б. Только волны реполяризации В. Волны как деполяризации, так и реполя- ризации №111 Тонус кровеносных сосудов увеличива- ют: А. Аденозин Б. Адреналин В. Ангиотензин Г. Гистамин Д. Молочная кислота №112 Абсолютная рефрактерность кардио- миоцитов начинается в фазе: А. Быстрой реполяризации Б. Быстрой начальной деполяризации В. «Плато» Г. Медленной диастолической деполяриза- ции
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 525 №113 Периферическое сопротивление сосу- дов увеличивается: А. При снижении вязкости крови Б. При увеличении длины сосудистого русла В. При повышении тонуса сосудов Г. При расширении сосудов №114 Величина АД находится в прямой зави- симости: А. От просвета сосудов Б. От минутного объема сердца В. От вязкости крови Г. От линейной скорости кровотока №115 Линейная скорость кровотока в венах: А. Больше, чем в капиллярах Б. Больше, чем в артериях В. Меньше, чем в артериях Г. Меньше, чем в капиллярах Д. Такая же, как в артериях №116 Вставьте пропущенные слова. Взаимодействие медиаторов и гормо- нов с ... сосудов приводит к ... цАМФ в гладкомышечных клетках сосудов и ... сосудов. А. p-адренорецепторами, снижению, расши- рению Б. p-адренорецепторами, увеличению, суже- нию В. p-адренорецепторами, увеличению, рас- ширению Г. а-адренорецепторами, увеличению, суже- нию Д- а-адренорецепторами, снижению, расши- рению Е. а-адренорецепторами, снижению, суже- нию №117 Вставьте пропущенные слова. Ацетилхолин ... медленные кальциевые каналы кардиомиоцитов, стимулируя образование ... и увеличивает проница- емость кардиомиоцитов для ... А. Активирует, цГМФ, кальция Б. Активирует, цАМФ, кальция В. Активирует, цАМФ, калия Г. Инактивирует, цГМФ, кальция Д. Инактивирует, цАМФ, калия Е. Инактивирует, цГМФ, калия №118 Вставьте пропущенные слова. Механизм Франка — Старлинга обес- печивает ... систолического объема сердца при ... венозного притока к сер- дцу и способствует ... силы сердечных сокращений. А. Увеличение, уменьшении, усилению Б. Уменьшение, уменьшении, ослаблению В. Увеличение, увеличении, усилению Г. Уменьшение, увеличении, ослаблению №119 Вставьте пропущенные слова. Эффект Анрепа состоит в ... силы сер- дечных сокращений при ... давления в аорте или легочном стволе. А. Уменьшении, снижении Б. Уменьшении, повышении В. Увеличении, снижении Г. Увеличении, повышении №120 Минимальное давление в желудочках сердца возникает: А. В периоде изометрического расслабления Б. В фазе быстрого заполнения желудочков кровью В. В фазе медленного заполнения желудоч- ков кровью Г. В протодиастолическом периоде №121 Методами исследования клапанного аппарата сердца являются: А. Аускультация тонов сердца Б. Фонокардиография В. Эхокардиография Г. Электрокардиография Д. Сфигмография №122 При увеличении ЧСС длительность сердечного цикла уменьшается в ос- новном за счет: А. Периода напряжения миокарда желудочков Б. Периода изгнания желудочками крови В. Периода наполнения желудочков кровью Г, Периода изометрического расслабления
526 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА №123 Укажите соотношение объемов крови, которые выбрасываются в сосуды ле- вым и правым желудочками: А. Объем, выбрасываемый правым желудоч- ком, больше Б. Объем, выбрасываемый левым желудоч- ком, больше В. Объемы равны Г. Взаимосвязи нет №124 Главным фактором, который определя- ет исходную длину кардиомиоцитов пе- ред сокращением, является: А. Артериальное давление Б. Венозный приток крови к сердцу В. Влияние ВНС №125 Как и почему изменяется систоличе- ский объем крови при увеличении ве- нозного притока крови к сердцу: А. Увеличивается за счет закона Франка — Старлинга Б. Уменьшается за счет усиления влияния п. Vagus В. Увеличивается за счет эффекта Анрепа Г. Уменьшается за счет лестницы Боудича №126 Повышение концентрации ионов каль- ция в крови может привести: А. К остановке сердца в систоле Б. К остановке сердца в диастоле В. К увеличению частоты и силы сокраще- ний Г. К уменьшению частоты и силы сокраще- ний №127 Главными факторами в увеличении ЧСС при физической нагрузке являются: А. Снижение тонуса центров симпатической нервной системы Б. Повышение тонуса центров симпатиче- ской нервной системы В. Снижение тонуса центров парасимпати- ческой нервной системы Г. Повышение тонуса центров парасимпати- ческой нервной сисиемы №128 Нормальная величина систолического артериального давления в плечевой артерии составляет: А. 50-90 мм рт. ст. Б. 80-100 мм рт. ст. В. 100-120 мм рт. ст. Г. 150-160 мм рт. ст. №129 Нормальная величина диастолического артериального давления в плечевой артерии составляет: А. 90—100 мм рт. ст Б. 70-80 мм рт. ст. В. 40-60 мм рт. ст. Г. 30-50 мм рт. ст. №130 Выполнению капиллярами роли обмен- ных сосудов способствует: А. Строение стенки Б. Небольшая линейная скорость движения крови В. Небольшое периферическое сопротивление Г. Небольшая объемная скорость крови №131 Местные миогенные механизмы регу- ляции тонуса сосудов включаются в от- вет на изменение: А. Концентрации метаболитов в тканях Б. Кровяного давления в соответствующих сосудах В. Вязкости крови Г. Тонуса вегетативных нервов №132 Системное расширение сосудов и сни- жение кровяного давления вызывают следующие факторы: А. Накопление метаболитов в тканях Б. Повышение Тонуса парасимпатической НС В. Повышение тонуса симпатической НС Г. Понижение тонуса симпатической НС №133 Системное сужение сосудов и повыше- ние кровяного давления вызывают сле- дующие факторы: А. Накопление метаболитов в тканях Б. Повышение тонуса парасимпатической НС В. Повышение тонуса симпатической НС Г. Снижение тонуса симпатической НС
Глава 11. СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 527 №134 Системное сужение сосудов и повыше- ние кровяного давления вызывают сле- дующие гормоны: А. Глюкокортикоиды Б. Катехоламины В. Ангиотензин Г. Предсердный натрийуретический гормон №135 Снижение кровяного давления вызыва- ют следующие гормоны: А. Глюкокортикоиды Б. Катехоламины В. Ангиотензин Г. Предсердный натрийуретический гормон №136 Парасимпатические рефлекторные вли- яния не расширяют сосуды: А. Скелетных мышц Б. Слюнных желез В. Органов малого таза №137 Укажите органы, кровоток через кото- рые всегда соответствует их потребно- стям в кислороде и питательных веще- ствах: А. Мозг Б. Сердце В. Почки Г. Эндокринные железы Д. Легкие №138 Укажите органы, кровоток через кото- рые больше, чем их потребность в кис- лороде и питательных веществах (орга- ны с избыточным кровотоком): А. Мозг Б. Сердце В. Почки Г. Эндокринные железы Д. Легкие №139 Укажите правильные утверждения. Прессорный отдел сосудодвигательно- го центра: А. Получает информацию от барорецепто- ров сосудистых зон Б. Получает информацию от хеморецепто- ров сосудистых зон В. Контролирует тонус симпатических ней- ронов спинного мозга №140 Коронарный кровоток во время систо- лы желудочков: А. Увеличивается Б. Уменьшается В. Не изменяется №141 При уменьшении онкотического давле- ния плазмы крови образование лимфы: А. Увеличивается Б. Уменьшается В. Не изменяется №142 Рефлексы с барорецепторов дуги аор- ты и каротидного синуса: А. Нормализуют повышенное АД Б. Предотвращают повышение АД В. Не влияют на уровень АД №143 Местные внутрисердечные рефлексы: А. Нормализуют повышенное АД Б. Предотвращают повышение АД В. Не влияют на уровень АД №144 Стимуляция эфферентных симпатиче- ских нервов сердца приводит к следую- щим эффектам: А. Уменьшает силу сокращения сердца Б. Увеличивает ЧСС В. Повышает возбудимость мышцы сердца Г. Уменьшает скорость проведения возбуж- дения по сердцу №145 Стимуляция эфферентных волокон блуждающего нерва вызывает: А. Уменьшение силы сердечных сокраще- ний Б. Повышение возбудимости сердечной мышцы В. Снижение частоты сердечных сокраще- ний Г. Увеличение скорости проведения возбуж- дения по сердцу
528 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА №146 Заблокировать влияние симпатических нервов на деятельность сердца можно с помощью: А. а-адреноблокатора фентоламина Б. p-адреноблокатора анаприлина В. Н-холиноблокатора бензогексония Г. М-холиноблокатора атропина №147 Ионы кальция при действии на изоли- рованный миокард вызывают: А, Уменьшение ЧСС Б. Увеличение силы сердечных сокращений В. Уменьшение скорости проведения воз- буждения Г. Остановку сердца в диастоле №148 В регуляции деятельности сердца при- нимают участие нервные центры сле- дующих отделов ЦНС: А. Спинного мозга Б. Коры больших полушарий В. Продолговатого мозга Г. Гипоталамуса №149 Закон Франка — Старлинга проявляет- ся во время: А. Увеличения притока крови к сердцу Б. Увеличения давления в аорте В. Увеличения ЧСС №150 Эффект Анрепа проявляется во время: А. Уменьшения ЧСС Б. Увеличения притока крови к сердцу В. Увеличения давления в аорте №151 Экстрасистола желудочков может воз- никать: А. В начале деполяризации кардиомиоцитов Б. В период абсолютной рефрактерное™ сердца В. В период относительной рефрактерное™ сердца №152 Кратковременный механизм регуляции уровня АД обусловлен: А. Вазопрессином Б. Альдостероном В. Изменением транскапиллярного обмена воды Г. Рефлексами с барорецепторов сосудов №153 Вставьте пропущенные слова. Норадреналин вызывает... инотропный эффект, так как при его действии ... проницаемость мембран кардиомиоци- тов для ионов ... А. Положительный, повышается, кальция Б. Положительный, понижается, калия В. Положительный, повышается, калия Г. Отрицательный, повышается, кальция Д. Отрицательный, понижается, калия Е. Отрицательный, повышается, калия №154 Долговременный механизм регуляции АД обусловлен: А. Вазопрессином Б. Альдостероном В. Изменением транскапиллярного обмена воды Г. Рефлексами с барорецепторов сосудов №155 Укажите факторы, которые обуславли- вают периферическое сосудистое со- противление: А. Просвет артериол Б. Деятельность сердца В. Вязкость крови Г. ОЦК Д. Линейная скорость кровотока Е. Длина сосуда
Глава 12 ДРУГИЕ ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА 12.1. ИОННЫЙ СОСТАВ ЖИДКИХ СРЕД Основой водного обмена является разность онкотическиого и гидро- статического давления, а основным условием — полупроницаемость мем- бран, отделяющих водные фазы. Большинство мембран кроме воды про- пускает различные неорганические ионы, но не пропускает крупные орга- нические соединения, создающие онкотическое давление. Именно это обстоятельство и удерживает соответствующее количество воды в данной полости (объеме). В табл. 12.1 приводятся данные об ион- ном составе основных жидких сред организма и уровне осмотического давления в них. Таблица 12.1 Состав и осмотическое давление некоторых жидкостей организма Ионы и молекулы Осмотическое давление, мОсм/л Ионы и молекулы Осмотическое давление, мОсм/л Плазма Интерсти- ций Внутрикле- точная Плазма Интерсти- ций Внутрикле- точная Na+ 142 139 14 Аминокислоты 0,2 0,2 9 К+ 4,2 4,0 140 Лактат 1,2 1,2 1,5 Са2+ 1,3 1,2 0 АТФ — 5 Мд2+ 0,8 0,7 20 Монофосфаты — — 3,7 СГ 108 108 4 Глюкоза 5,6 5,6 — НСОз 24 28,3 10 Белки 1,2 0,2 4 Н?РОд 2 2 11 Мочевина 4 4 4 SO? 0,5 0,5 1 Другие 4,8 3,9 10 КФ — — 45 Общая активность 301,8 300,8 301,2 Карнозин 2 2 8 Мембрана клеток хорошо проницаема для воды, но плохо — для ионов. А стенка кровеносных капилляров свободно пропускает неоргани- ческие ионы и воду. Высокая проницаемость капилляров обеспечивает примерно однотипный ионный состав плазмы крови и межклеточной жидкости при значительном превалировании в плазме высокомолекуляр- ных соединений (главным образом протеинов). В силу этого ионное равновесие между кровью, межклеточной средой и клетками создают разные ионы. Указанные выше отличия обеспечивают создание небольшого градиен- та осмотического давления между жидкими средами организма и соответ- ствующее направление движения жидкости. При этом следует помнить, что некоторое количество воды в клетках образуется при их метаболизме. Движение воды при появлении осмотического градиента столь быстро,
530 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА что, к примеру, в течение 30 мин после питья воды наступает осмотиче- ское равновесие между всеми жидкими средами. В клинике часто встречаются патологические состояния, приводящие к нарушению водного баланса организма. Причем нарушения могут проис- ходить как при болезни, так и в процессе лечения. Принципиально воз- можны два типа реакций: 1) усиление движения воды через мембраны, отделяющие различные фазы; 2) снижение проницаемости мембран (особенно клеточных). Нарушение со стороны всех четырех сил — осмотического, онкотиче- ского, гидростатического давления и проницаемости мембраны (или стен- ки) — приводит к существенному изменению водного баланса организма. 12.2. ИНТЕРСТИЦИАЛЬНАЯ ЖИДКОСТЬ Среди всех жидких сред организма наиболее мобильным звеном явля- ется жидкость межклеточного пространства. Она практически не имеет собственных механизмов образования и регуляции. Образуется она в ре- зультате фильтрации: с одной стороны, из плазмы крови, с другой — из клеток тканей. Здесь жидкость находится главным образом в связанном с белками состоянии в виде геля. Небольшое количество свободной жид- кости заключено в мельчайших пузырьках среди структур межклеточного вещества. В связи с тем, что основная вода находится в связанном состо- янии, ток ее через гель очень медленный. Ведущей движущей силой здесь является диффузия. Диффундируют не только молекулы воды, но и про- дукты клеточного обмена, газы (О2 и СО2), электролиты. В межклеточном веществе возникает и гидростатическое давление. Оно образуется в связи с тем, что объем межуточного пространства ограничи- вают соединительнотканные волокна, а присутствие белковых молекул и ионов, создавая некоторую величину осмотического и онкотического дав- ления, притягивает воду. В большинстве органов онкотическое давление около 6 мм рт. ст. В различных органах и тканях коллоидно-осмотиче- ское и гидростатическое давление в межклеточном веществе отличаются. В плотно упакованных органах и тканях гидростатическое давление выше атмосферного на несколько миллиметров ртутного столба. Так, в мозге оно — в пределах +4...+6 мм рт. ст., в почке — около +6 мм рт. ст. В отличие от этого, в интерстиции подкожной клетчатки его величина не- сколько ниже атмосферного: -2...-6 мм рт. ст. Столь низкое гидростати- ческое давление подкожной клетчатки создает возможность для развития здесь отека. Этому способствует застой крови в венах, что приводит к ро- сту гидростатического давления в капиллярах. Снижение концентрации белков крови, уменьшая силу онкотического давления, удерживающую воду в русле крови, увеличивает содержание свободной воды в подкож- ной клетчатке.
Глава 12. ДРУГИЕ ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА 531 12.3. ЛИМФАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Лимфатическая система Лимфатическая система выполняет многие жизненно важные функции. Она участвует в резорбции воды и метаболитов из органов и тканей; аб- сорбции жидкости из серозных и синовиальных полостей; всасывании жиров и других веществ в кишечнике; образовании и переносе лимфоци- тов; защитной функции. Лимфатическая система (рис. 12.1) начинается слепыми капиллярами почти во всех органах, исключая мозг, селезенку, кости, хрящи, роговицу, хрусталик и плаценту. Капилляры, образуя широкие сети, сливаются вначале во внутриорган- ные, а затем в экстраорганные сосуды и лимфатические коллекторы, впа- дающие в соответствующие отделы венозной системы. Калибр лимфати- ческого капилляра (0,002-0,2 мм) значительно больше, чем кровеносных капилляров. Архитектоника лимфатических сетей внутри органов зависит от структуры соединительной ткани и функционального состояния орга- на. Сами капилляры легко растяжимы. Стыки между эндотелиоцитами в начальных отделах могут довольно широко раскрываться. Благодаря это- му стенка лимфатических капилляров обладает высокой проницаемостью (рис. 12.2). Рано, уже во внутриорганных лимфатических сосудах, появля- ются клапаны. В стенке лимфатических сосудов имеются гладкомышеч- ные клетки. При сокра- щении их лимфа, нахо- дящаяся здесь, выдавли- вается. Движению лим- фы в ортоградном на- правлении способствует расположение клапанов. Расстояние между кла- панами 1-20 мм. Особо важную роль играют располагающие- ся по ходу сосудов лим- фатические узлы. При- чем во многих частях те- ла лимфа проходит через узлы многократно. На- пример, лимфатические сосуды верхней конечно- сти проходят через 5-6, а нижней — через 7- 10 лимфатических узлов. Лимфатические узлы выполняют функцию ме- ханических и биологиче-
532 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Лимфатические капилляры ских фильтров, депониру- ют лимфу, перераспреде- ляют жидкость, участву- ют в кроветворении. Состав лимфы, оттека- ющей от органов, разли- чается в зависимости от особенностей обмена ве- ществ и функциональной активности его. Так, отте- кающая от печени лимфа содержит больше белков, а от эндокринных орга- нов — больше гормонов. В лимфе нет эритроцитов, но есть небольшое количе- ство нейтрофилов, посту- пающих из тканей, а также лимфоцитов, образующихся в лимфатических узлах. Основой образования лимфы являются те 2 л воды плазмы крови, ко- торые, фильтруясь в тканях, не реабсорбируются кровеносными капилля- рами. В зависимости от функционального состояния органа количество образующейся воды, а значит, и лимфы может изменяться. При росте фильтрационного давления в кровеносных капиллярах лимфообразова- ние повышается. Увеличение осмотического давления тканевой жидкости и самой лимфы при поступлении значительного количества продуктов диссимиляции также ускоряет лимфообразование. 12.3.1. Функции лимфы Резорбционная функция лимфы заключается во всасывании из тканей и органов белков и их метаболитов, липидов, клеток и их фрагментов, ино- родных частиц и т. п. Высокая проницаемость лимфатических капилля- ров (щели пропускают частицы размером до 100 нм, а иногда и более) обеспечивает освобождение тканей от крупных метаболитов, микроорга- низмов, чужеродных частиц. Так, например, пылевидные частицы, попа- дающие в дыхательные пути, резорбируясь лимфатическими капилляра- ми, поступают в регионарные лимфатические узлы или в строму легких. В тесном взаимодействии с указанной находится барьерная функция лимфатических узлов, а также лимфоидных элементов, имеющихся в большом количестве в слизистых оболочках кишечника. В них задержи- ваются коллоидные и корпускулярные вещества, переродившиеся клетки, микроорганизмы. Расположенные здесь ретикулярные и эндотелиальные клетки обладают фагоцитарной способностью. А бсорбционная функция связана с поступлением воды в лимфатические сосуды в силу разности онкотического давления, что особенно проявля- ется при «откачивании» жидкости из серозных и синовиальных полостей.
Глава 12. ДРУГИЕ ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА 533 В лимфатические капилляры кишечника поступает часть жира, а также других переваренных веществ. Тем самым лимфатическая система прини- мает участие во всасывании. 12.3.2. Механизмы лимфотока Лимфоток определяется многими факторами. Прежде всего, сам про- цесс образования лимфы способствует ее проталкиванию, так как она находится в замкнутой системе лимфатических сосудов. Значит, функци- ональная активность органа, определяя скорость лимфообразования, вли- яет на ток. Однако наибольшую роль в обеспечении тока лимфы играют периодические сокращения гладкомышечных элементов стенок лимфатиче- ских сосудов. В минуту проходит до 8-Ю волн таких сокращений. Эти сокращения усиливаются под влиянием импульсов, поступающих по сим- патическим нервам. Передвижение лимфы по коллекторам, находящимся в грудной поло- сти, во многом обеспечивается присасывающим действием отрицательно- го давления в грудной полости и дыхательными движениями. К дополнительным факторам, способствующим лимфотоку, относятся сокращение скелетных мышц, сгибание суставов, а также пульсация близ- лежащих кровеносных сосудов. Односторонний ток лимфы обусловлен наличием клапанов в лимфатических сосудах. Скорость лимфотока небольшая. В сутки в вены вливается около 2 л лимфы. Но при многих ситуациях лимфообразование и лимфоток могут быть усилены. Так, при интенсивной мышечной работе объемный лимфо- ток может возрастать в I О—15 раз. Нарушение проходимости лимфатиче- ских сосудов, лимфатических узлов осложняет выполнение дренажной функции и может привести к отеку данной части тела. 12.4. ВОДНЫЙ ОБМЕН И ЕГО НАРУШЕНИЯ На рис. 12.3 приведена схема основных этапов водного обмена орга- низма. Схема основных этапов водного обмена организма: а — всасывание в желудоч- но-кишечном тракте; б — водный обмен в тканях; в — выведение воды почками. / — желудок; 2— кровеносные капилля- ры; 3 — лимфатические капилляры; 4— закрытые полости; 5 — клетки
534 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА 12.4.1. Желудочно-кишечный тракт и водный обмен Жажда Важнейшей приспособительной реакцией организма на гипогидрата- цию является жажда. Это субъективное ощущение возникает в условиях абсолютного или относительного (при возрастании в крови концентра- ции натрия) дефицита воды. Ощущение жажды зарождается при возбуждении структур питьевого центра, расположенного в гипоталамусе и лимбической системе. Во- первых, оно связано с осморецепторами гипоталамуса, которые активиру- ются при повышении внутриклеточной концентрации солей. Важная роль в возникновении чувства жажды принадлежит поступающим к гипотала- мусу афферентным влияниям, связанным с ощущением сухости во рту и глотке. Сухость обусловлена снижением секреции слюны, вызванным уменьшением выделения воды из гипертонической крови, протекающей через слюнные железы. Появление чувства жажды или его исчезновения может быть обусловлено также нервно-рефлекторными механизмами, со- провождающими принятие пищи, воды. Так, уже в процессе приема воды ощущение жажды может проходить, хотя она еще не успеет всосаться и поступить в кровоток. Во-вторых, в возникновении чувства жажды принимают участие волю- морецепторы (рецепторы растяжения), расположенные в стенках крупных вен вблизи сердца и правом предсердии. Эти рецепторы регулируют вод- ный баланс организма через регуляцию объема циркулирующей крови, который в данном случае уменьшается. В-третьих, при уменьшении объема циркулирующей крови в почках ак- тивируется система юкстагломерулярного аппарата и возрастает синтез ренина. Под его воздействием образуется ангиотензин II, который отно- сится к мощным дипсогенным (от греч. dipsa — жажда) факторам, стимуля- торам питьевого центра. Дипсогенными факторами являются и нейропеп- тиды, образующиеся в самом мозге: натрийуретический (при возрастании в крови концентрации натрия), ангиотензин II, окситоцин, вазопрессин. Все указанные воздействия интегрируются на уровне гипоталамуса и лим- бической системы. Возбуждение этих отделов мозга приводит к возникновению мотива- ции, побуждающей прием воды. Между ощущениями жажды и голода имеется существенное отличие. Острота дискомфорта при голодании со временем убывает, то есть проявляется явление адаптации. В отличие от этого адаптация к чувству жажды отсутствует. Это обусловлено прямой взаимосвязью поступления в организм воды и его водных сред, столь важных для кровообращения и поддержания гомеостаза крови и клеток всех органов. Осморегулирующие рефлексы При нарушении водного баланса кроме возникновения чувства жажды запускаются осморегулирующие рефлексы. В их афферентном звене лежит возбуждение периферических и центральных осморецепторов.
Глава 12, ДРУГИЕ ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА 535 Осморецепторы располагаются в интерстициальном пространстве тканей и кровеносных сосудах печени, сердца, желудочно-кишечного тракта, по- чек, селезенки, рефлексогенной зоне каротидного синуса гипоталамуса. Большинство рецепторов раздражается возрастающей концентрацией на- трия — это натр иорецепторы. Эфферентное звено включает вегетативные нервы и гормональные сиг- налы. Важнейшими гормонами, образование которых возрастает при раз- дражении осмо- и натриорецепторов, являются натрийуретический пеп- тид и вазопрессин. Так, при потреблении жидкости еще до всасывания ее в кровь снижение концентрации слюны и химуса воспринимается рецеп- торами ротовой полости и пищеварительного тракта, что подавляет сек- рецию вазопрессина. В результате снижается или исчезает чувство жаж- ды, и вскоре после приема жидкости может возрастать образование мочи. Механизм всасывания воды в кишечнике Основным источником воды в организме является ее поступление с пи- щей и питьем. Всасывание воды происходит в тонком и толстом кишеч- нике, где оно согласуется с всасыванием других веществ. Высокая эффек- тивность всасывания воды в тонком кишечнике обеспечивается, с одной стороны, благодаря огромной суммарной поверхности слизистой кишеч- ника, с другой — сопряжением процессов гидролиза и всасывания на мембране энтероцита. Определенное значение в обеспечении всасывания имеет сокращение ворсинок, интенсивность кровотока и лимфотока в них. Сокращение вор- синок, сжимая находящиеся внутри их лимфатические капилляры, спо- собствует оттоку лимфы. При расправлении ворсинки создается присасы- вающее действие, облегчающее всасывание. Всасыванию способствует также перистальтика кишечника, которая, повышая внутриполостное давление, обеспечивает прирост фильтрационного давления. В процессе пищеварения резко усиливается кровоснабжение слизистой кишечника. Если вне приема пищи через слизистые проходит около 200 мл/мин крови, то в разгар пищеварения кровоток увеличивается до 500-600 мл/мин. Обильное кровообращение обеспечивает энтероциты энергией для активных механизмов всасывания ионов, углеводов и дру- гих соединений. Кроме того, интенсивный кровоток постоянно подержи- вает градиент концентрации веществ и воды между межклеточным содер- жимым ворсинок и быстро протекающей кровью. Всасывание обеспечи- вают механизмы пассивного осмоса, диффузии и активного энергозависимо- го транспорта. В сутки через пищеварительный тракт проходит около 10 л воды, из которых 2-3 л поступает с пищей, а 6-7 л — с пищевари- тельными соками. С калом выделяется лишь 100-150 мл, а остальная вода всасывается в тонком кишечнике. Небольшая часть воды всасывается в желудке и толстом кишечнике. Вода всасывается преимущественно в верхних отделах тонкого кишеч- ника. Осмотическое давление пищевого химуса на всем протяжении ки- шечника почти всегда равно осмотическому давлению плазмы. Всасыва-
536 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА ние углеводов, аминокислот и особенно минеральных солей способствует одновременному всасыванию воды. Причем по осмотическому градиенту вода легко проникает в обе стороны. И если, к примеру, в луковице две- надцатиперстной кишки находится гиперосмотический химус, то вода уже поступает сюда из крови. Вместе с водой абсорбируются и водораст- воримые витамины. Поэтому все факторы, нарушающие процесс всасы- вания пищевых веществ, затрудняют и водный обмен организма. Решающую роль в переносе воды через мембраны и межклеточные промежутки играют ионы Na+ и СГ. Na+ активно абсорбируется из по- лости кишечника. Вслед за ним по электрохимическому градиенту посту- пают ионы СГ и HCOj. В кишечнике происходит также и обменная диф- фузия Na+ на К+ и СГ на НСОз- Минералокортикоид альдостерон повы- шает всасывание натрия и воды. Абсорбция Na+ усиливается и под влия- нием других кортикостероидов. Рвота и диарея Одной из причин развития водного дисбаланса организма является по- теря жидкости за счет рвоты и поноса. При этом может теряться несколь- ко литров воды, а при профузных поносах, характерных для холеры и других подобных инфекций, больной может терять и десятки литров во- ды. Поэтому в лечебных мероприятиях среди прочих необходимо по- мнить о восстановлении водного и электролитного баланса организма. Физиологическая характеристика механизмов рвоты и диареи рассматри- валась в разд. 10.10. 12.4.2. Механизм секреции пота Потовая железа (рис. 12.4) состоит из двух основных ча- стей: собственно железы, расположенной в субдер- мальном слое, и выводного протока, открывающегося на поверхность кожи. В же- лезе происходит процесс пер- вичной секреции пота, а в выводном протоке соверша- ются процессы абсорбции. Схема регуляции секреции пото- вой железы
Глава 12. ДРУГИЕ ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА 537 Секреторные клетки железы секретируют жидкость, сходную по соста- ву с плазмой крови (за исключением белков). Так, в первичном поте кон- центрация натрия около 142 мМЕ/л, хлора— 104 мМЕ/л. При прохожде- нии пота по выводному протоку эти ионы активно абсорбируются, что обеспечивает одновременную абсорбцию воды. Процесс абсорбции во многом обусловлен скоростью образования и продвижения пота: чем ак- тивнее эти процессы, тем больше ионов Na+ и С1“ остается в поте и вы- деляется. При обильном потовыделении в поте может оставаться до по- ловины концентрации этих ионов. Обильное потообразование сопровож- дается увеличением концентрации мочевины (до 4 раз выше, чем в плаз- ме) и калия (до 1,2 раза больше уровня плазмы). Суммарно высокая кон- центрация ионов, создавая высокий уровень осмотического давления, обеспечивает снижение реабсорбции и выделение с потом большого ко- личества воды. При обильном потовыделении может теряться огромное количество воды (до десятков литров) и NaCl (до 15-30 г/день). Однако в организме имеются механизмы, обеспечивающие сохранение этих важных ионов при высоком потовыделении, которые проявляются в процессе адаптации, когда обильное потовыделение происходит в течение продолжительного времени. Этот эффект обуславливается возросшей ак- тивностью секреции альдостерона. Этот гормон действует на эпителий протоков потовой железы, как и на канальцы почек, — ускоряет реаб- сорбцию натрия. 12.4.3. Физиологическая характеристика нарушений водного баланса организма Можно выделить два типа нарушений водного баланса организма: - изменение общего режима водного обмена (тотальная гипогидратация или гипергидратация); - нарушение соотношения воды в отдельных водных средах. Методы исследования О возможном нарушении водного баланса организма многое дают про- стые методы физикального обследования больного (изменения массы тела, тургора кожных покровов, влажности слизистых), выяснение наличия кровотечения, рвоты, диареи, накопления жидкости в кишечнике, других полостях тела. Для более точной характеристики состояния водного обме- на необходима и лабораторная диагностика. Она включает исследования гематокрита и объемных характеристик эритроцитов, содержания в крови Na , К , О , НСОз и глюкозы крови. Среди более сложных тестов полезно определить ОЦК, концентрацию азота мочевины в крови (АМК) и осмолярность сыворотки, которую приблизительно можно рассчитать по следующей формуле: Осмол, сыв. [мОсм/л] = 2 Na+ [мэкв/л] + 1>>коза [мг%] + АМК [мгУо] 18 2,8
538 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Механизмы гипогидратации При чрезмерном снижении поступления жидкости в организм или при усиленном и несбалансированном ее выведении развивается гипогидрата- ция. Сравнительно редко, например, сразу после кровопотери, когда за счет поступления межклеточной жидкости начинается восстановление утерянного объема крови, наблюдается изоосмомолярная гипогидратация. Но чаще всего гипогидратация бывает гипо- либо гиперосмомолярной. Гипоосмомолярная гипогидратация возникает при чрезмерной потере жидкости, содержащей электролиты. Это происходит при диарее, при снижении продукции АДГ и альдостерона. Недостаток указанных гормо- нов приводит к выведению через почки большого количества гипоос- момолярной мочи, а это приведет к развитию лишь внеклеточной гипо- осмомолярной гипогидратации, так как отсюда вода и ионы начнут поступать в русло крови. При крайней степени гипогидратации может развиваться даже внутриклеточный отек, так как мембрана у большин- ства клеток слабо проницаема для ионов и вода из межуточного вещества начнет поступать в клетки. Гиперосмомолярная гипогидратация развивается при потере жидкости, обедненной электролитами. Чаще всего она развивается вследствие умень- шения объема воды, поступающей в организм через желудочно-кишечный тракт (диарея, рвота). При выведении воды из желудочно-кишечного трак- та она начинает поступать сюда из крови (см. «Механизм всасывания во- ды в кишечнике»). Данная форма нарушения водного обмена наблюдается и при чрезмерном выделении мочи (например, при сахарном диабете или другого типа полиурии), при профузном потоотделении. Возрастание ос- мотического давления плазмы крови приведет к движению жидкости из межклеточной среды в кровь, а из клеток — в межклеточное пространство. В результате постепенно разовьется и общая гипогидратация организма. Гипогидратация может быть причиной развития цепи изменений. Так, обезвоживание межклеточного сектора приведет к развитию гиповолемии и артериальной гипотензии. Вследствие этого возникнет гипоксия, обус- ловленная недостаточным кровоснабжением органов. Эти явления резко усиливаются внутрисосудистыми (результат сгущения крови) и внесосуди- стыми нарушениями микроциркуляторной гемодинамики. Все это приве- дет к нарастанию дезорганизации метаболизма в тканях, вплоть до распа- да белков и появления гидроперекисей липидов. А это еще более осложнит гемодинамику и может привести к недостаточности функции почек. Механизмы гипергидратации Избыточное поступление воды при недостаточном выведении ее из организма является причиной гипергидратации. Типичным примером раз- вития такой ситуации является острая почечная недостаточность. При нарушении функции почек гипергидратация может быть следствием даже таких врачебных манипуляций, как промывание желудка большим коли- чеством воды. При задержке воды в организме возникает гипоосмомолярная гипер-
Глава 12. ДРУГИЕ ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА 539 гидратация — чаще всего внеклеточного и клеточного секторов (отек). Чрезвычайно выраженная гипергидратация проявляется в виде водной ин- токсикации. Задержка воды в интерстиции приводит к снижению здесь осмотического давления. Затем воду начинают поглощать клетки. В ре- зультате снижения осмотического давления в клетках нарушаются функ- ции, Особенно наглядно такое нарушение проявляется на самых чувстви- тельных клетках — нервных, что сопровождается возникновением воз- буждения многих нервных центров. Физиологические принципы коррекции изменения осмотического давления Любые состояния, приводящие к нарушению водного режима организ- ма, требуют от врача, наряду с лечением основного заболевания, привед- шего к патологии, осуществления быстрой коррекции нарушенного ион- ного и водного баланса. Последнее должно осуществляться с учетом воз- никшего нарушения ионного баланса. Приведем несколько примеров таких расчетов. Пример А. В норме осмотическое давление всех жидких сред около 280 мОсм/л, что в пересчете на общую осмомолярность организма составляет около 13440 мОсм. Если в результате дегидратации осмотическое давление воз- росло, скажем, до 300 мОсм/л, то при условии сохранения общей осмомолярно- сти легко подсчитать количество недостающей жидкости: В норме воды должно быть: 13440 : 280 = 48 [л]. У данного больного воды: 13440 : 300 = 44,8 [л]. Значит, до нормы не хватает: 48 - 44,8 = 3,2 [л]. Важно твердо усвоить, что осмотическое давление проявляется лишь при наличии проницаемости мембраны для воды. В дальнейших расчетах необходимо учитывать, что если мембрана проницаема для воды и ионов (как, например, стенка капилляров), то возникающий осмотический гра- диент между кровью и межклеточной жидкостью ликвидируется за счет движения обеих составляющих и воды, и ионов. А в случае избиратель- ной проницаемости лишь для воды, как, например, у клеточной мембра- ны, выравнивание может идти лишь за счет движения воды в сторону большего осмотического давления. В приводимых ниже расчетах для упрощения не учитывается возмож- ность выведения части NaCl через почки, хотя при нормальной их функ- ции излишки ионов и воды достаточно быстро выводятся из организма. Пример Б. Разберем механизм изменения водных сред организма при поступ- лении кровозамещающих растворов различного типа на фоне нормального уров- ня осмотического давления (280 мОсм/л) во всех жидких средах организма. Введение гипертоничного раствора, приводя к увеличению осмотического дав- ления плазмы, вызовет движение воды из межклеточной среды в русло крови. Поскольку капилляры проницаемы как для воды, так и для ионов, то навстречу в межуточное вещество начнут поступать из крови ионы. А это, в свою очередь, приведет к росту содержания внеклеточной воды за счет уменьшения внутрикле- точной. Таким образом, при поступлении в сосуд гипертоничного раствора не- сколько возрастет осмотическое давление во всех жидких средах организма. Введение гипотоничного раствора, напротив, вызовет поступление воды во
540 Раздел И. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА внеклеточный и, особенно, внутриклеточный сектора (мембрана клеток не про- ницаема для ионов). Результатом этого станет «разбавление» всех жидких сред. Внутривенное введение изотоничного раствора хлористого натрия (0,9 % рас- твор имеет осмотическое давление 286 мОсм/л) приведет к равномерному увели- чению количества воды и концентрации ионов в плазме крови. Пример В. Другая ситуация возникнет, если введение раствора произойдет на фоне гиперосмии. Поступление изотоничного раствора вызовет движение воды вначале из плазмы крови в межклеточный сектор, а затем и в клетки. То же про- изойдет и при введение гипотоничного раствора. Гипертоничный раствор приве- дет к сохранению его в плазме крови. Пример Г. При внутривенном поступлении растворов глюкозы или аминокислот (протеинов) произойдет следующее. Вначале они создадут некоторое увеличение уровня онкотического давления крови, что приведет к возрастанию поступления воды из межклеточной жидкости и клеток в плазму крови. Но после использования указанных субстратов в клеточном метаболизме вода из крови либо выведется с мочой, либо поступит обратно в межклеточный и клеточный сектора. 12.5. ОТЕКИ В клинике часто встречаются патологические состояния, приводящие к нарушениям водного баланса организма. Причем эти нарушения могут происходить как вследствие болезни, так и при их лечении. Принципи- ально возможны два типа реакций: - усиление движения воды через мембраны, отделяющие различные фазы; - снижение проницаемости мембран (особенно клеточных). При некоторых патологических ситуациях в тканях могут находиться излишки воды, то есть развивается отек. При этом вода может задержи- ваться как в клетках, так и в межклеточном веществе. Могут быть отеки и закрытых полостей. Внутриклеточный отек развивается в двух случаях: - при подавлении метаболизма клетки, - при недостаточном снабжении кислородом и поступлении других про- дуктов. В результате ослабляется функция ионных насосов и происходит за- держка ионов в клетке. Повышающееся осмотическое давление приводит к поступлению воды в клетки. Внеклеточный отек развивается при многих состояниях, однако можно выделить две основные причины этого: - ненормально высокое поступление воды из капилляров, - нарушение лимфооттока. В клинической практике наиболее часто отеки встречаются при пато- логии сердечно-сосудистой системы, заболеваниях почек и снижении он- котического давления плазмы крови (при нарушении белкового обмена). В связи с вышесказанным основные мероприятия для нормализации вод- ного режима организма и ликвидации отеков должны быть направлены: - на снижение гидростатического давления между капиллярами и межу- точным веществом,
Глава 12. ДРУГИЕ ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА 541 - на резкое возрастание лимфотока, - на «вымывание» межклеточной жидкости путем повышения онкотиче- ского давления плазмы крови. 12.5.1. Водный баланс при изменении гидростатического давления (сердечные отеки) Одним из часто встречающихся следствий хронической недостаточно- сти кровообращения являются отеки. Можно выделить несколько веду- щих механизмов их развития: - повышение гидростатического давления в артериальном отделе, при- водящее к увеличению сил, выталкивающих воду в ткани; - рост давления в венозном отделе, застой крови в нем, затрудняющие отток крови из тканей и повышающие действие сил, выталкивающих жидкость из сосудов; - падение давления в большом круге кровообращения, снижающее вели- чину эффективного фильтрационного давления в почках и активи- зации реабсорбции натрия, что приводит к задержке жидкости в орга- низме; - нарушение трофики тканей, приводящее к развитию гипоксии тканей, что, к примеру, снижая возможности работы ионных насосов, увели- чивает уровень внутриклеточного натрия и обеспечивает в них гипер- гидратацию; - развитие отека легких, усиливающее влияние гипоксии; - застой крови в печени, приводящий, с одной стороны, к нарушению метаболической функции ее и снижению уровня белков плазмы, а с другой — к развитию отека брюшной полости — асциту. Особо следует учитывать, что в развитии отеков существенную роль иг- рает нарушение трофики различных органов и тканей. Так, гипоксия тка- ней, кроме указанного выше нарушения работы ионных насосов, приводит к увеличению проницаемости капиллярного русла. Увеличение проницае- мости сосудистой стенки само по себе еще не относится к обязательным факторам развития отека. Дело в том, что это способствует как усилению поступления жидкости в ткани (фильтрации), так и обратной резорбции ее. Решающую роль в том, что произойдет — отек или гипогидратация, игра- ют два основных механизма: - гидродинамическое давление, - онкотическое давление (и особенно его градиент между тканями и сосудистым руслом). К примеру, нарушение кровообращения печени, застой крови в ней сопровождаются снижением синтеза белков. В результате падает онкоти- ческое давление — основной механизм, обеспечивающий удержание жид- кости в микроциркуляторном русле, и избыток воды остается в тканях. Таким образом, при недостаточности функции сердечно-сосудистой системы механизмы развития отеков весьма разнообразны и большин- ство их обусловлено нарушением не только общей гемодинамики, но и
542 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА кровообращения многих внутренних органов, а также нарушением их специфической функции. Причем в начале развития сердечной недостаточности возросшее коли- чество нереабсорбированной из тканей воды может компенсироваться возрастающим оттоком лимфы. Но компенсаторные возможности этой системы ограниченны, и, к примеру, все более повышающееся гидроста- тическое давление в венозном русле вызывает еще и рефлекторный спазм лимфатических сосудов, что, приводя к механической лимфатической не- достаточности, усугубляет развитие сердечных отеков. Как правило, при развитии отеков в результате недостаточности функ- ций сердечно-сосудистой системы, особенно при ее хронической форме, имеет место взаимодействие нескольких механизмов. Кроме того, здесь наглядно проявляется принцип образования порочных кругов, когда на- чавший развиваться патологический процесс сам себя усиливает. Это происходит потому, что подавляющее большинство механизмов регуля- ции функций органов и систем «рассчитано» на нормальную их функцию. Компенсаторные механизмы, которые, как правило, имеются «в запасе» ко многим патологическим ситуациям, включаются медленно, и их дея- тельность не всегда бывает достаточно эффективной. К тому же эти ме- ханизмы могут лишь задержать скорость развития патологического про- цесса. Без ликвидации самого патологического процесса и восстановле- ния функции они не могут обеспечить поддержание нормальной функции организма. Отек при недостаточности функций левого желудочка Наиболее наглядно сердечные механизмы отека проявляются при недо- статочности функции левого желудочка, обусловленной инфарктом его стенки. Снижение количества крови, выбрасываемой левым желудочком, приводит к задержке ее в венозной системе. Это затрудняет отток крови из капилляров, а значит, снижается объем абсорбируемой жидкости в ве- нозном его участке. В результате объем интерстициальной жидкости уве- личивается. Происходящее сгущение крови и рост осмотического давле- ния через систему осморецепторов и повышенной секреции антидиурети- ческого гормона запускает почечный механизм удержания жидкости в ор- ганизме. Одновременно с этим нарушается гемодинамика почек, что при- водит дополнительно к включению собственно почечных механизмов удержания жидкости в русле крови. В результате наряду с выходом жид- кости в ткани возрастает и объем циркулирующей крови. Одним из чрезвычайно грозных нарушений при снижении сердечного выброса левого желудочка является развитие отека легких (подробнее см. ниже). В основе его механизмов лежит то, что сразу же вслед за падением сердечного выброса из левого желудочка и замедлением поступления кро- ви в него начинается рост давления в малом круге кровообращения, обус- ловленный возрастанием здесь объема крови.
Глава 12. ДРУГИЕ ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА 543 Вторичный альдостеронизм При некоторых заболеваниях почки утрачивают способность к нор- мальной экскреции натрия, тем самым нарушая его баланс, так как по- ступление натрия в организм продолжается. В результате вместе с натри- ем в организме задерживается и вода, что ведет к увеличению объема внеклеточной жидкости и отекам. Такая ситуация, к примеру, складывается при сердечной недостаточно- сти (рис. 12.5). Неэффективно работающее сердце не может поддержи- вать нормальное артериальное давления в системе кровообращения. В результате снижается скорость клубочковой фильтрации. Вследствие этого активируются симпатические влияния на почки и возрастает активность ренин-ангиотензин-альдостероновой системы. Комплекс ука- Схема основных механизмов развития отека при сердечной недостаточности
544 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА занных механизмов и приводит к задержке натрия в организме. При таком состоянии барорецепторы артериальной системы кровообращения нейтрализуют все механизмы, которые в норме обеспечивают увеличение выведения натрия при его задержке в организме (например, выработку предсердного натрийуретического гормона). Тенденция к задержке натрия в организме наблюдается также и при цир- розе печени, нефротическом синдроме. Все указанные ситуации относятся к так называемому вторичному альдостеронизму. Данное явление отличается от первичного альдостеронизма, обусловлен- ного патологией надпочечников и повышенным образованием этого гормона. При этом начальная задержка натрия в организме сменяется «ускользанием» организма от развития отеков. Зажержка натрия приво- дит к активации реакций, направленных на возрастание скорости филь- трации и восстановление реабсорбции натрия. Последнее может проис- ходить путем снижения симпатического влияния на секрецию ренина. 12.5.2. Почечные отеки Участие почек в сохранении объема крови Почки более, чем другие органы, участвуют в поддержании объема плазмы крови, а через кровь — и других жидких сред организма. Эта функция осуществляется посредством участия в выделении воды, в сохра- нении осмотического и онкотического давления плазмы крови. В свою очередь, через плазму крови контролируется содержание межклеточной жидкости и уровень жидкости в закрытых полостях организма. Основные механизмы, контролирующие постоянство объема крови, базируются на сравнении сигналов от барорецепторов (уровень артери- ального давления) и волюморецепторов (объем крови, поступающей в предсердия). При гиперволемии увеличивается венозный возврат крови к сердцу. В результате по механизму Франка — Старлинга увеличивается сердеч- ный выброс, что приводит к росту артериального давления. Сигнал от предсердных рецепторов растяжения угнетает образование антидиурети- ческого гормона, в результате чего возрастает выделение воды почками. Параллельно этому в предсердиях секретируется натрийуретический пеп- тид (НУП), усиливающий выделение натрия, а вместе с ним еще больше увеличивается выделение воды. Все это способствует снижению объема плазмы, а значит, и всей крови. При гиповолемии уменьшение венозного возврата крови к сердцу при- водит к снижению сердечного выброса и артериального давления. При этом включается комплекс нейрогуморальных реакций. Уменьшение раз- дражения барорецепторов дуги аорты, каротидного синуса, легочных ар- терий приводит к повышению сосудосуживающей импульсации симпати- ческих нервов. Одновременно в кровь выбрасывается антидиуретический гормон гипофиза и запускается действие ренин-ангиотензин-альдостеро-
Глава 12. ДРУГИЕ ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА 545 новой системы, в почках образуются местные вазоконстрикторы. Кроме того, при резком падении системного артериального давления возбужда- ются барорецепторы почек. Это наряду с ростом симпатической импуль- сации дополнительно усиливает образование ренина и сужение принося- щей артериолы. В результате уменьшается образование фильтрата. К то- му же из меньшего количества первичного фильтрата повышенно реаб- сорбируются натрий и вода. Таким образом, комплекс указанных измене- ний обеспечивает задержку натрия и воды в организме, что вместе с со- судосуживающими рефлексами приводит к повышению уровня артери- ального давления. При снижении осмотического давления крови раздражение осморецеп- торов супраоптических ядер гипоталамуса приводит к уменьшению вы- броса антидиуретического гормона. Следствием этого будет рост выделе- ния воды почками и увеличение осмотического давления. Противополож- ная направленность реакций наблюдается при гиперосмии. Так, например, повышение осмотического давления крови на 6 % увеличивает концентра- цию АДГ более чем в 10 раз. Механизм почечных отеков Почки, как основной орган выведения излишков жидкости и ионов из организма, как правило, подключаются к развитию сердечных отеков. Но патология самих почек и нарушение их функций также могут приво- дить к развитию отеков. В основе развития почечных отеков лежат два принципиально различных механизма: - поражение гломерул снижает активность первой стадии мочеобразо- вания — фильтрации; - поражение гломерул и особенно их клубочков приводит к выделе- нию большого количества белков, снижая онкотическое давление плазмы. Большую роль в развитии отеков играют гормональные механизмы, которые в норме направлены на сбалансированное поддержание нор- мального водного обмена при различного уровня водных нагрузках. Са- мо по себе снижение кровотока, а также образование ангиотензина II и альдостерона способствуют падению фильтрации и стимулируют реаб- сорбцию натрия, а вслед за ним в русло крови возвращается вода (рис. 12.6). На фоне сниженного онкотического давления плазмы вода из крови перемещается в ткани. Но одновременно с развитием вышеуказанных изменений в почках на- чинают «работать» механизмы, направленные на компенсацию недоста- точного выведения воды и солей. Так, развивающаяся гипоксия почечной ткани, с одной стороны, способствует снижению активности энергозави- симых механизмов канальцевой реабсорбции (т. е. способствует выделе- нию ионов), а с другой — снижая осмотическое давление паренхимы моз- гового вещества, уменьшает интенсивность возвратного эффекта в петле Генле, где также снижается активность реабсорбции. Кроме того, рост
546 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА кровенаполнения предсердий, особенно правого, стимулирует секрецию в них натрийуретического гормона. Этот гормон обуславливает выделе- ние натрия почками, что, со своей стороны, также повышает количество выводимой мочи. 12.6. СПИННОМОЗГОВАЯ ЖИДКОСТЬ И ОТЕК МОЗГА Мозг, являясь наиболее юным эволюционным образованием, для обес- печения своей функции требует еще более строгих гомеостатических усло- вий, чем другие органы. Он надежно огражден от возможного воздействия веществ, находящихся в крови, благодаря наличию гематоэнцефалического барьера. В создании этого барьера участвуют: эндотелий капилляров, гли-
Глава 12. ДРУГИЕ ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА 547 альные клетки, находящиеся между капиллярами и нейронами, паутинная оболочка и сосудистые сплетения, расположенные в желудочках. В создании в мозге гомеостатических условий принимает участие и спинномозговая жидкость (СМЖ, ликвор). Ликвор образуется, главным образом, сосудистым сплетением желудочков мозга (рис. 12.7). В его об- Ж ЕЛУДОЧЕК i J Цс|эсЛро- Схема гематоэнцефалического барьера (а) и механизма ликворообразованйя (б)
548 Раздел П. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА разовании участвуют также сосуды менингеальной оболочки, эпендимы желудочков, паренхимы мозга. В желудочках находится 30-40 мл про- зрачного, бесцветного ликвора, а в подпаутинном пространстве— 100— 120 мл. Удельная масса ликвора 1,005-1,007 г/мл, pH близок к крови (7,4- 7,6). В ликворе содержится значительно меньше, чем в крови, белков (до 0,02 %) и гормонов, отсутствуют ферменты и иммунные тела, а неоргани- ческих солей содержится почти столько же, сколько в плазме крови. По мере образования новые порции СМЖ оттесняют прежнюю из моз- говых желудочков вначале в спинномозговой канал, а затем и в субарах- ноидальное пространство. Через арахноидальные ворсинки в верхнем си- нусе ликвор изливается в кровь. Наряду с образованием внутренней среды мозга ликвор выполняет функцию гидравлического амортизатора, смягча- ющего травмирование мозга при сотрясениях и облегчающего его вес. Кроме того, обмениваясь с межклеточной жидкостью, он поддержива- ет осмотический состав мозга, поставляет ряд питательных веществ, уно- сит отходы метаболизма. Сосудистое сплетение желудочков, синтезируя СМЖ, выполняет функ- цию выделения, то есть как бы играет роль почек для мозга. Анатоми- ческой основой сосудистых сплетений являются листовидные отростки, в которых имеются мелкая артерия и капилляры. Отростки окружены однослойными, плотно контактирующими эпителиальными клетками. Практически все обменные процессы совершаются через сами эпители- альные клетки. Скорость секреции СМЖ такова, что она полностью обновляется через 3-4 ч. 12.6.1. Механизм образования ликвора Образование СМЖК — активный процесс. Вода составляет 99 % лик- вора. Вначале она из кровеносных капилляров поступает внутрь эпители- альных клеток по осмотическому градиенту вслед за ионами. Здесь вода диссоциирует на Н+ и ОН-. У базолатеральной мембраны ионы водорода обмениваются на натрий плазмы крови. На апикальной мембране эпителиальных клеток Na+ активно, с помощью Ка,К-помпы, откачива- ется в СМЖ. По электрохимическому градиенту вслед за Na+ сюда посту- пают CI - и бикарбонаты. Бикарбонаты в клетке образуются из Н+ и СО2. В желудочки для поддержания осмотического равновесия поступает и не- диссоциированная вода. В СМЖ многие ионы, такие как Na+, К+, СГг, находятся на постоянном уровне. Это свидетельствует о том, что здесь со- держание этих ионов регулируется. В СМЖ содержатся также вещества, используемые для обеспечения функций мозга. Через гематоэнцефалический барьер из кровеносных ка- пилляров в ликвор большинство соединений поступает селективно (изби- рательно). Легче всего поступают те вещества, которые мозг использует весьма активно: глюкоза, лактат, аминокислоты, рибонуклеазы, ряд вита- минов. Для этого в эндотелии сосудов существуют специализированные переносчики. А использование их мозгом создает концентрационный гра-
Глава 12, ДРУГИЕ ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА 549 диент, благодаря которому трансмембранный транспорт веществ происхо- дит, как правило, без затраты энергии. Однако при низкой концентрации этих веществ в крови они могут и активно поступать против градиента концентрации. Системы активного и пассивного транспорта из межкле- точной жидкости доставляют указанные соединения вначале в цитоплазму эпителиальных клеток, а затем и в ликвор. В результате, например, вита- мин С, фолаты в СМЖ могут в 4 раза превышать уровень плазмы крови. Так как активность транспортных систем зависит еще и от количества переносчиков на мембранах, максимальная скорость переноса этих со- единений при чрезмерно большой их концентрации в крови ограничена. Сосудистое сплетение перекачивает вещества не только из крови, но и в об- ратном направлении, очищая СМЖ от отходов. Имеется несколько «очист- ных» систем, действующих по принципу активного транспорта. Одна из них выводит йодид и другие мелкие неорганические ионы. Есть системы, в сфе- ру действия которых попадают многие лекарственные вещества, в том числе и антибиотики типа пенициллина, цефалоспарина. Тем самым затрудняется возможность создания достаточной их концентрации в мозге при лечении. Многие соединения, образующиеся в мозге, в том числе и нейромедиаторы, также удаляются благодаря активности сосудистого сплетения. Кроме того, эндотелий сосудистого сплетения участвует и в синтезе ря- да белков, содержание которых в СМЖ больше, чем в крови. Примером их может служить преальбумин, транспортирующий из крови в мозг та- кие важные вещества, как гормон щитовидной железы, витамин А. Пред- полагают, что ряд белков, синтезируемых сосудистыми сплетениями, уча- ствует в регуляции развития мозга. Давление ликвора составляет в среднем около 130 мм вод. ст. (10 мм рт. ст.). Но уровень его может колебаться от 65 до 195 мм вод. ст. Регуля- ция давления осуществляется путем реабсорбции излишка жидкости через villi arachnoide. Скорость образования и абсорбции ликвора регулируется величиной давления. Клапанный механизм сосочков открывается при возрастании давления на 20 см вод. ст. (1,5 мм рт.ст.) выше указанной нормы, и излишки жидкости поступают в венозные синусы. 12.6.2. Рост давления СМЖ и отек мозга При многих патологических состояниях количество СМЖ увеличивает- ся. Так, блокада клапанного механизма сосочков мягкой мозговой обо- лочки (фиброз, инфекция, кровоизлияние и поступление в СМЖ большого количества клеток крови, сдавление мозга опухолью и т. п.), нарушая от- ток ликвора, приводит к росту давления. Поступление в СМЖ белка (при кровоизлиянии, инфекции и т. п.) также приводит к росту давления, но уже за счет роста онкотического давления. В связи с тем, что мозг находится в замкнутой костной полости, увеличение количества ликвора и рост давле- ния его на стенки желудочков и спинномозгового канала вызывают комп- рессию мозга. К аналогичному эффекту приводит и отек ткани мозга. Причинами его являются воспалительные процессы в мозговой ткани, повышение прони-
550 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА цаемости стенок кровеносных капилляров и резкое увеличение уровня АД. Последнее происходит при повышении давления как в системных сосудах (при гипертонических кризах), так и в их церебральном отделе. Следствиями указанных состояний будут прямое повреждение тканей мозга, нарушение их гемодинамики. Возросший объем мозга начнет пере- жимать кровеносные сосуды. В результате механического сужения арте- рий возникнет порочный круг. Недостаточность кровотока приведет к ги- поксии мозга. Гипоксия станет причиной дилатации артериол с дополни- тельным ростом давления в капиллярах и еще большего выхода жидкости из них. К этому же приведет еще одно следствие снижения оксигенации — рост проницаемости капиллярной стенки. Одновременно в клетках мозга нарушится работа Ка,К-помпы, что приведет к росту в них осмотическо- го давления и гипергидратации клеток. Исходя из указанных выше механизмов развития отека, для его купи- рования можно рекомендовать внутривенное введение гиперонкоти- ческих растворов, спинномозговую пункцию или пункцию желудочков головного мозга (если нарушен их дренаж). Естественно, необходимо и патогенетическое лечение основного заболевания, вызвавшего нарушение обмена жидкости. 12.7. ЖИДКОСТЬ ЗАКРЫТЫХ ПОЛОСТЕЙ И ИХ ОТЕК К таким полостям относятся: плевральная, перикардиальная, перито- неальная, суставные. В норме эти полости содержат по несколько милли- литров вязкой жидкости. При патологии ее количество может резко воз- растать. В норме серозная оболочка указанных полостей слабо проница- ема как для электролитов и других соединений, так и для жидкости. Основным источником жидкости полостей является диффузия из близле- жащих капилляров и из интерстициального пространства окружающих тканей. Механизм диффузии подобен описанному выше для других орга- нов и тканей. Реабсорбция жидкости из этих полостей происходит, глав- ным образом, в близлежащие капилляры. Белки, находящиеся в них в не- большом количестве, всасываются преимущественно в лимфатические со- суды. Вместе с ними реабсорбируется и часть воды. Поэтому рост гидро- статического давления в капиллярах окружающей ткани, затрудняя отток, создает условия для увеличения образования жидкости в указанных поло- стях. Точно так же блокада лимфатической системы приводит к развитию отека этих полостей. Ниже рассматриваются физиологические механиз- мы развития отека ряда указанных полостей. Механизм отеков, обуслов- ленных развитием инфекционного процесса, здесь не рассматривается. 12.7.1. Жидкость плевральной полости Механизм образования жидкости Плевральную полость от близлежащих капилляров и межклеточной жид- кости отделяет порозная серозная мембрана париетальной и висцеральной плевры. Плевральная жидкость (в норме ее имеется лишь несколько милли- литров) по своему составу и механизму образования (путем транссудации)
Глава 12. ДРУГИЕ ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА 551 очень близка к интерстициальной, но динамические характеристики ее об- разования, в связи с особенностями кровообращения в малом круге, суще- ственно отличаются от других отделов и нуждаются в специальном описа- нии. Это отличие основывается на следующих особенностях гемодинамики малого круга квообращения: - среднее давление в капиллярах около 7 мм рт. ст. (в большом круге кровообращения — 17 мм рт. ст.); - гидростатическое давление свободной жидкости в ткани легких более низкое, чем в других тканях, и, в связи со структурными особенностя- ми паренхимы и отрицательным давлением в грудной полости, оно отрицательное (около -6...-8 мм рт. ст.); - стенка легочных капилляров более проницаема для белков, благодаря чему онкотическое давление интерстициальной ткани около 14 мм рт. ст. Получается, что суммарные силы, выталкивающие воду из капилляров малого круга кровообращения, равны: 7 + 14 + 6 = 27 мм рт. ст., а удерживающая сила онкотического давления около 26 мм рт. ст. В связи с этим ЭФД (эффективное фильтрационное давление — разность взаимо- действия сил фильтрации жидкости и ее абсорбции) обычно в легких лишь +1 мм рт.ст. (в большинстве других тканей около + 3 мм рт.ст.). Благодаря этому, в межклеточной ткани легких жидкости мало. Основным путем абсорбции жидкости из интерстиция легких являют- ся лимфатические сосуды латеральных отделов париетальной плевры, ди- афрагмы, средостения. Оттоку лимфы способствуют дыхательные экспираторные движения, повышающие внутриплевральное давление. Поэтому лимфа, куда, главным образом, абсорбируются белковые со- единения и другие вещества, в легких образуется с большей интенсивно- стью, чем в большинстве других органов. И в условиях неповрежденной дренажной лимфатической системы отек легких может не быть даже при повышении ЭФД до +23 мм рт. ст. Другой путь абсорбции плевральной жидкости — кровеносные сосуды висцеральной плевры. В капиллярах висцеральной плевры активная абсорб- ция жидкости происходит под влиянием онкотического давления белков плазмы крови в связи с низким гидростатическим давлением в них. Отек легких и плевральной полости В норме, а особенно часто в патологии, указанные выше условия обме- на жидкости в легких и межплевральном пространстве могут изменяться, что способно привести к развитию отека легких или плевральной полости. У здорового человека возрастание частоты и силы сердечных сокраще- ний не вызывает существенных изменений гемодинамики малого круга кро- вообращения. В легких имеются 2 пути аккомодации возрастающего МОК: - увеличение числа открытых капилляров, - растяжение всех капилляров и увеличение кровотока через каждый из них.
552 Раздел И. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Поэтому даже при существенном увеличении МОК давление крови здесь возрастает до не очень высоких величин (до 20-25 мм рт. ст.). К то- му же, как было указано выше, сам по себе прирост давления не приводит к отеку в связи с запасом «реабсорбционных мощностей». Обязательны- ми условиями развития отека являются: - нарушение лимфотока, - резкое повышение проницаемости стенок капилляров. Последнее происходит, например, под влиянием гистамина, образую- щегося в большом количестве при бронхиальной астме. В развитии отека легких, как и в возникновении плеврита (отека плев- ральной полости), особенно велика роль инфекции, отравления газами, что приводит к резкому повышению порозности стенки кровеносных ка- пилляров и выходу белков и даже клеток. В основе развития отека лежит рост онкотического давления в интерстиции и плевральной полости. Кроме причин, связанных с патологией легких, нарушение водного об- мена в них происходит в связи с изменением сердечной деятельности. Ча- стыми причинами отека легких являются сердечная недостаточность и недостаточность митрального клапана. В последнем случае обратное по- ступление крови во время систолы левого желудочка приводит к возра- станию давления в легочных венах и затруднению оттока крови из капил- ляров. Вода в легких начинает накапливаться при росте давления в левом предсердии выше 23 мм рт. ст., что приводит к повышению давления в капиллярах выше 25 мм рт. ст. А у пациентов с хронической недостаточ- ностью митрального клапана давление в капиллярах может достигать 40- 45 мм рт. ст. Хотя при этом отек может и не развиваться — если лимфо- отток, возрастающий в 10 раз и более, справляется с дренажем легких. Но при его нарушении или более существенном возрастании давления (выше 50 мм рт. ст.) развивающийся отек легких может привести к смерти боль- ного за считанные часы. Последовательность процессов, возникающих при недостаточности со- кратительной функции левого желудочка сердца, следующая: 1) затруднение оттока в левое предсердие приводит к росту объема крови в малом круге кровообращения; 2) растет давление в капиллярах, что способствует повышению коли- чества выходящей из них жидкости; 3) отек легочной ткани нарушает оксигенацию крови; 4) снижение уровня оксигемоглобина в крови приводит к дилатации периферических сосудов; 5) в результате в начале развития отека легких объем крови, посту- пающей к правому отделу сердца, снижается (кратковременная компенсация); 6) но дальнейшее кровенаполнение венозного отдела приводит к росту венозного возврата к правому отделу сердца. Таким образом формируется порочный круг, усугубляющий состояние
Глава 12. ДРУГИЕ ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА 553 больных. Поэтому при остром развитии процесса необходимо принимать экстренные меры, иначе больные погибнут. Респираторный дистресс-синдром легких При этом повреждается стенка кровеносных капилляров (прилипающи- ми нейтрофилами и т. д.), что приводит к отеку легких. В здоровом легком жидкость начинает накапливаться, если трансмуральное давление (А) на 5 мм рт.ст. и более превышает онкотическое давление (А) плазмы крови. Естественно, что чем выше разница, тем активнее эти процессы. Но при повышенной проницаемости капиллярной стенки жидкость начинает нак- апливаться во внесосудистом пространстве легких и при более низком соотношении указанных показателей. 60-80 % онкотического давления создают альбумины, остальную часть — глобулины и фибриноген. Любопытно, что величина этого дав- ления даже у здоровых не одинакова. В вертикальном положении челове- ка величина Ро составляет около 25 мм рт. ст., а в горизонтальном — несколько снижается (до 22-20 мм рт. ст.). Снижение Ро происходит постепенно в течение 4 часов за счет выхода в кровь безбелковой жидко- сти из тканей. Р„ больного с определенным приближением можно рассчитать, исходя из содержания общего белка в крови (Б, г/100 мл): Ро ~ 2,1 Б [мм рт. ст.]. При этом необходимо учитывать, что после применения различных безбелковых коллоидных кровезаменителей эта формула уже не может использоваться. Отеки могут быть обусловлены ростом трансмурального давления или повышением проницаемости капиллярной стенки. 12.7.2. Жидкость полости перикарда Небольшое количество жидкости, имеющейся в полости перикарда, об- разуется во многом так же, как и в плевральной полости. Гидростатиче- ское давление свободной воды здесь также отрицательное. Всасыванию и оттоку из лимфатических каналов средостения способствуют: - дыхательные движения, - сокращения сердца. 12.7.3. Жидкость перитонеальной полости В брюшной полости содержится небольшое количество жидкости, фильтрующейся и реабсорбирующейся через серозную мембрану брюши- ны. Как и в других полостях, в реабсорбции крупных молекул, солей и воды большая роль принадлежит лимфатическим сосудам брюшины. Наибольшее количество лимфатических сосудов отходит от париетально- го отдела диафрагмы. Причем реабсорбционная способность брюшины настолько выражена, что из брюшной полости могут всасываться не только большие молеку- лы, но и целые клетки, например эритроциты.
554 Раздел П. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Печень В водном обмене брюшной полости в норме и особенно при патологии огромную роль играет печень. Поэтому целесообразно коротко напом- нить особенности печеночного кровотока. Морфофункциональной единицей печени являются 50000-1000000 пе- ченочных долек. Форма их близка к цилиндрической: диаметр 0,8-2,0 мм, длина — несколько миллиметров (рис. 12.8). Дольки, образованные пече- ночными клетками, располагаются вокруг центральной вены. Кровь в пе- чень поступает двумя потоками: - меньший из них (около 350 мл/мин, что составляет 7% МОК левого желудочка) поступает по печеночной артерии; - больший (до 1100 мл/мин) — из вен, несущих кровь от селезенки, под- желудочной железы и большинства отделов желудочно-кишечного тракта. Благодаря тому, что эндотелиальная оболочка синусоидов имеет до- статочно крупные поры (диаметром до 1 мкм), кровь сравнительно мед- ленно фильтруется через синусы, где она очищается даже и от попавших в кишечнике микробов, которые моментально подвергаются фагоцитозу в клетках Купфера. Но это создает еще одну особенность: сюда (в про- странство Disse) поступают почти все составные элементы плазмы — да- же до 80-90 % белков. Их абсорбцию из указанного пространства осуще- ствляет лимфатическая система печени. Печеночный лимфоотток столь активен, что составляет около половины всей лимфы. В норме давление крови в полой вене около 0 мм рт. ст., а в v. portae — около 9 мм рт. ст., что создает ощутимую разницу для достаточно высо- кой скорости кровотока. Но в то же время любое возрастание сопротив- ления оттоку приводит к двух-трехкратному увеличению как кровенапол- |~Рис. 12.8 Печеночная долька
Глава 12. ДРУГИЕ ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА 555 нения печени, так и образованию жидкости пространства Disse. И при по- вышении давления в синусоидах на 3-7 мм рт. ст. жидкость, содержащая большое количество белков, уже начинает трансфузировать через поверх- ность печени в брюшную полость. Такая ситуация встречается при мно- гих заболеваниях, но особенно часто при циррозе печени, развивающемся при гибели и замещении печеночных клеток соединительной тканью. Рост давления до 10-15 мм рт.ст. приводит к 20-кратному увеличению скорости лимфообразования. Естественно, лимфатическая система с та- ким объемом жидкости может и не справиться, особенно в случае посто- янно существующей патологии (при хронической форме). Это приводит к образованию отека брюшной полости — асциту. Существенной осо- бенностью асцита, отличающей его от других отечных жидкостей, явля- ется наличие большого количества белка. Поскольку рост давления в венозной системе печени приводит к за- труднению оттока крови от органов ЖКТ, возрастает сопротивление оттоку жидкости от них. Образованию асцита способствует также и трансфузия жидкости через стенку ЖКТ. Разумеется, образованию доста- точно большого количества асцитической жидкости какое-то время пре- пятствует активная абсорбция ее брюшиной. Этому же препятствует раз- витие коллатерального кровообращения в виде новообразующихся вен сальника с селезенкой, желудком, кишечником и диафрагмой. 12.7.4. Жидкость синовиальных полостей Суставные полости и сумки покрыты синовиальной мембраной, состоя- щей из фиброзной ткани и клеток. По сути дела, эти полости являются разновидностями межклеточного пространства. Гидростатическое давле- ние жидкости в суставной полости постоянно отрицательно (-4...-8 мм рт. ст.), что обеспечивает не только водный обмен, но и взаимное притяги- вание костей. При нарушении целостности суставной сумки эта сила исче- зает, и кости могут легко разъединяться. Суставная жидкость содержит большое количество протеогликанов, синтезируемых окружающими клетками. Создаваемое ими относительно высокое онкотическое давление является одним из основных механизмов поступления жидкости в полости. Всасывание белков и жидкости происходит как в лимфатические сосу- ды, так и в кровеносные капилляры. Причем для абсорбции жидкости в близлежащие кровеносные сосуды синовиальная мембрана, отделяющая их от суставной полости, не является препятствием. 12.7.5. Жидкие среды глаза Внутри глазного яблока имеются две жидкие среды, создающие его объем и соответствующий тургор: водянистая жидкость, окружающая спереди и сзади хрусталик, и стекловидное тело, находящееся между хру- сталиком и сетчаткой. Стекловидное тело — это прозрачный гель внекле- точной жидкости. Основой геля являются коллаген и гиалуроновая кис- лота. Между обеими жидкостями происходит активная диффузия воды и
556 Раздел П. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА других соединений, которые первоначально поступают из кровеносных сосудов ретины. Водянистая влага глаза, образующаяся путем фильтрации и последую- щей реабсорбции, является основной жидкостью, регулирующей общий объем жидкости и внутриглазное давление. Скорость ее образования — около 1-2 мм3/мин. Основным секреторным органом является цилиарное тело, суммарная поверхность которого в каждом глазу около 6 см2. Ме- ханизм секреции сходен с секрецией ликвора: активно секретируются Na+, СГ и бикарбонаты. Вслед за ними сосуды покидает и вода. По-ви- димому, путем активного и факультативного транспорта секретируются аминокислоты, аскорбиновая кислота, глюкоза. Образующаяся жидкость из задней камеры глаза через зрачок поступа- ет в переднюю камеру, где, в углу, начинается Шлеммов канал, через ко- торый жидкость и оттекает. На другом конце Шлеммов канал контакти- рует с тонкостенными венулами, порозная мембрана которых легко про- пускает даже большие белковые молекулы. Через эту мембрану реабсор- бирующаяся жидкость передней камеры поступает в русло крови. Внутриглазное давление (в норме около 16 мм рт. ст.) регулируется главным образом соотношением фильтрации и реабсорбции жидкости из передней камеры глаза. Причем скорость истечения жидкости через Шлеммов канал во многом саморегулируется в зависимости от уровня внутриглазного давления. При снижении давления ширина канала умень- шается, а повышение давления более 15 мм рт. ст. расширяет канал. Со- ответственно этому изменяется и скорость оттока жидкости. Глаукома Одной из наиболее часто встречающихся причин развития слепоты является повышение уровня внутриглазного давления — глаукома. Уже при давлении жидкости 20-30 мм рт. ст. острота зрения постепенно начи- нает снижаться. А в период приступов давление может повышаться до 60-70 мм рт. ст. Рост давления создает компрессию на сетчатку, глазной нерв и входящую через него внутриглазную артерию. Это приводит к по- степенному повреждению и перерождению всех структур сетчатки и зри- тельного нерва. Как правило, глаукома является следствием затруднения оттока жидкости через трабекулы Шлеммова канала. В молодом возрасте это яв- ляется результатом воспалительных процессов, а в пожилом — развития соединительной ткани.
Глава 13 ВЬ1^ЕЛЕ1Д^Е В водном и ионном обмене огромную роль играют почки. В числе ряда других органов они участвуют в выполнении выделительной функции ор- ганизма, что напрямую связано с образованием водного раствора — мочи. В процессе метаболизма образуются соединения, от которых организм должен освобождаться, так как они, накапливаясь в большом количестве, нарушают функции отдельных органов и организма в целом и даже могут послужить причиной его гибели. Выделению подлежат также некоторые вещества, поступающие с пищей или вводимые при проведении лечебных процедур. Среди указанных метаболитов имеются газообразные, жидкие и твердые вещества. В выделении их кроме почек принимают участие и другие органы: легкие, потовые железы кожи, желудочно-кишечный тракт. Тем самым эти органы участвуют в поддержании гомеостаза. Особенно значительная роль в системе выделения принадлежит поч- кам. Они выполняют следующие функции: - экскретируют конечные метаболиты азотистого обмена; - экскретируют чужеродные вещества; - экскретируют избыток органических и неорганических веществ, по- павших с пищей или образовавшихся в ходе метаболизма; - поддерживают постоянство осмотического давления крови; - поддерживают ионный баланс организма; - поддерживают кислотно-основное состояние; - участвуют в метаболизме белков, жиров, углеводов; - участвуют в регуляции кровообращения; - участвуют в регуляции объема циркулирующей крови; - секретируют биологически активные вещества и ферменты; - регулируют эритропоэз. При патологии почек в организме развиваются разнообразные нару- шения, причем особенно при этом проявляется недостаточность именно выделительной их функции, которая лишь частично может быть компен- сирована другими органами. При полной анурии через две-три недели на- ступает неминуемая гибель организма от уремии. Мочеобразование происходит при взаимодействии всех структур не- фрона и сосудистой сети. Можно выделить три основных физиологиче- ских процесса, протекающих сопряженно и обеспечивающих образование из крови конечной мочи: - клубочковая фильтрация, - канальцевая реабсорбция, - секреция. 13.1. МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧЕК Корковое и мозговое вещества почки представлены образованиями кровеносных сосудов, мочевыводящих структур и клеток паренхимы. Структурно-функциональной единицей почек является нефрон. В каждой
558 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА почке их насчитывается 1,2-1,3 млн. ^зависимости от места расположе- ния, в почке различают три типа нефронов: суперфициальные, интракор- тикальные и юкстамедуллярные (ЮМ) (рис. 13.1). Соотношение их тако- во: суперфициальных нефронов 20—30 %, интракортикальных — 60-70 %, юкстам едуллярных — 10-15%. Особенности кровоснабжения нефронов (а) и строение эпителия различных отделов канальцев (б) В норме существует определенная периодичность функционирования нефронов: не все нефроны функционируют одновременно, одни из них «работают», другие — нет (функциональная избыточность, дублирова- ние). Несмотря на некоторые отличия, принципиальная схема строения и функционирования нефронов одинакова. Нефрон состоит из клубочка капилляров, капсулы и почечного каналь- ца. Клубочек 20-40 капилляров представляет собой разветвление прино- сящего сосуда (vasa afferens), собирающихся в выносящий сосуд (yasa effe- rens). К капиллярам примыкает внутренняя стенка двухслойной капсулы Боумена — Шумлянского. Пространство, находящееся между двумя слоя- ми капсулы, образует как бы воронку, сообщающуюся с просветом ка- нальца. Соединительная ткань клубочка — мезангий — как брыжейка подве- шивает капилляры клубочка к гломерулярному полюсу. Из трех типов мезангиоцитов наибольший интерес представляют клетки гладкомышеч- ного типа. Они осуществляют синтез всех компонентов мезангиального матрикса. Эту их функцию контролируют мезангиоциты костномозгово-
Глава 13, ВЫДЕЛЕНИЕ 559 го происхождения. Основными компонентами мезангиального матрикса являются коллагеновые волокна и фибронектин. Соединительная ткань почки тесно взаимодействует с образованиями ее сосудистой системы и может оказывать на последнюю регулирующее влияние. В этом плане большое значение имеют интерстициальные клет- ки мозгового вещества, которые продуцируют простагландины, влияю- щие на обмен электролитов, воды, кровоток. Особенно активно проявля- ется роль соединительной ткани при различных патологических состоя- ниях почки. 13.1.1. Почечная мембрана Кровь, протекающую по капиллярам клубочка, от фильтрата, находя- щегося в полости между двумя листками капсулы, отделяет почечная мем- брана. Фильтрующая мембрана, находящаяся на пути жидкости, состоит из трех слоев: эндотелия кровеносных капилляров, базальной мембраны (БМ) и эпителиальных клеток капсулы. С помощью электронной микроскопии установлено, что все они имеют «окна», через которые могут легко проходить вода и большинство рас- творенных в плазме веществ. Эндотелиальные клетки капилляров имеют поры 100-150 нм, закрытые лишь тонкой диафрагмой. Круглые или овальные отверстия эндотелио- цитов, занимающие до 30 % площади клетки, за счет имеющегося на их мембране гликокаликса мешают проникновению форменных элементов крови и крупных молекул. Капсула клубочка представлена базальной мембраной и эпителиальны- ми клетками — подоцитами. Последние на БМ фиксированы с помощью филаментов, содержащих актомиозин. Сокращение их обеспечивает один из механизмов регуляции фильтрационной функции почки. Подоциты отходящими из перинуклеарной зоны большими отростка- ми напоминают «подушки», охватывающие значительную поверхность капилляра. Малые их отростки отходят от больших и, переплетаясь, закрывают все свободное от больших отростков пространство капилляра. Межпедикулярное пространство составляет 25-30 нм. Оно занято фиб- риллярными структурами, образующими щелевую диафрагму, представ- ляет собой своеобразную решетку — систему пор величиной 5-12 нм. Снаружи щелевая диафрагма покрыта гликокаликсом. Внутри она грани- чит с базальной мембраной. Базальная мембрана имеет толщину 250-400 нм. Она состоит из трех слоев. Ее основной — средний — слой толщиной 1,2-2,5 нм представлен сетчатыми структурами белков. Состав белков не постоянен, и, к приме- ру, с возрастом количество коллагена в БМ значительно увеличивается, а гликопротеинов — снижается. Вещества базальной мембраны продуциру- ются подоцитами, эндотелием капилляров и мезангиальными клетками. Здесь локализован подоксилин — основной сиалопротеин клубочка.
560 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Из всех трех структур почечной мембраны наименее проницаемой яв- ляется базальная мембрана. Средний радиус пор БМ определяется рассто- янием между филаментами коллагеноподобных белков. Промежутки между коллагеновыми нитями равны примерно 3,0-7,5 нм. Проницаемость почечной мембраны Суммарное «сито» мембраны капсулы легко проницаемо для веществ, имеющих молекулярную массу менее 5500. В норме молекулярная масса 80000 является абсолютным пределом прохождения частиц через поры. В диапазоне молекулярной массы от 5500 до 80000 фильтруемость моле- кул тем меньше, чем больше размер молекулы. Так, фильтруемость гемо- глобина (мол. масса 64500) составляет лишь около 3%, а альбумина плаз- мы (мол. масса 69000) — менее 1 %. Прохождение молекул зависит не только от размера самих молекул и пор, но и от заряда. Так, отрицательный заряд стенок пор и молекул белков затрудняет их проникновение в фильтрат. Естественно, что при поражениях гломерулярных отделов почки проницаемость их фильтра изменяется, и в мочу могут попадать крупные белки и даже форменные элементы крови. 13.1.2. Канальцы Канальцы начинаются с проксимальных извитых участков, переходя- щих в нисходящий отдел петли Генле. Восходящий отдел петли Генле поднимается до уровня капилляров своего же нефрона, где переходит в дистальный извитой каналец. Начальная часть этого отдела прикасается к клубочку между приносящей и выносящей артериолами. Дистальный извитой каналец переходит в собирательную трубочку. Собирательные трубочки начинаются в коре почки и спускаются в мозговое вещество, сливаясь с другими нефронами в более крупные протоки. Диаметр капсу- лы клубочка около 0,2 мм, а длина канальцев одного нефрона около 35- 50 мм. Различие нефронов касается как местоположения клубочка, так и неко- торых особенностей канальцев. Находящиеся ближе всех к капсуле почки суперфициальные нефроны имеют более крупные клубочки и короткую петлю Генле с поворотом в области границы коркового и мозгового вещества. Расположенные на границе этих слоев почки клубочки ЮМ имеют длинную петлю, доходящую почти до конца сосочка. Это обеспе- чивает более активную реабсорбцию в них, чем в поверхностных с более короткой петлей Генле. Местонахождение каждой из частей нефрона неслучайно. От него зави- сит их функция в процессе мочеобразования. Ниже дана характеристика функций «усредненного» нефрона. 13.2. КРОВОСНАБЖЕНИЕ ПОЧЕК По своей интенсивности кровоснабжение почки близко к кровоснабже- нию эндокринных желез. В норме у взрослого человека через почки про- ходит до 25% сердечного выброса (1000-1200 мл/мин), и при массе обеих
Глава 13. ВЫДЕЛЕНИЕ 661 почек 300 г удельный кровоток через них составляет 4 мл/мин/г. Столь обильное кровоснабжение обеспечивается анатомическими особенностя- ми почечных артерий, отходящих непосредственно от брюшного отдела аорты в виде короткого толстого ствола. Небольшая длина каждого из последующих ветвлений почечных артерий обеспечивает высокое давле- ние в капиллярах клубочка — около 65-70 мм рт. ст. Поддержанию тако- го давления способствует и меньший диаметр выносящего сосуда, созда- ющий повышенное сопротивление кровотоку. Такой уровень давления необходим для первой фазы процесса мочеобразования — фильтрации. Почечный кровоток характеризуется тем, что протекающая кровь ис- пользуется не только для трофики органа, но и для мочеобразования. По- этому кровеносные сосуды, обеспечивая процесс образования мочи, при выполнении функции соответствующих отделов нефрона тесно взаимо- действуют с ними на каждом участке. Капилляры клубочков не выполня- ют трофическую функцию. Кровь, выходящая из капсулы, остается арте- риальной, то есть содержит практически столько же газов, сколько и вхо- дящая. В коре выносящая артериола вновь распадается на капилляры. Вокруг извитых отделов канальцев, расположенных в корковом отделе, образуется густая сеть капилляров. В отличие от этого капилляры, сопро- вождающие канальцы мозгового слоя, образуют прямые, редко ветвящи- еся сосуды. Эти повторно образующиеся капилляры выполняют уже не только мочеобразовательную, но и и трофическую функцию. Лимфатическая система почки подчинена ее функции. Корни лимфа- тической сети оплетают капсулу клубочков, канальцы (лимфатические капилляры почки большего диаметра, чем кровеносные). В гломерулах лимфатических капилляров нет. Лимфатические капилляры, окружающие клубочки и канальцы коры, переходят в сети, окружающие остальные ар- терии и вены. Для лимфатической системы почки пограничный слой явля- ется собирательной зоной. Лимфатические капилляры мозгового вещества немногочисленны, они сопровождают прямые артерии и вены. Лимфати- ческие сосуды являются вторым звеном дренажной системы почки. 13.3. ПРОЦЕСС МОЧЕОБРАЗОВАНИЯ 13.3.1. Клубочковая фильтрация Механизм образования первичной мочи. В условиях физиологической нормы состав клубочкового фильтрата во многом определяется размера- ми пор. В фильтрате можно обнаружить почти все вещества, содержащи- еся в плазме крови, за исключением крупных белков. Объем фильтрата, скорость его образования зависят от эффективного фильтрирующего дав- ления и коэффициента фильтрации. Фильтрация совершается без затраты энергии и является типичным примером пассивного транспорта веществ. В основе фильтрации лежит взаимодействие сил Старлинга. Эффективное фильтрационное давление (ЭФД) является результирую- щей взаимодействия сил, одна часть которых выталкивает содержимое крови из капилляров, а другая этому препятствует. Выталкивающей
562 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА силой является трансмуральное давление (Р(), обусловленное разницей между гидродинамическим давлением крови клубочка (Рк) и гидростати- ческим давлением жидкости, находящейся в просвете капсулы (Р™), а пре- пятствующей — онкотическое давление крови (Ро): эфд = р,-ро. (in) В обычных условиях ЭФД равно: (65 - 15) - 25 = 25 [мм рт. ст.] = 33 [кПа]. Коэффициент фильтрации (Кф) зависит от проницаемости мембраны. В норме, при ненарушенной почечной мембране, фильтрация мало зависит от указанного коэффициента. Существенную поправку в скорость клу- бочковой фильтрации (СКФ) этот коэффициент вносит при патологии, когда увеличиваются поры почечного «сита»: СКФ = ЭФДКф. (13.2) У мужчин СКФ — около 125 мл/мин, а у женщин — 110 мл/мин из рас- чета равной площади поверхности тела (1,73 м3). В фильтрат поступает примерно Ц часть проходящей через почки плазмы. В результате за сут- ки образуется 150-180 л фильтрата (первичной мочи). Легко подсчитать, что вся плазма крови очищается почками не менее 60 раз в сутки. В отличие от плазмы крови, ультрафильтрат содержит очень мало бел- ков. Кроме того, в нем в несколько меньшей концентрации находятся многие неорганические катионы, так как часть их в плазме связанна с белками. Соотношение свободных и связанных ионов находится в равно- весном состоянии и именуетсяjgggHogecuexi Доннана. Различие между пер- вичной мочой и плазмой крови по" содержанйю'бдновалентных ионов не- велико, в то время как по двухвалентным — более существенно. Так, в плазме 40 % Са2+ связано с белками. Поэтому содержание кальция в плаз- ме— 2,5 ммоль/л, а в фильтрате— 1,3 ммоль/л в виде свободных ионов и 0,2 ммоль/л в виде его низкомолекулярных комплексов. Сиалопротеины подоцитов и эндотелия совместно с протеингликанами БМ обеспечивают ее отрицательный заряд, что является основным барь- ером для анионных и нейтральных макромолекул. Поэтому содержание такого типа веществ в ультафильтрате также меньше, чем в плазме крови. 13.3.2. Участие почечной мембраны в регуляции процесса фильтрации Учитывая значение давления крови в капиллярах клубочка для фильт- рации, становится понятным, что для сохранения стабильного процесса мочеобразования оно должно поддерживаться на постоянном уровне. Однако в реальной жизни даже у здорового человека процесс фильтрации не всегда постоянен, он регулируем и обусловлен состоянием организма. В зависимости от этого происходит: - изменение скорости фильтрации, - включение или выключение того или иного количества нефронов из процесса мочеобразования как среди однотипных, так и расположен- ных на разных уровнях почки.
Глава 13. ВЫДЕЛЕНИЕ 563 Регулируется также и состояние почечного фильтра. Имеющаяся в поч- ке система обратной связи регулирует скорость клубочковой фильтрации в зависимости от объема притекающей крови и скорости реабсорбции NaCl в данном нефроне. Эта функция выполняется клетками юкстагломе- рулярного аппарата (ЮГА), которые реагирует: - на степень растяжения афферентной артериолы, - на уровень реабсорбции NaCl. При отклонении этих мезанизмов от нормы ЮГА, секретируя ренин, запускает гормональную регуляцию процессов реабсорбции и кровотока (подробнее см. ниже). При падении гидростатического давления в капиллярах клубочка «упа- ковка» коллагеноподобных филаментов в БМ изменяется, что ведет к уве- личению размера пор и облегчению фильтрации. Среди мезангиальных клеток имеются сократимые элементы, фибрил- лы которых обладают актиновой и миозиновой активностью. Такие же структуры имеются в отростках подоцитов. Это обеспечивает их способ- ность к сокращению и изменению размера пор БМ, от которых во мно- гом зависит фильтрационная функция клубочка. Однако фильтрация осуществляется не только через щелевую диафраг- му. В подоцитах имеется система микротрубочек, через которые фильтру- ется первичная моча. Сокращение миофиламентов цитоплазмы подоци- тов создает своеобразные субмикроскопические насосы и таким образом участвует в перекачивании ультрафильтрата плазмы в полость капсулы. Мезангиоциты, подоциты и эндотелиоциты почечной мембраны вы- полняют еще одну весьма важную функцию — секретируют метаболиты арахидоновой кислоты (простагландины, лейкотриены, тромбоксан), ко- торые регулируют состояние самих этих клеток, почечный кровоток, а также иммунные реакции в клубочках. Клубочек является местом действия ряда гормонов и регуляторов дру- гого типа. Так, фильтрация снижается под влиянием вазопрессина, анги- одензина II, простагландинов Еь Е2, ацетилхолина, брадикинина, кото- рые, воздействуя на мезангиальные клетки, влияют на проницаемость пор клубочковой мембраны. Многие из них действуют опосредованно через увеличение образования или затрудняя разрушение в клетках цАМФ. Накапливаясь, он усиливает секрецию ренина и образование ангиотензи- на II, что активирует сокращение клеток мезаглии. Кроме того, костномозговое происхождение мезангиоцитов обеспечи- вает активное участие их в местных иммунных реакциях. Они реагируют на повреждение гломерулярного фильтрата, продуцируя вещества БМ. Гипертрофия и гиперклазия мезангиальных клеток приводят к утолще- нию или склерозу капилляров — гломерулосклерозу при многих гломеру- лопатиях (гломерулонефрит, диабетический и печеночный гломеруло- склероз). Мезангиоциты, выполняя фагоцитарную функцию, очищают клубочки.
564 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА 13.3.3. Ренин-ангиотензин-альдостероновая система В связи с тем, что кровоток и все процессы мочеобразования тесно вза- имосвязаны, почки участвуют в регуляции как своего собственного внут- риорганного кровообращения, так и системного. При снижении артери- ального давления в приносящих сосудах почек включаются местные ба- рорецепторные механизмы, поддерживающие давление в капиллярах клу- бочка. Кроме того, одновременно в клетках ЮГА (рис. 13.2) вырабаты- вается ренин. Юкстагломерулярные клетки афферентных артериол — это модифици- рованные гладкомышечные клетки. В их цитоплазме накапливаются сек- реторные гранулы, в которых содержится фермент белковой природы — ренин. Поступая в кровь, эта протеаза превращает один из а2-гдобулцноб плазмы крови (ангиотензиноген печеночного происхождения) в декапеп- тид — ангиотензин I. В свою очередь, ангиотензин I трансформируется в ангиотензин II под влиянием превращающего фермента, активность которого наиболее высока в легких (рис. 13.3). Ангиотензин Й оказывает двойной эффект: Т" Он является одним из наиболее мощных сосудосуживающих ве- ществ, под влиянием которого повышается системное артериальное давление. Параллельно ангиотензин II в надпочечниках стимулирует образо- вание альдостерона. В почках альдостерон обеспечивает реабсорб- цию Na+ (см. ниже) и тем самым удер- живает в организме воду. Оба этих ме- Схема строения юкстагломерулярно- го комплекса почки: 1 — принося- щая артериола; 2 — юкстагломеру- лярные клетки; 3 — клетки дисталь- ного канальца; 4 — плотное пятно; 5 — выносящая артериола; 6 — клу- бочек; 7—нервное волокно ханизма (сужение сосудов и задержка воды), создавая содружественный эф- фект повышения артериального давле- ния, улучшают почечный кровоток в случае его падения. Выделение ренина увеличивается и ч при снижении объема плазмы. Скорость образования этого факто- . ; ра модулируется количеством поступа- ющего в дистальные канальцы NaCl, что может быть следствием снижения фильтрации. Указанный механизм осу- ществляет местную обратную связь между содержанием Na+ в канальцах и регуляцией его реабсорбции ренин-ан- гиотензин-альдостероновой системой. Выработка ренина увеличивается так- же при возбуждении симпатической нервной системы, что опосредуется на- личием в клетках ЮГА а-адренорецеп- торов. В почках имеется механизм об-
Глава 13. ВЫДЕЛЕНИЕ 565 ратной связи, тормо- зящий образование ренина с помощью ан- гиотензина II и АДГ. Таким образом, задачей ренин-анги- отензин-альдостеро- новой системы явля- ется повышение сис- темного АД и кро- вотока через почки и удержание воды и NaCl в организме. Однако при некото- рых поражениях по- чек активация этой системы приводит к стойкой гиперто- нии, задержке воды и NaCl в организме. Но почка может оказывать и гипотен- зивный эффект, что достигается путем: - экскреции ва- Схема ренин-ангиотензин-альдостероновой системы. Циф- ры — аминокислоты белков, пунктир — обратная связь зоактивных соединений, циркулирующих в кровеносных сосудах; - образования веществ, снижающих кровяное давление ^простагланди- нов, кининов, нейтрального депрессорного липида мозгового вещества). 13.3.4. Регуляция почечного кровотока В сосудистой системе почки можно выделить два круга: большой (кор- тикальный) и малый (юкстамедуллярный). Кортикальный круг включает междольковые артерии, приносящие и выносящие артериолы, постгломе- рулярную капиллярную и венозную сети. ЮМ-круг составляют прокси- мальные отделы интерлобулярных артерий, приносящие артериолы ЮМ- клубочков, сосуды пирамид, проксимальные отрезки интерлобулярных вен. ЮМ-кровообращение имеет более высокий уровень артериального давления. Оно является своеобразной «распределительной зоной». Выно- сящие артериолы ЮМ-клубочков широко анастомозируют между собой и с венами. Опускаясь в пирамиды, они образуют широкопетлистые арте- риовенозные сплетения, после чего впадают в основные венозные стволы почки. Таким путем создается дренажная система паренхимы почки. По- граничный слой осуществляет перераспределение крови между корой и пирамидами. В физиологических условиях 85-90% крови течет по корти- кальным сосудам и лишь 10-15% — по ЮМ-пути. Однако за счет широ- ко представленных здесь шунтов значительно большее количество крови
566 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА может сбрасываться в пирамиды, минуя корковое вещество. А это может приводить к ишемии коры. Включение или выключение шунтирования регулируется нервно-рефлекторными механизмами. В развитии спазма артерий коры имеет значение и гуморальный механизм регуляции. Для мочеобразования требуются постоянные условия почечного крово- тока. Поэтому кровоток здесь относительно автономен. Давление в капил- лярах может оставаться постоянным, несмотря на возможные колебания среднего системного давления в пределах 90—190 мм рт. ст. (12-25 кПа). Это обеспечивается механизмами ауторегуляции кровотока. Поддержание ста- бильного давления в капиллярах клубочка во многом определяется соотно- шением диаметров приносящего и выносящего сосудов. Имеется два основ- ных механизма их регуляции: миогенная и гуморальная. В связи с относительно небольшим количеством адренорецепторов симпатические нервы оказывают слабое влияние на почечные сосуды. Миогенная ауторегуляция заключается в том, что гладкие мышцы при- носящей артериолы сокращаются, если в них растет артериальное давле- ние. В результате количество крови, поступающей в капилляры, уменьша- ется, и давление в них нормализуется. Напротив, при падении системного давления приносящие артерии расширяются, и кровоток в капиллярах клубочка возрастает. Тонус артериол регулируют гормоны и вазоактивные субстанции, боль- шинство из которых образуется в самой почке. Одни из них действуют на оба сосуда (v. afferens и v. efferens), другие оказывают преимущественное влияние на один из них. Наиболее мощный из них — ангиотензин II — суживает оба сосуда, но наиболее активно — v. efferens. Аналогичное вли- яние оказывают производные арахидоновой кислоты — тромбоксан и лейкотриен. Аденозин суживает приносящую артериолу. Предсердный на- трийуретический пептид расширяет v. afferens. Вазодилататорами обоих сосудов являются ацетилхолин, дофамин, гистамин, простациклин. Особо следует указать на эндотелиальный фактор расслабления (КТО); об- разующийся в эндотелии артериол, который потенцирует сосудорасширяю- щий эффект многих из указанных соединений. Важную роль в образовании NO играет юкстагломерулярный аппарат почек. Секретирующийся здесь NO оказывает активное влияние на v. efferens и тем самым может «снимать» сосудосуживающее влияние ангиотензина II. Взаимодействие этих Двух факторов играет решающую роль в регуляции состояния этого сосуда, что во многом определяет величину эффективного фильтрационного давления и в конечном счете количество образующейся первичной мочи. Таким образом, имеющийся в самих почках комплекс указанных механизмов обеспечивает поддержание постоянного кровотока и давления в капиллярах клубочка. Несмотря на наличие систем регуляции, поддерживающих постоянство почечного кровотока, все же при ряде стрессовых ситуаций (кровопотеря, интенсивная физическая нагрузка, эмоциональный стресс и т. д.) крово- ток в почках может изменяться. При этом приносящие артерии сужива- ются, причем порой столь сильно, что кровоток почти полностью прекра-
Глава 13. ВЫДЕЛЕНИЕ 567 щается, а значит, нарушается и процесс мочеобразования. Это происхо- дит под влиянием интенсивной симпатической импульсации и действия сосудосуживающих гормонов и местных вазоактивных субстанций. 13.3.5. Канальцевая реабсорбция Первичная моча, проходя по канальцам и собирательным трубочкам, прежде чем превратиться в конечную мочу, претерпевает существенные изменения. Состав мочи отличается не только количествено (из 150—180 л фильтрата остается 1,0—1,5 л мочи), но и качественно (табл. 13.1). Таблица 13.1 Концентрация некоторых веществ в плазме и моче Вещество Концентрация Концентрация в моче Концентрация в плазце в плазме в моче Na+, мэкв/л 142 128 0,9 К1 5 60 12 СГ 103 134 1,3 Глюкоза, мг/л 100 13С — W — Мочевина 26 1820 70 Мочевая кислота 3 42 14 Креатинин 1.1 196 140 Белок, г/л Около 70 Следы - Некоторые вещества, необходимые организму, или совершенно исчеза- ют из мочи, или их становится во много раз меньше: происходит процесс реабсорбции. Концентрация других веществ за счет реабсорбции воды во много раз увеличивается. Некоторые вещества в первичной моче вообще отсутствуют — они появляются лишь в конечной. Это происходит в ре- зультате процесса секреции. Процессы реабсорбции могут быть активными или пассивными: - для активного процесса требуется наличие специфических транспорт- ных систем и энергии-, - пассивные процессы идут без использования энергии, согласно физи- ко-химическим закономерностям. Канальцевая реабсорбция происходит во всех отделах, но механизм ее в разных участках различен. С известной долей условности можно выде- лить три участка: проксимальный извитой каналец, петля Генле и дис- тальный извитой каналец с собирательной трубочкой. Все они имеют раз- ную морфофункциональную характеристику эпителия (см. рис. 13.1 и 13.4), и механизмы реабсорбции в них следует рассматривать раздельно. В канальцах происходят весьма разнообразные процессы. В их клетках имеются системы активного транспорта, обеспечивающие перенос ве- ществ против градиента концентрации. !Вслед за активно транспортируе- мыми ионами по градиенту электрохимического потенциала могут про- ходить ионы противоположного знака. Эти вещества увеличивают осмо- тическое давление, что обеспечивает реабсорбцию воды.' Поток воды
568 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Схема реабсорбции и секреции разных веществ в нефроне (по Despopoulos) идет как через клетки, так и через межклеточные пространства. Послед- нее создает возможность реабсорбции вместе с водой водорастворимых молекул. Ряд веществ всасывается благодаря пиноцитозу, облегченной диффузии и неионной диффузии. Кроме того, в клетках канальцев синте- зируются некоторые соединения, которые могут поступать через паренхи- му либо в кровь, либо в мочу. Механизмы реабсорбции в проксимальном отделе канальцев В проксимальных канальцах практически полностью реабсорбируются аминокислоты, глюкоза, витамины, белки, микроэлементы. В этом жеотде- ле реабсорбируется около 2/з воды и неорганических ионов: Na+, К+, Са2+, Mg2+, СГ, НСОз. Здесь реабсорбируются те вещества, которые необходимы организму для обеспечения его жизнедеятельности, как бы по ошибке по- павшие в мочу. Механизм реабсорбции подавляющего большинства ука- занных выше соединений прямо или косвенно взаимосвязан с реабсорбцией Na+. Эпителиальные клетки этого отдела на апикальной мембране имеют щеточную каемку с микроворсинками, покрытыми гликокаликсом. Реабсорбция натрия Большая часть натрия реабсорбируется против градиента концентра- ции за счет энергии АТФ. Путь активной реабсорбции Na+ можно разде- лить на три этапа: - перенос Na+ через апикальную мембрану эпителиальных клеток ка- нальцев; - транспортировка к базальной или латеральной мембране; - перенос Na+ через указанные мембраны в межклеточную жидкость, а затем в кровь.
Глава 13. ВЫДЕЛЕНИЕ 569 Основной движущей^ силой реабсорбции является перенос Na+ с по- мощью (Na,К- АТФазьг через базолатеральную мембрану, что создает постоянный отток ионов из клеток. В результате по градиенту концентра- ции с помощью специальных образований эндоплазматического ретикулу- ма— д^удоцистенальных структур — Na+ поступает к мембранам, обра- щенным к межклеточной среде, откуда и выводится из клетки. Вледствие такого, постоянно действующего, конвейера внутри клетки и особенно вблизи апикальной мембраны концентрация ионов становит- ся значительно ниже, чем со стороны, омываемой фильтратом. Это спо- собствует пассивному поступлению Na+ из мочи в клетку по ионному градиенту. Таким образом, два этапа натриевой реабсорбции клетками канальцев являются пассивными, и лишь один, конечный, требует затрат энергии. '“"‘Но существует и еще один механизм реабсорбции натрия. Часть его реабсорбируется пассивно по межклеточным промежуткам вместе с во- дой. Концентрация натрия в моче может колебаться в довольно широких пределах — от 40 до 220 ммоль/л. Реабсорбция натрия в проксимальных канальцах, создавая электрохимический градиент, обеспечивает реабсор- бцию ^йкарбонатных1’ионов, так как стенки этого отдела малопроницае- мы для хлора. В отличие от этого прямой отдел проксимального каналь- цаактивно по межклеточным контактам «пропускает» хлор, который ув- лекает за собой натрий и воду. Но и здесь продолжается активнвная ре- абсорбция натрия. Часть натрия реабсорбируется здесь также с затратой энергии еще и вместе с глюкозой и аминокислотами. Реабсорбция глюкозы Глюкоза реабсорбируется путем сопряженного с Na+ транспорта. В апи- кальной мембране клеток встроены специальные транспортные белки, име- ющие мол. массу 320000. В начальных отделах проксимального канальца они переносят один ион Na+ и одну молекулу глюкозы. Постепенное умень- шение концентрации глюкозы в моче приводит к тому, что в следующем участке канальца для переноса одной молекулы глюкозы используется уже два или более ионов натрия. Движущей силой этого переноса также являет- ся электрохимический градиент Na+ между фильтратом и внутриклеточ- ным содержимым. На цитоплазменной стороне мембраны комплекс Na+ — глюкоза — переносчик распадается на три элемента. В результате освобож- денный переносчик возвращается на свое прежнее место и становится спо- собным перенести новые комплексы натрия с глюкозой. В клетке концентрация глюкозы повышается, что создает градиент концентрации, продвигающей ее к базолатеральным мембранам, которые проницаемы для глюкозы. Это обеспечивает выход ее в межклеточную жидкость. Отсюда глюкоза поступает в кровеносные капилляры и возвра- щаётся~в общий кровоток. Апикальная мембрана обладает свойством односторонней проницаемости для глюкозы, и поэтому глюкоза обратно в "фильтрат не поступает. Примечательно, что транспортные переносчики
570 3 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА глюкозы находятся лишь в проксимальном отделе канальцев, поэтому глюкоза реабсорбируется только здесь. В норме при обычном уровне глюкозы крови, а значит, и концентрации ее в первичной моче реабсорбируется вся глюкоза. Однако при повыше- нии концентрации глюкозы в крови выше 10ммоль/л (около 1,8 г/л) мощность транспортной системы становится недостаточной для ионной реабсорбции. И во вторичной моче появляются первые следы нереабсор- бированной глюкозы. Это происходит, когда концентрация ее в крови на- чинает превышать указанный пороговый уровень. Чем больше концентра- ция глюкозы в крови превышает пороговую, тем больше оказывается в моче нереабсорбированной глюкозы. До концентрации 3,5 г/л этот рост не прямо пропорционален, так как еще остается незадействованной часть транспортеров. Но начиная с концентрации 3,5 г/л выведение глюкозы с мочой становится прямо пропорциональным концентрации ее в крови. Полная загрузка мембранных систем реабсорбции глюкозы у мужчин про- исходит при поступлении 2,08 ммоль/мин (375 мг/мин) глюкозы, а у жен- щин— 1,68 ммоль/мин (303 мг/мин) при расчете на 1,73 м2 поверхности. При неповрежденных почках появление глюкозурии, например, при ди- абете является следствием превышения указанной пороговой (10 ммоль) концентрации глюкозы в крови. Реабсорбция аминокислот Реабсорбция аминокислот происходит по механизму, сходному с реаб- сорбцией глюкозы. Полная реабсорбция аминокислот происходит уже в начальных отделах проксимальных канальцев. Этот процесс также сопряжен с реабсорбцией натрия через апикальную мембрану эндотелия. В настоящее время обнаружено четыре типа транспортных систем для аминокислот: - основных; - кислых; - гидрофильных; - гидрофобных. Из клетки аминокислоты пассивно по градиенту концентрации прохо- дят через базальную мембрану в межклеточную жидкость, а оттуда — в кровь. Появление аминокислот в моче может быть следствием или на- рушения транспортных систем, или слишком большой концентрации их в крови. В последнем случае может проявляться эффект, по механизму сходный с появлением глюкозурии, перегрузка мощности транспортных систем. Причем можно встретиться с ситуацией взаимной конкуренции кислот одного типа за общий переносчик. Реабсорция белков Механизм реабсорбции белков существенно отличается от реабсорбции предыдущих соединений. Поступающие в первичную мочу небольшие ко- личества белков в норме почти полностью реабсорбируются. Белки реаб- сорбируются путем пиноцитоза.-)Вначале они абсорбируются на поверхно- сти апикальной мембраны эпителиальных клеток, а затем поглощаются
Глава 13. ВЫДЕЛЕНИЕ 571 ими с образованием вакуолей. В цитоплазме клеток проксимальных канальцев белки подвергаются распаду при участии лизосомальных фер- ментов. Образующиеся аминокислоты и небольшие пептиды по градиенту концентрации из клеток поступают в межклеточную жидкость, а оттуда — в кровеносные капилляры. Таким путем может реабсорбироваться до ^(Гмг белка в минуту. При повреждении клубочков в фильтрат попадает больше белков, и часть их может поступать в мочу (протеинурия). Некоторые пищевые и лекарственные вещества, не разрушаясь полно- стью в организме, могут быть выведены лишь через почки. Некоторые из них, фильтруясь в гломерулах, в канальцах могут реабсорбироваться. Очищение крови от них зависит от количества образованной мочи (по ти- пу обмена мрчевины — см. ниже). 13.3.6. Реабсорбция воды Реабсорбция воды в проксимальных канальцах. Процессы реабсорбции воды совершаются во всех отделах нефрона, но их интенсивность и меха- низмы в различных'отделах отличаются. В проксимальных извитых ка- нальцах реабсорбируется около^З всей воды. В проксимальном извитом канальце реабсорбция воды основана на процессах осмоса-, вода реабсор- бируется вслед за ионами. Основным ионом, обеспечивающим пассивное всасывание воды, является Na+ (рис. 13.5). Реабсорбция других веществ (углеводов, аминокислот, мочевины, неорганических ионов и т. д.), осу- ществляемая в этих отделах нефрона, также способствует всасыванию воды. В паренхиму почки вода поступает, пройдя как через клетки, так и через межклеточные щели. Схема реабсорбции воды и NaCI: 1 — клетка канальца; 2 — базальная мембрана; 3 — кровеносный капилляр
572 Раздел П. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Реабсорбция воды и электролитов в петле Генле В.результате указанных выше преобразований в петлю Генле поступает моча, изотоничная окружающей межклеточной жидкости. Механизм реаб- сорбции воды и ионов Na и СГ в данном участке нефрона существенно отличается от других отделов (рис. 13.6). Вода здесь реабсорбируется по механизму поворотно-противоточной (противоточно-множительной) сис- темы. В основе ее лежат особенности расположения восходящих и нисхо- дящих частей в непосредственной близости друг от друга, параллельно ко- торым в глубь мозгового вещества проходят собирательные трубочки, а также кровеносные капилляры. В основе поворотно-противоточного меха- низма лежат следующие функциональные характеристики почек: - эпителий тонкого нисходящего отдела имеет щелевидные пространст- ва шириной до 7 нм; - чем дальше в мозговое вещество спускается петля, тем выше становит- ся осмотическое давление окружающей межклеточной жидкости (с 300 мОсм/л в коре до 1200-1400 мОсм/л на верхушке сосочка); - восходящее колено почти непроницаемо для воды; - эпителий восходящего отдела активно, с помощью транспортных сис- тем, выкачивает как натрий, так и хлор. В данном отделе нефрона особую роль играет восходящее колено пет- ли Генле. На базальноиГмём- бране эпителиальных клеток имеются системы активного выкачивания натрия и хлора. В результате концентрация этих ионов в проходящем здесь фильтрате может сни- жаться до 30-40 ммоль/л. Здесь реабсорбируется до 25 % натрия. Активное выка- чивание NaCl из эпителия восходящего отдела петли Генле создает повышенное осмотическое давление меж- клеточной жидкости. Благо- даря этому, из предшествую- щего нисходящего отдела в интерстиций диффундирует вода. В начальный отдел ни- сходящего участка поступает фильтрат, имеющий более низкое осмотическое давле- ние, чем у окружающего ве- щества. По мере опускания Поворотно-противоточный механизм по нисходящему отделу
Глава 13. ВЫДЕЛЕНИЕ 573 фильтрат, отдавая воду, все же постоянно имеет осмотический градиент с межклеточной жидкостью. Поэтому вода покидает фильтрат на всем про- тяжении нисходящего колена, что обеспечивает здесь реабсорбцию около 45% be объема от первичной мочи. *—Но необходимо иметь в виду, что на осмолярность фильтрата в петле Генле оказывает влияние еще и мочевина^ она, поступая из паренхимы почки (подробнее см. ниже), может ее увеличивать. В паренхиму мочеви- на поступает из собирательных трубочек. В результате интенсивность ре- абсорбции воды снижается. В связи с выходом воды осмотическое давление мочи постепенно по- вышается, достигая максимума в области поворота петли. Гиперосмоти- ческая моча поднимается по восходящему колену, где, как указывалось выше, теряет ионы Na+ и СГ, выводимые активной работой транспорт- ных систем. Поэтому в дистальные канальцы фильтрат поступает даже гипоосмотическим (около 100—200 мОсм/л). Таким образом,jb нисходя- щем колене происходит процесс концентрации мочи, а в восходящем — ее разведение, (цо,без поступления сюда воды!). , ” - Г , Немаловажное значение в этом процессе имеют и кровеносные капил- ляры, которые как бы дублируют ход петли Генле. Это сосудистая про- тивоточная система. Из нисходящей части капилляра в паренхиму вода может поступать, а в восходящий отдел она возвращается. Одновременно с этим в капилляры поступают ионы и другие соединения^ а из них в па- ренхиму могут выходить дополнительно субстраты для выделения. Уско- рение кровотока в этих капиллярах обеспечивает активное «вымывание» из интерстиция осмотически активных веществ. Это приводит к выделе- Отличительные особенности нефронов, расположенных в различных отделах почек, особенно сказываются на активности реабсорбции в петле Генле. Чем длиннее петля Генле (юкстамедуллярные нефроны), тем более выражены в них процессы концентрации мочи. Реабсорбция воды и солей в дистальных канальцах В дистальные канальцы и собирательные трубочки обычно поступает около 15% объема первичного фильтрата. С известной долей условности процесс реабсорбции воды во всех отделах нефрона можно разделить на две части: относительно облигатная реабсорбция (мало зависимая от вод- ной нагрузки и механизмов регуляции) — в проксимальных канальцах и петле Генле, факультативная (зависимая) — в других отделах. Понятие об относительной независимости реабсорбции воды в проксимальном от- деле весьма условно, так как и здесь она регулируется соответствующими гормонами, хотя это влияние менее выражено. В отличие от этого реаб- сорбция воды и ионов в дистальных извитых канальцах и собирательных трубочках осуществляется лишь под контролем систем регуляции. Регуля- цию осуществляют гормоны в зависимости от баланса воды и солей в ор- ганизме. При обезвоживании организма мочи выделяется мало, но она имеет высокую концентрацию экскретируемых продуктов. Напротив, при
574 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА поступлении в организм большого количества воды .выводится много низкоконцентрированной мочи. Экскреция калия ^составляет около 10% от профильтровавшегося. Он почти полностью реабсорбируется в проксимальном отделе петли Генле. Но затем К+ вновь поступает в мочу — благодаря работе Na,K-Hacoca. Госту секреции калия способствует увеличение электроотрицательности базальной мембраны. Альдостерон стимулирует секрецию К+ через апи- кальную мембрану, а инсулин — снижает. Алкалоз способствует увеличе- нию, а ацидоз — снижению выделения К+ с мочой. Выделение кальция из клетки при реабсорбции происходит путем ра- боты Са-насоса и Ка,Са-обменника. Рецепторы паратгормона имеются в [оазолатеральной мембране проксимального сегмента нефрона, толстого восходящего отдела петли Генле и начальной части собирательных тру- бочек.'; 13.3.7 . Канальцевая реабсорбция и пассивная секреция Ряд соединений, поступивших в фильтрат и подлежащих удалению с мочой, может подвергаться начальной реабсорбции и последующей сек- реции. Секреция — процесс, направленный на активный переход вещества из крови или образующихся в самих клетках канальцевого эпителия в мо- чу. Она может ЪътСактивной^) то есть происходить с использованием транспортных систем, энергии (АТФ). В данном случае она совершается против концентрационного или электрохимического градиента. <tfaccue> ноя секреция идет согласно физико-химическим законам. Мочевина Мочевина свободно фильтруется в клубочках. Но, кроме того, благода- ря своей неполярности и растворимости в липидах, она легко может про- никать через клеточные мембраны. И если создается концентрационный градиент ее между фильтратом и межклеточной жидкостью, окружающей канальцы, то мочевина может пассивно реабсорбироваться и поступать в паренхиму. Интенсивность реабсорбции мочевины зависит: - от градиента концентрации, - от скорости продвижения фильтрата по канальцам. Вследствие того, что для проникновения через мембрану требуется определенное время, длительность контакта мочевины с мембраной клет- ки канальцев влияет на активность ее реабсорбции. Поэтому если в ре- зультате малого количества образуемого фильтрата скорость движения снижается, то реабсорбции мочевины — возрастает. Напротив, рост ин- тенсивности мочеобразования увеличивает выведение мочевины из орга- низма, так как, быстро продвигаясь по мочевым путям, реабсорбировать- ся она не успевает. Мочевина может не только реабсорбироваться, но и секретироваться. Указанный выше механизм реабсорбции мочевины наиболее активно проявляется в собирательных трубочках, так как здесь скорость мочетока наименьшая. ЭтсГповышает концентрацию ее в межклеточном веществе.
Глава 13. ВЫДЕЛЕНИЕ 575 И если создается градиент концентрации, мочевина может секретировать- ся (вновь пассивно) в предыдущий отдел нефрона в петлю Генле, то есть может создаваться своеобразны^ круг'Для повторной «попытки» ее выве- дения. Процессы реабсорбции, секреции и экскреции мочевины весьма важны для всего мочеобразования. Они не только обеспечивают выделение мочевины, но и играют особую роль в механизме осмотического концен- трирования мочи. Если в наружной зоне мозгового вещества повышение осмолярности обусловлено главным образом Накоплением солей натрия, то во внутреннем слое наряду с ними важную роль играет мочевина. Наи- более проницаемы для мочевины те участки собирательных трубочек, ко- торые расположены во внутреннем мозговом веществе почки. К тому же проницаемость этих отделов к мочевине регулируема и определяется уровнемвазопрессина?(стимулятор). Реабсорбируемая здесь мочевина, со- здавая высокую осмомолярность интерстиция мозгового вещества, опре- деляет активность реабсорбции воды. Так, работа концентрационного механизма при питании малобелковой пищей, когда образуется меньше мочевины, ухудшается. Но необходимо учитывать, что описанные про- цессы наиболее выражены в юкстамедуллярных нефронах, количество которых невелико. Поэтому у здорового человека мочевина обычно вы- водится относительно хорошо. Процессы реабсорбции зависят и от кровотока: увеличение скорости движения крови по прямым кровеносным сосудам способствует вымыва- нию осмотически активных веществ из мозгового слоя почки. Механизм неионной диффузии Слабые органические кислоты и основания подвергаются так же, как и мочевина, реабсорбции и секреции. Основой взаимодействия этих процес- сов является неионная диффузия. В отличие от мочевины, данные соедине- ния могут находиться в двух состояниях: недиссоциированном и диссо- циированном. В недиссоциированном виде они хорошо растворяются в жирах и поэтому могут легко диффундировать по градиенту концентра- ции. А вот в ионизированном состоянии они значительно хуже проника- ют через мембраны и поэтому, задерживаясь в фильтрате, поступают во вторичную мочу. Исходя из этого, реабсорбция и выведение указанных соединений определяются соотношением в моче их диссоциированной и недиссоциированной форм. В свою очередь, степень диссоциации слабых кислот и оснований во многом зависит от pH раствора. При относитель- но низких значениях pH слабые кислоты находятся в моче преимущест- венно в недиссоциированном виде, а основания — в диссоциированном. [Поэтому в кислой моче скорость реабсорбции слабых кислот возрастает, а значит, снижается скорость их выделения. В этих условиях скорость ре- абсорбции слабых оснований, напротив, уменьшается, а выделение — увеличивается. При щелочной среде наблюдается обратная картина. К примеру, слабое основание никотин в 3-4 раза быстрее выводится с кис- лой мочой (при pH около 5). ; '
576 Раздел II. ЖИДКИЕ СРВДЫ ОРГАНИЗМА Закономерности неионной диффузии можно использовать в клинике при отравлениях. При этом необходимо стремиться создать такую реак- цию мочи, которая ускоряла бы выведение токсического вещества: при отравлении кислыми веществами мочу защелачивают и, наоборот, при отравлении щелочными — закисляют. Секреция аммиака , и главным образом глутамина, в клетках эпителия канальцев. Аммиак обладает высокой растворимостью в жирах и легко проникает через мем- брану в фильтрат. И если его здесь не связать, то он так же легко может вернуться в клетку, а затем и во внеклеточную жидкость. Но в моче про- текает реакция связывания аммиака с Н+, благодаря чему аммиак нахо- дится в равновесном состоянии с аммонием: NH3 + Н+ NHJ. Ион аммония плохо проникает через мембрану и, связываясь с катио- нами, выделяется с мочой. Таким образом, кислая моча, содержащая мно- го Н+, способствует большей экскреции аммиака. 13.3.8 . Активная секреция органических кислот и оснований В проксимальных канальцах) имеется три типа транспортных систем, активно (с использованием АТФ) секретирующих различные вещества. Одна из этих систем секретирует органические кислоты (парааминогип- пуровую, мочевую кислоты, пенициллин и т. д.), другая''— относительно сильные органические основания (гуанидин, холин), третья — этилендиа- минтетрацетат. Функционируют системы независимо друг от друга. Таким образом, эти вещества поступают в мочу с помощью двух меха- низмов: клубочковой фильтрации и канальцевой секреции. Секретируют- ся вещества против градиента концентрации с помощью специальных пе- реносчиков, используя энергию АТФ, так что в конечной моче концент- рация их может в 500-1000 раз превышать концентрацию в крови. Неко- торые вещества секретируются столь активно, что кровь, проходя через двойную сеть капилляров, освобождается от этих соединений почти пол- ностью. Очень важно то, что указанные транспортные секретирующие механиз- мы обладают свойством адаптации', при длительном поступлении этих ве- ществ в кровоток за счет белкового синтеза количество транспортных си- стем постепенно увеличивается./Это необходимо иметь в виду, например, при лечении пенициллином: очищение крови от него постепенно возра- стает, и поэтому для поддержания необходимой терапевтической кон- центрации его в крови требуется увеличивать дозировку. Канальцевая секреция регулируется рядом гормонов. Так, соматотро- пин аденогипофиза, андрогены, йодсодержащие гормоны щитовидной железы,(стимулируя метаболизм, увеличивают скорость секреции. В мочу секретируется достаточно широкий спектр веществ. Здесь появляются биогенные амины, стероидные гормоны и их метаболиты, ферменты и пигменты, немного витаминов и продуктов гниения белка (индола, скато-
Глава 13. ВЫДЕЛЕНИЕ 577 ла, фенола) и др. Симпатические нервы, стимулируя трофику клеток и улучшая кровоток, также влияют на активность процессов секреции. 13.3.9 . Фильтрация и секреция водорода и участие почек в поддержании КОС Участие почек в поддержании кислотно-основного состояния (КОС) организма обусловлено очищением крови от нелетучих кислот и основа- ний, образующихся в процессе метаболизма или поступающих в чрезвы- чайно большом количестве с пищей. В процессе расщепления белков и нуклеиновых кислот образуются анионы — фосфаты и сульфаты. Ком- пенсация сдвига pH при этом происходит в два этапа. ^Вначале, анионы нейтрализуются путем превращения буферного аниона крови НСОз в СО2, который выделяется через легкие. Затем анионы сильных кислот вы- водятся в почечных канальцах, а НСО3 реабсорбируется, что поддержи- вает буферную емкость крови. Эти процессы тесно сопряжены с другими процессами образования мочи и характеризуются чрезвычайной эконо- мичностью. Часть ионов выводится, другие — могут задерживаться или обмениваться на менее важные для организма. Так, например, необходи- мый для обеспечения многих жизненно важных процессов натрий может обмениваться на водород или калий. Ионы, которые выводятся в мочу, изменяют ее pH в достаточно широ- ком диапазоне (от 4,5 до 8,6). При максимальном закислении мочи ионы Н+ выводятся^как в свободном'состоянии (за сутки до 50 мкмоль Н+), так и в связанном с буферными соединениями. Ионы водорода в мочу посту- пают не только с фильтратом, они могут секретироваться в дистальных и проксимальных отделах канальцев нефрона. В проксимальных отделах секреция Н+ происходит путем обмена на Na+ при реабсорбции послед- него (рис. 13.7). Обменная на Na+ секреция происходит и в дистальных отделах, то есть там, где совершается его реабсорбция, регулируемая альдостероном. В клетках канальцев имеется высокая активность фермента карбоангид- разы, благодаря чему здесь из угольной кислоты образуется много И+: Н2О + СО2 — Н2СО3 — НСО3 + Н+. Внутри клетки НСО3 взаимодействует с реабсорбированным из фильт- рата Na+. А поступивший в мочу Н+ по обратной реакции приводит к образованию Н2О и СО2. Легко диффундирующий через мембраны СО2 по градиенту концентрации поступает в клетку и вновь вступает в реак- цию образования угольной кислоты. Таким путем выделение Н+ удержи- вает в крови бикарбонаты, Na+ и К+. Основным акцептором водорода в моче является аммиак (см. выше). При алкалозе pH крови и концентрация в ней НСО3 возрастают, и поч- ки начинают выделять щелочную мочу. Наличие большого количества НСО3 в моче канальцевого отдела обеспечивает связывание Н+ и Na+. В ответ на это активируется вышеуказанный механизм, задерживающий Na+. Регулируемая альдостероном абсорбция Na+ сопровождается обмен-
578 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА NaHCO3 Эпителий канальца Просвет канальца HCOj + Н х-И Н2СО3 ыансоз > Нг9*С9г </— Na НСО3 + Н Na2HPO, «4/Н2СО3 со2 л----и I НгО + СОг ___ . . Na НСО3+ Н «-КН2СО3 У^НгО л СОг Г лутамин миновая + NH3- кислота NaHCO3 Н НСО3 И Н2СО3 И Na+ с02+ Н2° + - НРО. Н +НРО^ <* И Н2РО, ------ СГ СГ . С02 NaHCO3 NH3 + Н Na2HPO< ным снижением абсорб- ции К+. И если этот про- цесс совершается дли- тельное время, то без возмещения К+ может возникнуть дефицит это- го микроэлемента. Схема процессов, участвую- щих в поддержании посто- янного уровня кислотно-ос- новного баланса организма а Н 13.4. МЕТАБОЛИЧЕСКАЯ ФУНКЦИЯ ПОЧЕК И ЭКСКРЕЦИЯ ПРОДУКТОВ МЕТАБОЛИЗМА Почки участвуют также и в обмене белков, жиров и углеводов. В эпите- лии почечных канальцев некоторые из них подвергаются дальнейшему разрушению (об одном из конечных метаболитов — аммиаке — речь шла выше). Кроме аммиака почки могут экскретировать ряд других соедине- ний азотистого обмена, образующихся здесь или поступающих к ним с кровью. К таким веществам относятся мочевина, мочевая кислота, креа- тинин. Экскреторная функция почек связана с процессами фильтрации и секреции. Многие пищевые и лекарственные вещества в организме полностью не разрушаются и могут быть выведены лишь через почки. Причем некото- рые из них, фильтруясь, в последующем могут реабсорбироваться. Очи- щение крови от них зависит от количества образованной мочи (по типу обмена мочевины). Другие, например пенициллин, йодсодержащие рент- геновские вещества типа диодраста, парааминогиппуровая кислота, не только фильтруются, но и секретируются канальцевым эпителием. В ре- зультате концентрация их в моче может быть в 500—1000 раз больше, чем в крови.
Глава 13. ВЫДЕЛЕНИЕ 579 С мочой выводятся многие гормоны или их метаболиты. Цвет мочи зависит как от величины диуреза (при выделении большого количества мочи она становится светлей в связи с уменьшением концентрации пи- гментов), так и от содержания в крови пигментов, образующихся при рас- паде гемоглобина (непосредственно в крови или после всасывания в ки- шечнике) или поступающих с пищей. Причем если ряд функций, выполняемых почками, могут компенсиро- вать другие органы, то экскреторная функция их наименее заменимая. Несмотря на некоторый «запас надежности» (человек может жить и с од- ной почкой), при поражении почек развивается одно из наиболее грозных следствий — уремия. При этом непосредственной причиной смерти боль- ного может быть задержка азотсодержащих веществ. Метаболическая функция почек Фильтрующиеся через почечный фильтр низкомолекулярные белки и пептиды в эпителии проксимальных канальцев расщепляются до амино- кислот. Аминокислоты из этих клеток через межуточную жидкость всасы- ваются в кровеносные капилляры. Поступающие в кровоток аминокисло- ты способствуют поддержанию аминокислотного фонда организма, кото- рый может нарушаться при поражении почек. В почечной ткани имеется активная система глюконеогенеза. При дли- тельном голодании почки могут выделять в кровь до половины общего количества глюкозы. Значение почек в липидном обмене состоит в том, что свободные жир- ные кислоты здесь включаются в состав триацилглицерина и фосфолипи- дов и в виде этих соединений поступают в кровь. Синтезируется в почке и один из компонентов плазматических мембран — фосфата ди ли нозит. 13.5. РЕГУЛЯЦИЯ ПРОЦЕССОВ РЕАБСОРБЦИИ В ДИСТАЛЬНЫХ ОТДЕЛАХ НЕФРОНА Весь путь образования мочи регулируется соответствующими механиз- мами. Выше были изложены механизмы регуляции почечного кровообра- щения, имеющего ведущее значение в процессе фильтрации, а здесь речь пойдет о регуляции процессов реабсорбции и секреции. В регуляции этих процессов представлены нервно-рефлекторные механизмы, гормональ- ные и местная авторегуляция. Причем в различных участках нефронов регулируемость процессов мочеобразования происходит различными пу- тями. На схеме (рис. 13.8) суммированы все основные механизмы, регулиру- ющие мочеобразовательную функцию почек, за исключением рассматри- вавшихся выше механизмов регуляции процессов фильтрации и почечно- го кровообращения.
580 Раздел IL ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Дефицит воды Излишек воды | Рис. 13.8 [ Схема регуляции фун- кций почки. ПНУГ — предсердный натрийу- ретический гормон 13.5.1. Гуморальные механизмы регуляции Среди механизмов регуляции процесса мочеобразования наибольшее значение имеют гуморальные. А среди них можно выделить ренин-ангио- тензиновую систему организма, которая оказывает влияние не только на процессы мочеобразования, но и на общую гемодинамику (см. выше). Гормональная регуляция реабсорбции воды Как указывалось ранее, с определенной долей условности процесс ре- абсорбции воды можно разделить на две части:
Глава 13, ВЫДЕЛЕНИЕ 581 -- - относительно облигатная реабсорбция (мало зависимая от водной нагрузки и механизмов регуляции) — в проксимальных канальцах и петле Генле; - факультативная (зависимая) — в других отделах. Реабсорбция воды и ионов в дистальных отделах канальцев и собира- тельных трубочках находится под контролем гормонов в зависимости от баланса воды и солей в организме. Основной гормон, обеспечивающий контроль интенсивности факуль- тативной реабсорбции воды — АДГ (-вазопрессин) гипофиза. АДГ — сбе- регающйй^Ъбду гормон. Под его влиянием в дистальных отделах нефрона создаются условия для удержания воды в организме. На базолатеральных мембранах клеток канальцев и собирательных трубочек имеется два типа рецепторов к вазопрессину: Г( и (Гу Взаимо- действие гормона с (Уэ-рецепторами приводит к активации аденилатцик- лазы и увеличению образования цАМФ. Последняя диффундирует на противоположный конец клетки, к апикальной мембране, где совместно с кальцием активирует проницаемость мембраны для воды. Такой меха- низм реализуется в собцрательных трубочках. В детальных канальцах под влиянием АДГ происходит выход из клетки гиалуронидазы, расщеп- ляющей гиалуроновую кислоту межклеточного пространства. В результа- те проницаемость эпителия канальцев и собирательных трубочек для во- ды возрастает, благодаря чему получает возможность легко поступать из фильтрата в паренхиму почки. В отличие от этого взаимодействие гормона с Г]-рецептором приводит к образованию внутри клеток других мессенжеров: инозитолтрифосфата и диацилглицерола. Эти посредники являются регуляторами уровня (пони- жают его) внутриклеточного цАМФ. Наиболее выражено это влияние на кровеносных сосудах, которые суживаются. Такими путями вазопрессин с помощью двух типов рецепторов не просто повышает проницаемость мем- браны для воды, но и оказывает регулирующее влияние на эти процессы. Но при действии АДГ лишь создаются условия для реабсорбции воды. Само же движение ее определяется соотношением ионов в моче и межкле- точной жидкости. Обычно, когда в паренхиме почек, окружающей дис- тальные канальцы и особенно собирательные трубочки, осмотическое давление высокое, тогда вода выходит из фильтрата и задерживается в организме. Однако, если по какой-либо причине на предыдущих этапах не_произойдет достаточная реабсорбция ионов и концентрация их в по- ступившей сюда моче останется высокой, то, несмотря на присутствие АДГ, диурез будет повышенным. Гиперосмия «не выпустит» воду из ка- нальца. Таким путем, например, возникает полиурия при сахарном диа- бете, когда в моче остается нереабсорбированная глюкоза. АДГ увеличи- вает проницаемость канальцев также и для мочевины. АДГ в крови быстро разрушается (Т^/г около 25 с), так что для сохра- нения высокого уровня реабсорбции воды требуется поступление из гипо- физа все новых его порций. В свою очередь, образование гормона зависит от осмотического давле-
582 Раздел П. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА ния крови. Недостаточное образование АДГ может быть следствием на- рушения гипоталамо-гипофизарных механизмов, что приводит к несахар- ному диабету — выделению большого количества мочи. Гормональная регуляция реабсорбции ионов На процесс реабсорбции воды в дистальных отделах нефрона оказыва- ет влияние также и реабсорбция Na+ и СГ. Если Na+ будет задерживаться в моче, то одновременно будет затруднена и реабсорбция воды. Реабсорб- цию Na+, в свою очередь, регулируют альдостерон— гормон коркового вещества надпочечников и натрийуретический гормон (НУГ) предсердий. Снижение концентрации Na* в крови стимулирует образование альдо- стерона, который создает условия для активной реабсорбции Na+ эпите- лиальными клетками дистальных отделов нефрона. В основе влияния аль- достерона лежит регуляция биосинтеза Na.K-АТФазы в указанных клет- ках. Активное откачивание Na+ из клеток обеспечивает процесс поступ- ления иона в клетки из фильтрата (рис. 13.9). Интенсивность секреции альдостерона зависит также от уровня в крови ангиотензина II. Еще одним регулятором реабсорбции Na+ является натрийуретический гормон. Это пептид, вырабатываемый в предсердиях при перерастяжении их поступающей кровью. Натрийуретический гормон продуцируется в основ- ном правым предсердием — в 1,5-3 раза больше, чем левым. Но немного его образуется собирательными трубочками почек, а также аденогипофи- зом, хромаффинными клетками надпочечников. Под влиянием НУГ в поч- ках на 30-50 % возрастает фильтрация, снижается реабсорбция натрия (пре- имущественно в области кортикального отдела собирательных трубок), а вслед за ним и воды. Кроме того, НУГ снижает продукцию альдостерона клубочковой зоной надпочечника (стимулируемой под влиянием РААС и АКТГ), продукцию ренина клетками ЮГА. НУГ обладает не только на- трийуретическим, но и вазодилататорным эффектом. Тот и другой обуслов- лены взаимодейст- вием с R1 -рецепто- рам и, имеющимися на канальцах и гладких мышцах со- судов, и цГМФ-ме- ханизмом. Влияние на кровеносные со- суды позволяет гор- мону участвовать в регуляции водного баланса через них. Механизм действия альдостерона
Глава 13. ВЫДЕЛЕНИЕ 583 Биологический смысл образования этого гормона в предсердиях за- ключается в возможности изменить объем крови посредством влияния на реабсорбцию воды в почках. Появление этого гормона в крови снижает реабсорбцию воды, в результате чего уменьшается ОЦК, а значит, снима- ется перерастяжение предсердий поступающей кровью. В меньшей степени водный режим организма зависит от других неор- ганических соединений. В то же время почки играют существенную роль в регуляции уровня в крови и других ионов. Реабсорбция их зависит от влияния на нефрон многих гормонов. Например, вазопрессин стимулиру- ет реабсорбцию не только воды, но также Са2+ и Mg24". Кроме трех указанных, в организме имеются и другие гормоны, влия- ющие на всасывание ионов. Так, реабсорбция Са2+ регулируется с по- мощью паратгормона, тирокальцитонина и витамина D3. Причем парат- гормон влияет не только на клетки дистальных отделов, но и на прокси- мальный извитой, каналец и восходящий отдел петли Генле. Стимулируя реабсорбцию Са2^1, паратгормон способствует сопряженному выведению фосфата. Витамин Т>з)— холекальциферол также способствует реабсорб- ции кальция в почках (и кишечнике). Кальцитонин влияет на толстый восходящий отдел петли Генле и начальную часть дистальных отделов. Он повышает экскрецию Са2+ и Р2+. Л'J V , Эффект практически всех гормонов, регулирующих реабсорбцию солей, интегрирован с местными регуляторами — кининами и простагландинами. В почках имеются ферментные системы для образования калликреин-кини- новой системы и простагландинов. Основное место синтеза паратгормон — мозговое вещество. Так, брадикинин является мощным вазодилататором сосудов, а простагландин Ег способствует выделению Na* и уменьшает реакцию клеток на АДГ. Суммируя, можно указать, что паратгормон оказывает натрийуретиче- ское действие путем: - сосудорасширяющего влияния, - прямого влияния в области толстого восходящего колена петли Генле и собирательных трубок, ' 9 ' - препятствия действию АДГ, - снижения реабсорбции мочевины. Таким образом, образование гормонов, регулирующих реабсорбцию воды и ионов, зависит от водного баланса организма — объема циркули- рующей крови, концентрации ионов натрия в крови и ее осмотического давления. Кроме того, стимуляция волюморецепторов рефлекторно, через симпатический нерв/ф-рецепторы), повышает реабсорбцию натрия, глю- козы и воды в канальцах. Нервные влияния проявляются и в участии в регуляции почечного кровообращения (трофическое влияние симпатиче- ской нервной системы). При этом снижается секреция ренина юкстагло- мерулярными клетками, что, в свою очередь, снижает образование альдо- стерона.
584 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА 13.6. МОЧЕВЫВЕДЕНИЕ Моча из собирательных трубочек поступает в почечные лоханки, а за- тем через мочеточники — в мочевой пузырь. Для этого лоханка должна заполниться до определенного предела, который контролируется бароре- цепторами. Их раздражение способствует раскрытию просвета мочеточ- ника и сокращению мускулатуры лоханки. Начальный этап заполнения мочевого пузыря сопровождается релакса- цией мускулатуры его стенок, так что давление в нем не изменяется. Даль- нейшее наполнение мочевого пузыря приводит к раздражению баро- рецепторов и появлению первых позывов к мочеиспусканию. Основным механизмом раздражения рецепторов мочевого пузыря является его растя- жение, а не увеличение давления. Определенное значение имеет и скорость растяжения пузыря: при быстром его наполнении импульсация резко уси- ливается. У взрослого человека первые позывы к мочеиспусканию начина- ют появляться при 150 мл мочи, а при 200-300 мл поток импульсов резко возрастает. Раздражение рецепторов пузыря по центростремительным нервам передается в крестцовый отдел спинного мозга, где расположен центр мочеиспускания. Однако спинальный центр находится под регу- лирующим влиянием вышележащих отделов: кора больших полушарий и средний мозг тормозят, а нейроны заднего отдела гипоталамуса и перед- ней части моста стимулируют активность спинномозгового центра. После рождения мочеиспускание контролируется лишь безусловными рефлексами. Затем постепенно к безусловным рефлексам начинают при- соединяться условные. Устойчивый корковый контроль мочеиспускания развивается к концу второго года, хотя условные рефлексы начинают формироваться уже начиная с одного года. Моча, находящаяся в мочевом пузыре, может претерпевать дальней- шую трансформацию и оказывать некоторое воздействие на процесс мо- чеобразования в почках. Так, наполнение мочевого пузыря до 100 мл приводит к снижению скорости Образования вторичной мочи, повышая реабсорбцию воды в нефроне. Относительно длительное пребывание мо- чи в мочевом пузыре сопровождается всасыванием из нее ряда веществ. Всасыванию могут подвергаться вода, Na+, мочевина. В условиях нормы указанные процессы не имеют существенного значения для организма, но при затруднении оттока мочи (например, при аденоме простаты) может развиться азотемия. 13.7. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ Наиболее простыми методами исследования функций почек двляются исследования химического состава мочи. Катетеризацией мочеточника можно получить мочу непосредственно из любой почки. В связи с тем, что все процессы мочеобразования тесно связаны с кровотоком, интенсивность его, а также состав крови сказываются на составе мочи. При сопоставлении состава крови с составом мочи можно судить об активности конкретного процесса, протекающего в почках.
Глава 13. ВЫДЕЛЕНИЕ 585 В связи с различными путями выделения веществ, эффективность очище- ния их от крови позволяет оценить эти механизмы. Для исследования можно применять соединения, образующиеся естественным путем в са- мом организме или вводимые извне. Для определения скорости выведе- ния введено понятие о почечном клиренс^ (клиренс вещества — это объем плазмы, полностью очищающийся от вещества за единицу времени). Клиренс отражает скорость очищения плазмы: Кв = Мвд-, (13.3) где Кв — клиренс вещества; Мв — концентрация в моче; V — количество мочи, образовавшееся за 1 мин; Пв — концентрация в плазме крови. Исходя из представления о том, что одни вещества лишь фильтруются и не реабсорбируются, другие — фильтруются, но затем полностью реаб- сорбируются, а третьи — и фильтруются, и секретируются, по их клиренсу можно судить об активности всех механизмов процесса мочеобразования. Интенсивность почечного кровотока можно определить по скорости выведения вещества, от которого кровь полностью освобождается уже при однократном прохождении через почки. Таким веществом является парааминогиппуровая кислота (ПАГ). Зная количество удаляемой за минуту ПАГ и концентрацию ее в плазме, можно вычислить почечный плазмоток: V 6 = КПАГЩ- (13.4) Зная гематокрит, можно легко определить кровоток. (Хотя, строго го- воря, кровь, проходя через почки, не полностью освобождается от ПАГ, а лишь на 90-95%. Поэтому кровоток по ее выведению определяется в этих пределах точности.) В связи с тем, что ПАГ фильтруется и секретируется, для определения ак- тивности указанных механизмов выведение ее сравнивают с клиренсом ину- лина, который лишь фильтруется, не подвергаясь другим процессам. Кли- ренс инулина дает представление о фильтрационной способности почки. Активность процесса реабсорбции почки можно исследовать по нагрузочной пробе с глюкозой: определяют уровень глюкозы крови, ког- да выделение ее с мочой становится прямо пропорциональным содержа- нию в крови. Это случится при максимальной загрузке системы реаб- сорбции глюкозы. Для мужчин этот уровень находится при 375 мг/мин, а у женщин — 303 мг/мин. 13.8. ОНТОГЕНЕЗ ФУНКЦИЙ ПОЧЕК У эмбриона, начиная с 5-й недели развития, формируется окончатель- ная почка. Несмотря на то, что во внутриутробном периоде развития ос- новным органом выделения является плацента, уже с 9-й недели начина- ют функционировать и почки. Образующаяся моча выводится в около- плодную жидкость. С 5-го по 9-й месяц внутриутробного периода разви- тия образование мочи увеличивается с 2 до 26,7 мл/ч.
586 Раздел П. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Но к рождению развитие почек окончательно не завершено. У ново- рожденного еще много недифференцированных нефронов. О значитель- ном отличии почек свидетельствует даже соотношение коркового и моз- гового слоя: у новорожденного — 1:4, а у взрослого — 1:2. Наиболее ак- тивно развиваются почки в течение первого года жизни и в период новой волны ускорения роста при половом созревании. У новорожденных недоразвит клубочковый аппарат, и поэтому относи- тельный почечный кровоток и фильтрация составляют лишь ’/5 часть взрослых. К моменту рождения слабо сформирован и канальцевый аппа- рат почек. Однако реабсорбция белков и углеводов у них совершается до- статочно интенсивно, а вот аминокислоты могут появляться и во вторич- ной моче. Снижена также активность реабсорбции Na+ и воды. Процессы секреции в почках новорожденных также еще недостаточно совершенны. Для новорожденных характерны более низкая реабсорбция воды, а также более активное выведение ее через легкие и кожу, приводящие к тому, что суточная потребность в воде у них выше, чем у взрослых. Функ- ция почек грудных детей при вскармливании материнским молоком впол- не справляется с поддержанием водно-солевого и кислотно-основного об- мена. Но резервы приспособления к изменению условий у них весьма ог- раниченны. Структуры нефрона детей первого года жизни еще слабо реагируют на гормональные регуляторы процессов реабсорбции. С возрастом (после 45-50 лет) мочеобразовательная функция почек по- степенно снижается. Уменьшается как интенсивность кровоснабжения и фильтрации, так и процессов реабсорбции и секреции. Вполне вероятно, что основной причиной таких изменений является развивающийся склероз. 13.9. ВЫДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ ДРУГИХ ОРГАНОВ Кроме почек выделительную функцию выполняют и другие органы. Это — кожа, легкие, органы желудочно-кишечного тракта. Между всеми ними существует тесная координационная взаимосвязь. Поэтому при по- ражении почек выделительная функция указанных органов существенно возрастает, хотя полностью заменить почки (выполнять их выделитель- ную функцию) они не в состоянии. Площадь кожного покрова человека достигает 1,5-2,0 м2. Выделитель- ная функция кожи обеспечивается потовыми и сальными железами. Обычно за сутки образуется 300-1000 мл пота. Но при ряде состояний организма, особенно при высокой влажности, температуре, физической нагрузке, может выделяться и намного больше (до 7-10 л). С потом выде- ляется не только вода (до Уз), но и различные соли, мочевина, азот и мно- гие токсические соединения, поступающие в организм извне или образу- ющиеся в нем самом (например, ацетон, желчные кислоты). Концентра- ция мочевины в поте может быть в 2 раза выше, чем в плазме крови, молочной кислоты — в 4 раза. При поражении почек или печени через кожу начинают активно выделяться соединения, обычно выводимые че- рез указанные органы: мочевина, ацетон, желчные кислоты и др. Сальные
Глава 13. ВЫДЕЛЕНИЕ 587 железы выделяют за сутки до 20 г секрета. Через них выделяются холесте- рин, аналоги казеина, продукты обмена кортикостероидов, половых гор- монов, витаминов, ферментов. Регуляция функции сальных желез проис- ходит через посредство половых и надпочечниковых гормонов. Выделительная функция органов системы пищеварения весьма сущест- венна. Через желудочно-кишечный тракт выводятся как эндогенные мета- болиты, так и экзогенные вещества. Слюнные железы могут выводить мо- чевину, соединения ртути, висмута, брома, йода. Слизистая оболочка же- лудка обладает способностью выводить мочевину, соединения ртути, мышьяка, хлороформа, брома, салицилаты. Различные отделы тонкого кишечника выделяют мочевину, мочевую кислоту, ионы калия, кальция, фосфора, хлора, соединения ртути, никеля и т. д. Кроме того, с каловыми массами выделяются те непереваренные и невсосавшиеся ингредиенты пищи, которые могут представлять угрозу токсического отравления орга- низма. Эта функция особенно проявляется за счет диареи. Поджелудочная железа выводит мочевину, мочевую кислоту, соли кальция, цинка, железа, ртути, серебра, брома, а также хинин, сульфони- ламиды. В процессах экскреции важная роль принадлежит печени. Она выводит мочевину, глутамин, креатинин, холестерин, желчные пигменты и многие другие соединения. С желчью секретируются продукты обмена гемоглобина и других пор- фиринов, холестерина. В ней происходит разрушение многих гормонов, лекарственных препаратов, ядохимикатов и других токсинов, которые всасываются из кишечника. Через легкие выводятся летучие соединения: СОг, эфир, хлороформ, аце- тон и другие, до 400-1000 мл воды. Кроме того, с выдыхаемым воздухом выводятся продукты жизнедеятельности самой легочной ткани, секрет желез слизистой. Гиперсекреция последних наблюдается при нарушении функции почек: в этом случае через легкие выделяется много мочевины, которая, разлагаясь, образует аммиак (соответствующий запах изо рта). 13.10. НАРУШЕНИЕ ФУНКЦИЙ ПОЧЕК Недостаточность функций почек может быть двух категорий: - острая, - хроническая. Острая почечная недостаточность (ОПН), а особенно ее крайняя сте- пень выраженности — анурия — заканчивается либо летальным исходом, либо выздоровлением. В ряде случаев она переходит в хроническую фор- му. Хроническая недостаточность почек (ХПН), как правило, приводит больного к летальному исходу. Острая почечная недостаточность Одним из крайних следствий нарушения функций почек может быть ОПН. Она может развиться при: - нарушении поступления крови к почкам (преренальная), - внутрипочечной патологии, - постренальном затруднении оттока мочи.
588 Раздел П. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Недостаточность почек может быть следствием поражения клубочко- вых либо канальцевых структур. 13.10.1. Острый гломерулонефрит Одной из наиболее часто встречающихся (в молодом и зрелом возра- сте) патологий почек является острый гломерулонефрит. Это инфекцион- ное поражение почек является осложнением различных стрептококковых поражений (кожи, носоглотки и др.). Обусловлена данная патология по- вреждением базальной мембраны. Ее структуры имеют антигенную общность со стрептококковым антигеном, именуемым М-протеином. Поэтому комплексы «антиген — антитело», образующиеся в ответ на им- мунные реакции в первичном очаге, проходя через почечные сосуды, за- держиваются клубочковым фильтром. Одновременно здесь фиксируется комплемент. А так как Сз-фракция комплемента обладает хемотаксиче- скими свойствами, то здесь скапливаются сегментоядерные лейкоциты. Они слущивают или раздвигают эндотелиальные клетки и контактируют с базальной мембраной. В результате под влиянием лизосомальных фер- ментов лейкоцитов базальная мембрана повреждается. При ОПН происходят существенные нарушения центральной гемоди- намики: растет ОЦК (до 10% массы и выше), замедляется скорость кро- вотока, развивается артериальная гипертония, а нередко растет и веноз- ное давление. В основе начального роста ОЦК и обусловленного этим по- вышения давления лежит задержка натрия и воды на фоне гемато- и про- теинурии. Затем присоединяется гипертонус, вызванный возрастанием уровня ангиотензина II. К ОПН может привести и тубулярный некроз. Он может быть следствием острого нарушения почечного кровотока или дей- ствия различных токсинов, образующихся в организме, например, при ос- тром гемолизе в результате переливания несовместимой крови или при отравлениях некоторыми ядами (к примеру, солями ртути). ОПН приводит к большому числу физиологических эффектов, связан- ных с сохранением в организме многих токсических продуктов метабо- лизма, нарушением электролитного и водного баланса. В результате, с одной стороны, на организм оказывают свое повреждающее действие токсины, а с другой — происходит нарушение кровообращения. У паци- ентов развивается метаболический ацидоз, что вместе с гиперкалиемией (двукратное увеличение уровня калия в крови приводит к остановке серд- ца) является непосредственной причиной смерти. 13.10.2. Хронический гломерулонефрит Хронический гломерулонефрит относится к тем редким заболеваниям, которые характеризуются неуклонным прогрессированием: начавшись, они приводят к постепенно увеличивающемуся склерозированию почек, развитию уремии и смерти. В основе прогрессирования заболевания ле- жат два взаимосвязанных процесса: - иммунные нарушения в комплексе с воспалением и гемокоагуляцией, - гормонально-гемодинамические нарушения.
Глава 13. ВЫДЕЛЕНИЕ ).589 Это типичное иммунное заболевание. Прогрессирование нефрита вы- звано образованием аутоантител к базальной мембране клубочка. Это са- моподдерживающийся процесс. Разрушение мембраны приводит к обра- зованию аутоантител, которые еще больше ее повреждают (порочный круг). В норме образующиеся иммунные комплексы «антиген — антите- ло» выводятся из кровотока при участии фагоцитирующих макрофагов. Но при некоторых условиях, как, например, малом размере иммунных комплексов, уменьшении отрицательного заряда базальной мембраны, нарушении гемодинамики и т. п., происходит отложение их в клубочках и повреждение базальных мембран. При этом слабая эффективность сис- темного и местного фагоцитоза и постоянное поступление антигена усу- губляют процесс, замыкая порочный круг. Кроме того, прогрессированию иммунного воспаления способствуют местно образующиеся вазоактивные амины: серотонин, гистамин, кини- ны, простагландины. Это приводит к дополнительному повышению сосу- дистой проницаемости, лизису клеток. Усиление сосудистой транссудации белков через поврежденный почеч- ный фильтр приводит, с одной стороны, к нарушению транспорта воды, а с другой — к нарушению гемостаза (с мочой выводятся коагулянты). Но под влиянием местно образующихся активаторов коагуляции (мик- робные эндотоксины, протромбиназа разрушающихся тканей, тромбо- глобулин, выделяющийся из агрегированных тромбоцитов) в самих пора- женных почках активируется образование внутрисосудистых тромбов. Отложение фибрина приводит к дополнительному нарушению функции почек, к дальнейшему склерозированию капиллярной сети. Выход из строя большого числа нефронов (более 70%) приводит к серьезным клиническим проявлениям и развитию хронической почечной недостаточности. Хотя оставшиеся нефроны пытаются компенсировать функцию пораженных, в них происходит развитие адаптационных про- цессов (в том числе гипертрофия), направленных на усиление кровотока, рост фильтрации и других процессов мочеобразования. Эти морфофунк- циональные изменения обеспечивают нормальное выведение воды и со- лей даже при сохранении 20-30 % оставшихся нефронов. При поражении почек развиваются отеки. Механизм их подробно разбирается ниже. 13.11. ГЕМОСТАЗ И ПОЧКИ В связи с тем, что почки являются одним из основных органов, на ко- торые ложится нагрузка по восстановлению ОЦК после кровопотери, становится понятно их участие в предупреждении кровотечения. Несколь- ко утрируя, можно сказать, что почки, предупреждая кровопотерю, «об- легчают» себе функциональную нагрузку по ее восстановлению. В норме почки вырабатывают и выделяют в кровь ряд факторов свер- тывания: - прокоагулянты — VII, VIII, IX, X, тромбопластин и др.;
590 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА - антикоагулянты — гепарин, урокиназа, тканевый активатор плазми- ногена, ингибиторы фибринолиза. - Почки поглощают и катаболизируют часть фибриногена и фак- тор XIII, который участвует в синтезе ими коллагена БМ. - При их патологии в связи с усиленным выделением белков-прокоагу- лянтов: - утрачивается функциональная роль почек в гемостазе; - появляется возможность для локальной активации свертывающей си- стемы с возникновением внутрисосудистой внутрипочечной ее коагу- ляции. На определенном этапе болезни все это может приводить к ДВС. В прогрессировании нефрита, развитии микротромбов в почках боль- шую роль играет активность Ф-ХШ, содержание которого в крови при прогрессировании нефрита повышается. Особенно велика роль этих изме- нений при снижении активности противосвертывающей системы (сниже- нии уровня гепарина в плазме крови, активности плазмина и урокиназы), способствующих стабилизации фибриновых волокон в клубочках почек. 13.12. ПОЧКИ И КРОВЕТВОРЕНИЕ Инкреторные функции почек не ограничиваются образованием рени- на. В них активно синтезируются простагландины, которые могут посту- пать в общий кровоток и оказывать не только местный эффект на почки, но и дистантный эффект на другие органы. Клетки почки извлекают из плазмы крови прогормон — витамин D3, образующийся в печени, и пре- вращают его в биологически активный гормон. Кроме того, юкстагломерулярный аппарат почек является основным местом образования эритропоэтина — стимулятора пролиферации эри- троидных элементов в костном мозге. Участие почек в регуляции эритро- поэза, наверное, не случайно (достаточно вспомнить их важнейшую роль в сохранении и восстановлении должного объема плазмы). Многие патологические состояния почек нарушают эритропоэз. Это приводит к различной степени выраженности гипорегенераторной ане- мии, показателем чего является низкий уровень ретикулоцитов. Генез этой анемии сложен. Во-первых, происходит усиление гемолиза под вли- янием накапливающихся в организме токсических субстанций, таких, как метилгуанидин, креатинин, ряд так называемых средних молекул. Гемо- лизу способствует и то, что при уремии внутри эритроцитов происходит повышение онкотического давления под влиянием проникновения в них некоторых из названных соединений, а вследствие этого возрастает со- держание воды и снижается осмотическая резистентность. Во-вторых, при ХПН происходят патологические изменения сосудистой стенки (в артери- ях и капиллярах на стенках откладывается фибрин, изменяется эндоте- лий), в результате чего проходящие по ним эритроциты деформируются и разрушаются. Наконец, не последнюю роль играют микрокровотечения из-за нарушения свертывания.
Глава 13. ВЫДЕЛЕНИЕ 591 Однако основной причиной анемии является ослабление кроветворения, так как указанные выше потери эритроцитов относительно невелики и при нормальной реакции механизмов регуляции и костного мозга с лихвой мо- гут восстанавливаться. При большинстве патологических состояний почек вследствие нарушения эндокринной функции почек — продукции эритро- поэтина — происходит нарушение кроветворения. Э^итрбпбэтй^— это кислый гликопротеид с мол. массой 34400, состоящий из белка (мол. масса 18400) и гетеросахарида. Эритропоэтин является видоспецифичным гор- моном. Основное место его синтеза — юкстагломерулярные клетки почек. При различного рода анемиях в синтезе ЭП наряду с почками принимает участие печень, хотя полностью заменить почки она не может. В норме образование ЭП зависит от уровня РО2 в венозном конце ка- пилляров соответствующих отделов почек. Высокая точность почечних О^-рецепторов обусловлена тем, что они контролируют остающуюся в крови величину НЬО2 уже после использования кислорода тканями по- чек. Поэтому при низком количестве эритроцитов (анемиях), повышении сродства кислорода к гемоглобину (метгемоглобинемиях), нарушении окислительных процессов в самих сенсорных клетках (введение солей ко- бальта, динитрофенола), возрастании использования О2 клетками про- дукция ЭП увеличивается. Напротив, все противоположные ситуации (полиглобулии, гипербарическая оксигенация, снижение метаболической активности) приводят к снижению образования ЭП. Однако уровень кис- лорода лишь обеспечивает запуск образования ЭП. Механизм биосинтеза его регулируется и другими соединениями. К стимуляторам-посредникам относятся, в частности, простациклин и ПГЕ% Продукция ЭП стимулиру- ется гормонами коры надпочечников, тиреоидином и андрогенами, в то время как серотонин угнетает его образование. В силу вышеуказанного не случайно место синтеза ЭП-продуцирующих клеток находится в тех отделах почек, кровоснабжение которых более все- го подвержено механизмам ауторегуляции. Такой областью являются кор- ковые отделы и наружная часть мозгового вещества (см. выше). Именно здесь наиболее выражены механизмы ауторегуляции, позволяющие в нор- ме поддерживать постоянный кровоток несмотря на изменение системного давления в довольно широком диапазоне — от 70 до 200 мм рт. ст. ЭП, поступая в кровь, или используется кроветворным костным моз- гом, или некоторое время может циркулировать в крови — его Ti/2 от 2,5 до 11 ч. Удаляется ЭП печенью или почками. Для поддержания нормаль- ного уровня гемопоэза достаточно весьма малого количества ЭП. При различного рода гипоксиях его концентрация в крови может возрастать в 200-500 раз. Естественно, при этом возрастает и активность выведения ЭП — его можно обнаружить и в моче. Кроме эритропоэтина, в крови можно обнаружить ингибиторы эри- тропоэза. Продукция эритроцитов костным мозгом тормозится ингиби- тором, который обнаруживается в крови при спленомегалии, а также при ряде поражений почек. Кроме того, в крови больных с уремией появля-
592 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА ются субстанции, которые угнетают чувствительность костномозговых элементов к эритропоэтину. Одним из механизмов компенсации анемии у больных с поражением по- чек является уменьшение сродства гемоглобина к кислороду, что способ- ствует улучшению диссоциации оксигемоглобина в тканях и снижению уровня ЛОг- В первую очередь, это обусловлено возрастанием в эритро- цитах уровня 2,3-ДФГ. Это соединение, образующееся в процессе глико- лиза в цикле Эмбдена — Мейергофа, соединяясь с P-цепями глобина, пе- реводит гемоглобин в дезоксигемоглобин. В результате кислород осво- бождается и поступает в ткани. 13.13. Физиологические принципы искусственного очищения крови («искусственная почка») Тяжелое поражение почек, приводя к недостаточности их выделитель- ной функции, опасно для организма прежде всего в связи с развитием уре- мии. Дело в том, что, несмотря на компенсаторное подключение других выделительных органов, в организме (крови) постепенно накапливаются продукты азотистого обмена (мочевина, мочевая кислота, креатинин и др.), а также — водородные ионы, индолы, фенолы, амины, ацетоновые тела, гуанидины. Резкое увеличение их концентрации оказывает токсиче- ское действие, что особенно заметно на жизненно важных органах и сис- темах: снижается возбудимость нервной системы (вплоть до потери созна- ния), расстраивается дыхание, кровообращение, снижается температура тела. Все это может привести к смерти. Возникающая почечная недостаточность требует искусственного очи- щения организма от накапливающихся токсинов — гемодиализа. Сущест- вует два методических подхода: «искусственная почка» и перитонеальный диализ. Основой искусственной почки является полунепроницаемая мембрана, которая разделяет диализирующий раствор и кровь, пропускаемую с дру- гой стороны мембраны. Диализирующий раствор обычно содержит мень- ше, по сравнению с кровью, ионов натрия. В зависимости же от картины состояния крови конкретного больного (содержание других неорганиче- ских ионов, КОС) в диализирующий раствор вводят больше или меньше этих ионов, а для коррекции ацидоза — бикарбонаты. Очищенная от ток- синов кровь возвращается в вену больного. Перитонеальный диализ основан на способности брюшины, как полу- проницаемой мембраны, пропускать накапливающиеся в крови токси- ческие соединения в раствор, которым промывают брюшную полость. Естественно, диализирующая жидкость должна содержать соли, но их концентрация здесь должна быть ниже, чем в крови. В этот же раствор можно добавлять различные ингредиенты для коррекции соответствую- щих сдвигов крови больного (например, при ацидозе — бикарбонаты). Однако применение гемодиализа имеет и ряд отрицательных моментов. Особенно это наглядно проявляется на системе транспорта кислорода.
Глава 13. ВЫДЕЛЕНИЕ 593 Так, при диализе еще больше снижается образование эритроцитов, что, по-видимому, обусловлено выведением ЭП. Кроме того, при лечении гемодиализом в 2-3 раза возрастает выведение железа, что, со своей сто- роны, дополнительно ухудшает условия кроветворения. Эти потери складываются из микрокровотечений (следствие гепаринизации во время диализа), поступления части крови в аппарат и т. д. В этом плане более показанным является перитонеальный диализ, после которого ускоряется эритропоэз. При гемодиализе снижается уровень неорганических фос- фатов крови и параллельно этому в эритроцитах понижается уровень 2,3-ДФГ, что приводит к возрастанию сродства гемоглобина к кислороду. Недополучение тканями больного кислорода при постоянном сердечном выбросе приводит к ухудшению состояния его, что в первую очередь отра- жается на ЦНС: появляется головная боль, тяжесть в голове, тремор. Вопросы для №1 Эффективное фильтрационное давле- ние в почечных клубочках равно: А. 10 мм рт. ст. Б. 20 мм рт. ст. В, 40 мм рт. ст. Г. 70 мм рт. ст. Д. 100 мм рт. ст. Е. 120 мм рт. ст. №2 Какие нефроны не имеют околоканаль- цевую капиллярную сеть: А. Суперфициальные Б. Интракортикальные В. Юкстамедуллярные №3 Реабсорбция мочевины в почечных ка- нальцах происходит по механизму: А. Активного транспорта Б. Облегченной диффузии В. Пассивного транспорта Г. Пиноцитоза №4 Реабсорбция аминокислот в основном осуществляется клетками: А. Проксимального извитого канальца Б. Нисходящей части петли Генле В. Восходящей части петли Генле Г. Собирательных трубочек повторения Ns5 Окончательное концентрирование мо- чи происходит: А. В проксимальном извитом канальце Б. В нисходящей части петли Генле В. В восходящей части петли Генле Г. В дистальном извитом канальце Д. В собирательной трубочке №6 Какое из перечисленных ниже веществ относится к пороговым: А. Инулин Б. Маннитол В. Креатинин Г. Глюкоза Д. Полиэтиленгликоль №7 Какие из перечисленных функций не являются функцией почки: А. Регуляция секреции желудочного сока Б. Регуляция синтеза гормонов корой над- почечников В. Экскреция конечных продуктов азотисто- го обмена Г. Регуляция метаболизма белков, жиров и углеводов Д. Регуляция АД Е. Регуляция эритропоэза
Глава 13. ВЫДЕЛЕНИЕ 594 №8 У больного с поврежеднием головного мозга обнаружилась значительная по- лиурия, не сопровождающаяся глюко- зурией. Что при этом повреждено: А. Передняя доля гипофиза Б. Средняя доля гипофиза В. Задняя доля гипофиза Г. Мозговое вещество надпочечников Д. Корковое вещество надпочечников Ns9 Какая из перечисленных функций не свойственна ангиотензину II: А. Повышение тонуса сосудов и увеличение артериального давления Б. Стимуляция эритропоэза В. Усиление чувства жажды Г. Регуляция реабсорбции ионов натрия №10 Какое из перечисленных веществ не содержится в моче здорового человека: А. Мочевина Б. Мочевая кислота В. Креатинин Г. Уробилин Д. Ацетоуксусная кислота Е. Электролиты №11 Действие альдостерона на почечные канальцы выражается: А. В увеличении проницаемости стенок ка- нальцев для воды Б. В увеличении реабсорбции Na* и секре- ции К* в почечных канальцах В. В уменьшении реабсорбции хлора Г. В регуляции кислотно-основного состояния Д. В увеличении реабсорбции кальция №12 Белки реабсорбируются путем: А. Пассивного транспорта Б. Облегченной диффузии В. Пиноцитоза Г. Активного транспорта №13 Ионы натрия реабсорбируются путем: А. Первично-активного транспорта Б. Облегченной диффузии В. Пассивного транспорта Г. Вторично-активного транспорта №14 Глюкоза реабсорбируется путем: А. Первично-активного транспорта Б. Облегченной диффузии В. Пассивного транспорта Г. Вторично-активного транспорта №15 Какие из перечисленных веществ вы- аодятся из организма только путем ка- нальцевой секреции: А. Парааминогиппуровая кислота Б. Глюкоза В. Мочевина Г. Аминокислоты Д. Пенициллин №16 Восходящий отдел петли Генле актив- но реабсорбирует: А. Ионы хлора Б. Ионы натрия В. Воду №17 Антцдиуретический гормон увеличивает: А. Проницаемость собирательных трубочек для воды Б. Проницаемость дистальных канальцев для воды В. Эффективное фильтрационное давление Г. Кровоток через почку №18 В конечной моче в норме обнаружива- ются: А. Ацетон Б. Глюкоза В. Белки Г. Гормоны Д. Ферменты Е. Витамины №19 Из крови в полость капсулы Боумена — Шумлянского свободно фильтруются: А. Соли Б. Глюкоза В. Мочевина Г. Белки
Глава 13. ВЫДЕЛЕНИЕ 595 №20 В петле Генле реабсорбируются: А. Белки Б. Глюкоза В. Аминокислоты Г. Витамины Д. Соли Е. Вода №21 В проксимальных канальцах почти пол- ностью реабсорбируются: А. Белки Б. Глюкоза В. Аминокислоты Г. Вода Д. Соли №22 Какие из перечисленных веществ реаб- сорбируются первично-активным транс- портом: А. Ионы натрия Б. Глюкоза В. Аминокислоты Г, Вода Д. Парааминогиппуровая кислота №23 Какие из перечисленных веществ реаб- сорбируются вторично-активным транс- портом: А. Ионы натрия Б. Глюкоза В. Аминокислоты Г. Вода Д. Мочевина Е. Парааминогиппуровая кислота №24 Какие из перечисленных веществ реаб- сорбируются пассивно: А, Ионы натрия Б. Глюкоза В. Аминокислоты Г. Вода Д. Мочевина Е. Парааминогиппуровая кислота №25 Почка участвует в регуляции: А. Объема циркулирующей крови Б. Постоянства осмотического давления крови В. Артериального давления Г. Эритропоэза Д. Ионного состава крови №26 Канальцевая секреция представляет собой: А. Транспорт веществ из крови в просвет канальцев Б. Поступление в канальцы веществ, синте- зированных в почке В. Поступление воды из канальцев в кровь Г. Поступление ионов из канальцев в кровь Д. Поступление аминокислот из канальцев в кровь №27 Укажите направление транспорта ве- ществ во время фильтрации: А. Из крови в капсулу Б. Из капсулы в кровь В. Из просвета канальцев в кровь Г. Из крови в просвет канальцев №28 Укажите направление транспорта ве- ществ во время реабсорбции: А. Из крови в капсулу Боумена Б. Из капсулы в кровь В. Из просвета канальцев в кровь Г. Из крови в просвет канальцев №29 Что определяет величину эффективно- го фильтрационного давления: А. Гидростатическое давление крови в ка- пиллярах клубочка Б. Давление фильтрата в капсуле В. Онкотическое давление плазмы крови Г. Осмотическое давление плазмы крови №30 Вставьте пропущенное слово. Повышение онкотического давления плазмы крови ... клубочковую фильтра- цию в почках. А. Уменьшает Б. Увеличивает В. Не изменяет
Глава 13. ВЫДЕЛЕНИЕ 596 №31 Средняя величина кровяного давления в капиллярах почечного клубочка со- ставляет.: А. 50 мм рт. ст Б. 70 мм рт. ст В. 90 мм рт. ст Г. 120 мм рт. ст №32 Конечная моча в норме содержит: А. Белок Б. Мочевину В. Креатинин Г. Глюкозу Д. Уробилин Е. Ацетон №33 Клубочковая фильтрация повышается при: А. Повышении гидростатического давления в капиллярах клубочка Б. Повышении онкотического давления в со- судах клубочка В. Снижении онкотического давления в со- судах клубочка Г. Понижении гидростатического давления в капиллярах клубочка Д. Повышении системного тартериального давления №34 Какой из гормонов коркового вещества надпочечников способствует реабсорб- ции натрия в почечных канальцах: А. Дезоксикортикостерон Б. Андрогены В. Эстрогены Г. Альдостерон Д. Кортизол №35 Вставьте пропущенные слова. При гиперкальциемии экскреция каль- ция с мочой ... за счет ... выделения в кровь тиреокальцитонина. А. Увеличивается, уменьшения Б. Увеличивается, увеличения В. Уменьшается, увеличения Г. Уменьшается, уменьшения №36 При повышении осмотического давле- ния плазмы крови диурез: А. Увеличивается Б. Уменьшается В. Не изменяется №37 Вставьте пропущенные цифры. Глюкоза появляется в конечной моче при повышении содержания глюкозы в крови более ... ммоль/л. А. 5,5 Б. 6,3 В. 10,0 Г. 15,0 №38 Вставьте пропущенные слова. При ишемии почки артериальное дав- ление ... из-за выделения ... юкстагло- мерулярным аппаратом почки. А. Понижается, ангиотензина II Б. Повышается, эритропоэтина В. Понижается, ангиотензина I Д. Повышается, ренина №39 Образование ангиотензина II связано с выходом в кровь: А. Эритропоэтина Б. Ренина В. Альдостерона Г. АДГ №40 Вставьте пропущенные слова. При образовании ... количества фильт- рата скорость реабсорбции мочевины... А. Небольшого, увеличивается Б. Большого, уменьшается В. Небольшого, уменьшается Г. Большого, увеличивается
Раздел III МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Глава 14 ДЫХАНИЕ Большинство биологических процессов, как на уровне отдельной клет- ки, так и целого организма, происходит с использованием энергии. Для эффективного образования ее требуется постоянная доставка к митохонд- риям клеток кислорода. Весь путь поступления кислорода, использования его в окислительных процессах и обратный транспорт образовавшегося углекислого газа составляют единую систему дыхания. Традиционно сло- жилось так, что клеточное дыхание изучает биохимия, а остальные звенья — физиология. Функциональная система транспорта газов состоит из дыхательных пу- тей, легких, сердечно-сосудистой системы и крови (рис. 14.1). Каждый из этих органов наряду с дыхательной выполняет и другие функции, входя, в свою очередь, в соответствующие функциональные системы. Так, например, легкие также участ- вуют: - в регуляции кис- лотно-основного состояния, - в водном обмене, - в терморегуляции, - в кровообращении, - в обеспечении за- щитной реакции организма, - в обмене или обра- зовании ряда био- логически актив- ных веществ. Схема пути транспорта Ch: 1 — атмосферный воздух; 2 — газовая смесь альвеол; 3 — кровь капилляров малого кру- га кровообращения; 4 — кровь легочной вены; 5 — веноз- ная кровь правого предсердия; 6 — кровеносная система Потребление кислорода Основной задачей всей системы транспорта газов является обеспечение организма и его отдельных органов таким количеством кислорода, кото- рое адекватно их энергетическим потребностям. Суммарным показателем активности дыхательной системы является потребление кислорода за 1 мин (ПК). У взрослого человека в состоянии покоя ПК около <3,5 мл/мин/кг. Повышение функциональной активности любого органа приводит к росту потребления им Ог- Особенно значительно увеличива-
598 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ется ПК при мышечной работе, так как мышцы являются самым боль- шим органом человеческого организма. К тому же для выполнения физи- ческой работы требуется усиление функций многих «вспомогательных» органов и всех органов системы транспорта газов. На уровне дыхания это сказывается в появлении форсированного дыхания — одышки. Одышка возникает и при многих заболеваниях, так или иначе нарушающих функ- цию системы дыхания. Механизм газопереноса На отдельных этапах дыхания перенос газов обеспечивают два основ- ных механизма: диффузия и конвекция. Движущей силой диффузии явля- ется градиент концентрации газа (Р = Pt - Р^у. чем он больше, тем интенсивнее газообмен. Физико-химические закономерности, определяю- щие этот вид транспорта, обеспечивают газообмен без затраты энергии. Однако при диффузии скорость движения газов относительно низкая, в силу чего в организме таким путем они перемещаются на небольшие рас- стояния. Путем диффузии осуществляется перенос газов между воздухом, поступившим в воздухоносные пути, и альвеолами, альвеолярным возду- хом и кровью, кровью и тканями. Основой конвекции (convectio — принесение, струйное перемещение масс газа, жидкости) является градиент давления. Для его создания требу- ется затратить энергию. Воздух перемещается струйно из внешней среды в дыхательные пути: О2 — с кровью от легких к тканям, а СО2 — из тка- ней к легким. В системе дыхания можно выделить пять основных этапов газопереноса: 1. Конвекционное поступление воздуха в воздухоносные пути. 2. Конвекция воздуха и диффузия газов между воздухоносными путями и альвеолами. 3. Диффузия газов между альвеолами и кровью. 4. Конвекционный перенос газов кровью. 5. Диффузия газов между капиллярной кровью и тканями. 14.1. ВНЕШНЕЕ ДЫХАНИЕ Начальным этапом внешнего дыханием является обмен газов между внешней средой и альвеолами. 14.1. Дыхательные движения Первый этап дыхания происходит путем чередования вдоха (инспира- ции) и выдоха (экспирации). При вдохе порция воздуха поступает в легкие, а при выдохе выводится из них. Воздух перемещается благодаря попере- менному увеличению и уменьшению размеров грудной полости и находя- щихся в ней легких. Размеры грудной полости изменяются при движении ребер и уплощении диафрагмы. Ребра, образуя подвижные соединения с телами и поперечными отростками позвонков, при своем движении вра- щаются вокруг осей, проходящих через места фиксации (рис. 14.2, в и г).
Глава 14. ДЫХАНИЕ 599 Схема дыхательных движений при сокращении основных дыхательных мышц: а — в положении вдоха; 6 — в положении выдоха; в, г — механизм движения ребер и на- правленность действия сил. 1 — наружные межреберные мышцы; 2—внутренние межреберные мышцы; 3—увеличение вертикальных и 4—переднезадних размеров грудной клетки Ось вращения для верхних ребер проходит почти поперечно, и поэтому при их движении увеличиваются главным образом переднезадние разме- ры грудной полости. Ось вращения нижних ребер более сагиттальна, и от их движений зависят преимущественно боковые размеры грудной поло- сти. Возможная амплитуда движений зависит от силы сокращения мышц. Но при этом определенную роль играет подвижность соединений перед- них концов ребер с грудиной, эластичность реберных хрящей. Так, возра- стное уменьшение эластичности хрящей затрудняет выполнение дыха- тельных экскурсий грудной клетки. Дыхательные мышцы Спокойное и форсированное дыхание отличаются по многим парамет- рам. И в первую очередь они отличаются количеством мышц, осуществ- ляющих дыхательные движения. Все мышцы, выполняющие дыхательные движения, являются скелетными. В покое 4/s инспирации осуществляется диафрагмой (рис. 14.2, а). Сокращение мышечной части диафрагмы, пере- даваясь на сухожильный центр, приводит к уплощению ее купола и уве- личению вертикальных размеров грудной полости. При этом органы брюшной полости оттесняются вниз и при расслабленных мышцах брюш- ной стенки растягивают ее вперед и в стороны. Такой тип дыхания назы- вают брюшным. Движение ребер могут осуществлять практически все мышцы, при- крепляющиеся к ним. Различают основные и вспомогательные дыхатель- ные мышцы. Основные мышцы выполняют спокойное дыхание, а вспомо- гательные присоединяются к ним для осуществления более глубокого, форсированного дыхания. Основными инспираторными мышцами явля- ются наружные межреберные и внутренние межхрящевые мышцы. При своем сокращении они тянут оба ребра друг к другу. Направление движе- ния зависит от отношения рычагов места приложения сил и точки фикса-
600 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Схема расширения дыха- тельных путей: / — трахея; 2 - бронхи; 3 — дыхатель- ные бронхиолы; 4 — альве- олы (по ЛИ. Шик) ции ребер (см. рис. 14.2, в и г). Точка прикрепления мышц к нижележаще- му ребру расположена дальше от центра вращения, чем точка прикрепле- ния к вышележащему ребру (для межреберных мышц это позвоночник, а межхрящевых — грудина). Поэтому при сокращении этих мышц каждое нижнее ребро подтягивается к верхнему. Результирующая действия сил при сокращении внутренних межребер- ных мышц противоположна, что и определяет приближение каждого вы- шележащего ребра к нижележащему. В результате такого движения ребер размеры грудной полости уменьшаются. Поэтому внутренние межребер- ные мышцы являются мышцами выдоха (рис. 14.2,6). К вспомогательным инспираторным мышцам относятся все мышцы, прикрепляющиеся одним концом к ребрам, грудине, а другим — к черепу, плечевому поясу или к вышележащему позвонку. Это следующая группа мышц: большие и малые грудные, лестничные, грудино-ключично-сосце- видные, трапециевидные, поднимающие лопатку. Важнейшими вспомога- тельными экспираторными мышцами являются мышцы живота, сдавли- вающие органы брюшной полости и тем самым ускоряющие поднятие диафрагмы. Кроме того, мышцы живота, как и мышцы, сгибающие по- звоночник, способствуют еще и опусканию ребер. 14.1.2. Функции воздухоносных путей В альвеолы легких воздух поступает через воздухоносные пути. Они начинаются верхним отделом: носовыми ходами, ротовой полостью и гортанью. Расположенная за гортанью трахея делится на два бронха, каждый из которых последовательно и многократно разделяется дихотомически. Всего насчитывается в среднем 23 генерации бронхов. Длина и диаметр каждого последующего бронха уменьшаются. Начиная с 4-й генерации бронхов, в связи с резким увеличением их количества, суммарное попе- речное сечение прогрессивно растет (рис. 14.3). Так, если просвет дыха- тельных путей начиная с ноздрей и до 4-й генерации составляет около 2,0-2,5 см2, то к 16-й генерации он увеличивается до 180 см2, 19-й генера- ции — 940 см2, а на уровне 23-й генерации суммарный просвет бронхиол составляет уже 11400 см2. Дыхательные пути разделяют на три зоны: кондуктивную (проводящую), транзиторную (переходную) и дыхательную. В первую входят 1-16 генерации бронхов, во вторую—17-19. Дыхательные бронхиолы включают 17-23 ге- нерации, так как на их стенке появляются аль- веолы. Количество альвеол на стенке бронхиол постепенно возрастает вплоть до 23-й генера- ции. 23-я генерация бронхиол переходит в аль- веолярные мешочки, разделенные перегород- ками примерно на 20 полостей — альвеол. Из
Глава 14. ДЫХАНИЕ 601 общего объема легких (около 4500 мл) проводящая зона занимает 3% (около 150 мл), последующие генерации — около 30% (приблизительно 1500 мл). Собственно дыхательная зона состоит примерно из 300 млн альвеол. Форма альвеол близка к усеченной сфере диаметром 0,15-0,3 мм. У ново- рожденных диаметр альвеол примерно такой же, как и у взрослых. Отли- чие заключается в том, что в их легких насчитывается около 30 млн аль- веол, а сами легкие полностью занимают всю грудную полость. С возра- стом грудная клетка растет быстрее легких, поэтому легкие постоянно на- ходятся в перерастянутом состоянии. Ветви легочной артерии почти полностью повторяют деление бронхов. Легочные артерии, капилляры и посткапиллярные вены тесно связаны с альвеолами, густо оплетая их. Поэтому геометрия альвеол находится в не- посредственной зависимости от состояния кровенаполнения легких. Аль- веолярный воздух от крови отделяется лишь двумя слоями клеток, между которыми нахо- дится тонкий слой сое- динительной ткани. Толщина этой, так на- зываемой легочной мембраны (аэрогемати- ческого барьера), составляет 0,4—1,5 мкм (рис. 14.4). Аэрогематический барьер Воздухоносные пути служат для струйного поступления воздуха в лег- кие. Попутно они выполняют ряд функций, направленных на «кондицио- нирование воздуха». Можно выделить три основных механизма, обеспечи- вающих этот процесс. 1. Согревание. Проходящий по дыхательным путям воздух согревается благодаря тесному контакту с широкой сетью кровеносных капилля- ров подслизистого слоя. 2. Увлажнение. В легких, вне зависимости от влажности атмосферы, воз- дух насыщен до 100% парами воды, для чего ее необходимо пример- но 44 г/м3. Проходя по дыхательным путям, воздух во время выдоха частично успевает вернуть слизистым как тепло, так и воду. Таким путем в воздухоносных путях совершается регенерация воздуха. Но все же часть тепла и воды может выделяться. Выраженность этих процес- сов во многом зависит от состояния окружающей среды и глубины дыхания. При форсированном дыхании организм может терять до 10% тепла и до 200 мл/ч воды. 3. Очищение (защитная функция). Можно выделить следующие этапы и механизмы, способствующие очищению поступающего в альвеолы воздуха. Частицы размером более 10 мкм задерживаются на волосках
602 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ и влажных слизистых носовых ходов. Миновавшие эти барьеры час- тицы оседают на стенках трахеи, бронхов, бронхиол, покрытых рес- нитчатым эпителием. Реснички совершают колебательные движения: они медленно наклоняются по направлению выхода и быстро возвра- щаются в прежнее положение. В результате слизь вместе с частицами постепенно продвигается в сторону гортани, где отхаркивается или заглатывается. Средняя скорость движения слизи — около 1 см/мин. Но часть мелких частиц, попавших в альвеолы, может захватываться макрофагами соединительной ткани. После чего они остаются на месте (угольная пыль в ткани легких сохраняется годами) либо через лимфу и кровь уносятся от легких. Аналогична участь и микроорганизмов. Кроме того, дыхательные пути выполняют защитную функцию и ре- флекторным путем: при чихании и кашле со струей воздуха удаляется и раздражитель. Чихательный рефлекс зарождается с рецепторов слизистой носа, а кашлевой — слизистой глотки, трахеи и бронхов. 14.2. СОПРОТИВЛЕНИЕ ДЫХАНИЮ Компоненты сопротивления ды- ханию. Кругами обозначено ус- ловное состояние альвеол при вдохе и выдохе, стрелками — на- правленность сопротивления во время дыхательных движений: А — аэродинамическое сопро- тивление; Э — эластическое со- противление; Д — деформацион- ное сопротивление тканей; И — инерционное сопротивление, ве- личина которого зависит от мас- сы движущихся тканей Работа сокращающихся мышц при вы- полнении дыхательных движений направ- лена на преодоление сопротивлению движения воздуха в дыхательных путях, сопротивления, возникающего в самом легком, в тканях стенок и органах груд- ной и брюшной полостей при их дефор- мации (рис. 14.5). Выделяют две разновидности такого сопротивления: - вязкое (неэластическое) сопротивле- ние тканей; - эластическое (упругое) сопротивле- ние легких и тканей. Вязкое сопротивление обусловлено: - аэродинамическим сопротивлением воздухоносных путей, - вязким сопротивлением тканей за счет внутреннего трения их и неупру- гой деформации, трением сочленяю- щихся суставов. В большинстве дыхательных путей воз- дух движется ламинарно. При этом проис- ходит трение слоев воздуха друг о друга и о стенки дыхательных путей, к тому же в местах разветвления могут возникать завихрения и ток его становится турбу- лентным, что создает аэродинамическое сопротивление.
Глава 14. ДЫХАНИЕ 603 Основную роль играет аэродинамическое сопротивление воздухонос- ных путей (более 90% неэластического сопротивления). Оно возникает при прохождении воздуха через относительно узкую часть дыхательных путей — трахею, бронхи и бронхиолы. Рассчитать его можно по формуле Хагена — Пуазейля: (14.1) Q R ’ R Q ’ где Q — объемная скорость, л/с; АР — градиент давления, R — аэроди- намическое сопротивление. Сопротивление можно измерить с помощью постоянной регистрации плеврального давления при совершении вдоха (и выдоха) или косвенно непрямой интегральной плетизмографией, как и при измерении функцио- нальной остаточной емкости (ФОЕ) — объема воздуха, остающегося в лег- ких после спокойного выдоха (см. ниже). Сужение воздухоносных путей, возрастание турбуленции воздуха приводит к повышению сопротивления. 14.2.1. Эластичность и поверхностное натяжение легких Эластическое сопротивление обусловлено возникновением некоторого напряжения, связанного с растяжением эластических элементов легочной ткани и силами поверхностного натяжения. Это напряжение способству- ет появлению отрицательного давления (ниже атмосферного) в плевраль- ной полости. Коллагеновые и эластические волокна стенки альвеол создают эласти- ческое сопротивление легких, которое стремится уменьшить объем альве- ол. Кроме того, на границе раздела между воздухом и жидкостью, покры- вающей тонким слоем эпителий альвеол, возникают еще и дополнитель- ные силы, которые также стремятся уменьшить площадь этой поверхно- сти, — это силы поверхностного натяжения. Причем, чем меньше диа- метр альвеол, тем больше силы поверхностного натяжения. И если бы эти силы действовали беспрепятственно, то благодаря соустьям между от- дельными альвеолами воздух из малых альвеол переходил бы в большие, а сами малые альвеолы должны были бы исчезать. Для снижения поверхностного натяжения и сохранения альвеол в орга- низме сушествует сугубо биологическое приспособление, противодейству- ющее этим физическим силам. Это сурфактанты (поверхностно-актив- ные вещества — ПАВ), продуцируемые в поверхностный слой жидкости пневмоцитами II типа. Этот слой имеет толщину около 50 нм. Причем, чем меньше диаметр альвеол и больше силы поверхностного натяжения, тем активнее проявляется эффект сурфактантов. Наличие ПАВ снижает поверхностное натяжение почти в 10 раз. Сурфактанты представляют со- бой комплекс фосфолипидов, белков и полисахаридов с периодом полу- распада 12-16 ч. Снижение поверхностного натяжения происходит вслед- ствие того, что гидрофильные головки этих молекул прочно связываются с молекулами воды, а их гидрофобные окончания очень слабо притягива- ются друг к другу и к другим молекулам в растворе. В результате моле-
604 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ кулы сурфактанта на поверхности жидкости образуют тонкий гидрофоб- ный слой. Наибольшей поверхностей активностью из всех компонентов этой смеси обладают производные лецитина, образующиеся альвеоляр- ным эпителием. Если вымыть водой содержащую сурфактанты жидкость, покрывающую изнутри тонким слоем эпителий альвеол, то альвеолы спадаются. Функции сурфактантов Сохранение альвеол Основным элементом ПАВ является дипальмитоилфосфатидилхолин (ДПФХ), синтезирующийся из жирных кислот, приносимых кровью. По- лагают, что снижение поверхностного натяжения осуществляется благо- даря свойствам молекулы ДПФХ. Она с одного конца гидрофобна, а с другого — гидрофильна и поэтому располагается тонким слоем между липидами мембран эпителия легких и слоем находящейся на нем воды. Отталкивающие силы сурфактантов противодействуют силам притяже- ния молекул воды, которые и обуславливают поверхностное натяжение, и альвеолы тем самым предохраняются от спадения. Рост активности ПАВ при снижении площади поверхности малых альвеол обусловлен более плотным примыканием ДПФХ друг к другу, что и увеличивает силу их взаимного отталкивания. ПАВ участвуют в периодическом выключении части альвеол из дыхания. Хотя синтез сурфактантов в пневмоцитах и происходит постоянно, «выстреливается» он в окружающую гипофазу периодически. Поэтому состарившиеся ПАВ, исчезая с поверхности некоторых альвеол или их от- дельных участков, могут на время оголить поверхность. Повышающееся поверхностное натяжение смыкает вход в них. Очищение альвеол На поверхности альвеол ПАВ постепенно передвигаются в направле- нии градиента поверхностного натяжения. В месте секреции сурфактан- тов поверхностное натяжение минимально, а в прилегающей к бронхио- лам области, где нет секреторных клеток, оно более высокое. В силу этого именно сюда, к выходу из альвеол, и продвигаются сурфактанты. С по- верхности альвеол вместе с ПАВ могут выводиться пылевые частицы и разрушенный эпителий. В запыленной атмосфере эти процессы усилива- ются, а значит, активируется и синтез сурфактантов. Постоянно высокая активность этих процессов может привести к постепенному истощению биосинтеза ПАВ. Это является одной из причин развития ателектаза — исчезновения части мелких альвеол. ПАВ способствуют сохранению сухости поверхности альвеол и тем самым примерно на 50% снижают испарение воды через легкие, то есть регулируют интенсивность испарения воды. Около 10% массы сурфактантов составляют белки. Одной из функций этой фракции является участие в активации противомикробных и противо- вирусных защитных механизмов легких. Под их влиянием усиливается фа-
Глава 14. ДЫХАНИЕ 605 гоцитарная активность легочных макрофагов, у которых имеются рецеп- торы к данным соединениям. При этом в макрофагах усиливается продук- ция свободных радикалов кислорода, активируется опсониновая система. Из всех указанных функций ПАВ, безусловно, важнейшей является со- хранение стабильности альвеол. Но в поддержании ячеистой структуры легких кроме сурфактантов важную роль играют и структурные взаимо- зависимости альвеол: сращение с соседними альвеолами обеспечивает их взаимное растяжение. Сурфактанты начинают синтезироваться в конце внутриутробного пе- риода. Их присутствие облегчает выполнение первого вдоха. При преж- девременных родах легкие ребенка могут оказаться неподготовленными для дыхания, что может привести к появлению участков ателектаза. ПАВ синтезируются пневмоцитами II типа постоянно и вначале посту- пают в так называемую гипофазу. Это своеобразное депо сурфактантов расположено под поверхностным монослоем. Разрушение состарившихся участков верхнего активного слоя восполняется поступлением готовых молекул сурфактантов из гипофазы. ПАВ поступают в монослой и при растяжении легких в фазу вдоха. В результате при выдохе за счет умень- шения объема их концентрация возрастает, что в начале выдоха несколь- ко задерживает альвеолы от спадения. В этот момент, несмотря на умень- шение силы внешнего растяжения альвеол, диаметр их остается относи- тельно большим, чем при вдохе. То есть при этом возникает несоответст- вие объема внешнему растягивающему давлению. Это несоответствие выражается на графике в виде петли гистерезиса (от греч. hysteresis — отставание, запаздывание) (рис. 14.6). Данный график изменения объема легких при вдохе и выдохе, его отличие от линейности, определяется еще и препятствием движению воздуха, создаваемым воздухоносными путями (аэродинамическим сопротивлением и его изменением под влиянием Динамика кривой «давление — объем легких» (петля гистерезиса): а — нормальное дыхание; б — глубокое дыхание. 1 — при вдохе; 2 — при выдохе
606 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Однако при нормальной глубине дыхания объем альвеол изменяется мало (до 3-5%), и поэтому гистерезис не имеет большого физиологи- ческого значения. В отличие от этого, при глубоком дыхании гистерезис начинает играть существенную роль (рис 14. 6,6) в облегчении дыхатель- ных движений. К тому же задержка спадения альвеол способствует более продолжительному сохранению в альвеолах воздуха, что улучшает усло- вия газообмена. Статические кривые собьем - давление» Все разновидности сопротивления дыханию могут существенно изме- няться при развитии патологических процессов возрастных изменений перестроек структур легких. Поэтому возникает необходимость их изме- рения у конкретного человека. Кроме указанных далее методов, целесо- образно построить кривую соотношения объема и давления. При вентиляции легких сокращение дыхательных мышц преодолевает силы сопротивления. При этом, если у здорового человека дыхание про- исходит медленно, то вязкое сопротивление относительно невелико и со- отношение между объемом легких и эффективным давлением в дыхатель- ной системе почти полностью определяется упругими свойствами легких и грудной клетки. Для построения кривой соотношения давления и объема легких испы- туемый, дышащий через спирометр (рис. 14.7), должен прекратить вды- хать (или выдыхать) воздух и как можно полнее расслабить мышцы. При этом датчик регистрирует давление, которое оказывают на альвеолы упругие силы легких и грудной клетки. По разнице с атмосферным дав- лением определяют альвеолярное давление. На рис. 14.8 показана динамика изменения давления и объема легких (релаксационная кривая) и обусловленную этим растяжимость легких, грудной клетки и суммарную растяжимость легких и грудной клетки. Рас- тяжимость (С — от анл. Complicance) находится в обратной зависимости от эластичности соответствующих тканей. И хотя в целом релаксацион- ная кривая имеет S-образную форму, ее линейный участок включает большинство значений, в пределах которых изменяется обычно объем и давление в легких при дыхании, что свидетельствует о почти прямой зависимости этих показателей. Как видно из графика (см. рис. 14.8), отсутствие градиента давления между альвеолами и атмосферой для суммарной кривой совпадает с мо- ментом ФОБ, то есть приходится на состояние спокойного выдоха. В это время растяжимость легких создает положительное давление на альвео- лы, что обусловлено постоянным их растяжением под влиянием большего объема грудной полости. Это давление уравновешивается растяжимостью грудной клетки (оно такой же величины, но с противоположно направ- ленным знаком). При поступлении воздуха в легкие при углублении вдоха растяжимость альвеол возрастает, и постепенно начинают растягиваться структуры грудной клетки. После пересечения нулевого давления (состоя- ния равновесия для грудной клетки) мышцы вдоха должны преодолевать
Глава 14. ДЫХАНИЕ '607 Схема способа исследования интегральной плетизмографии в условиях замкнутой камеры Кривые изменения объема — давления и растяжимости груд- ной клетки (/), легких (2) и суммарной растяжимости лег- ких и грудной клетки (3) в за- висимости от уровня плевраль- ного, альвеолярного и транс- пульмонального давления: МВ — уровень максимального выдоха, ФОЕ — функциональ- ная остаточная емкость
608 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ эластическое сопротивление не только легких, но и грудной клетки. С этого момента величины положительных давлений суммируются (см. на суммарной кривой). Растяжимость дыхательной системы Сдс можно определить с помощью уравнения (14-2) СаС~*РА' где А£> — изменение объема легких; АРд — изменение альвеолярного давления. Таким же образом можно определить растяжимость грудной клетки Сгк Сге=#-. (14.3) АРпл где АРПЛ — изменение давления в плевральной полости (разница между внутриплевральным и атмосферным давлением). Если давление в альвеолах в конце вдоха равно атмосферному (то есть Рд = 0), то, измерив в указанных выше условиях внутриплевральное дав- ление, можно легко определить растяжимость легких Сл по формуле Сл = #-. (14.4) АРпл 14.3. АЛЬВЕОЛЯРНАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ Работа дыхательных мышц, осуществляющих вдох, направлена на пре- одоление: - всех видов сопротивлений; - сил гравитации, препятствующих подъему грудной клетки и плечевого пояса при вдохе. Особо следует учесть важность преодоления аэродинамического сопро- тивления. Дело в том, что это сопротивление растет в результате многих ситуаций, как при сужении воздухоносных путей, так даже и при увели- чении скорости вентиляции легких. К примеру, отечность слизистой, воз- никающая даже при кратковременном вдыхании дыма сигареты, в тече- ние ближайших 20-30 мин повышает сопротивление дыханию в 2-3 раза. Еще в большей степени растет сопротивление движению воздуха при су- жении бронхов, например, при бронхиальной астме. В результате у боль- ного для выполнения даже спокойного дыхания должны подключаться вспомогательные мышцы. Увеличение скорости движения воздуха при форсированном дыхании приводит к существенному росту турбулентных завихрений и повышению сопротивления без изменения просвета дыха- тельных путей. Это может настолько затруднить работу дыхательных мышц, что для снижения аэродинамического сопротивления при форси- рованном дыхании человек непроизвольно переходит на дыхание через рот. Подсчитано, что выключение полости носа при дыхании через рот на 30-40 % снижает аэродинамическое сопротивление.
Глава 14, ДЫХАНИЕ 609 14.3.1. Передача воздействия изменения объема грудной клетки на легкие Грудная клетка изнутри покрыта париетальным листком плевры, а лег- кие снаружи — ее висцеральным листком. Между ними возникает тон- чайшая плевральная щель, заполненная жидкостью, выполняющей функ- цию «смазки». Благодаря этому легкие свободно скользят относительно друг друга. При этом создается сцепление легких со стенкой грудной клетки, что при увеличении размеров грудной полостй заставляет легкие следовать без деформации за грудной клеткой. Сращение обоих листков плевры (например, после плеврита) резко ухудшает условия вентиляции соответствующих отделов легких. Эластические элементы легких и силы поверхностного натяжения при- водят к возникновению внутрилегочного напряжения. Суммарная вели- чина действия этих сил может быть измерена путем введения канюли ма- нометра между листками плевры. Получаемый показатель называется внутриплевральным давлением. Величина его изменяется в зависимости от фаз дыхательных движений, возрастая при растяжении легких во время вдоха. При спокойном выдохе внутриплевральное давление ниже атмос- ферного на 5 см вод. ст. (0,3-0,5 кПа) (рис. 14.9). На высоте спокойного вдоха оно снижается до —7,5 см вод. ст., а при глубоком вдохе достигает еще более низкого уровня (-10..-12 см вод. ст.). При глубоком вдохе отрицательность внутриплеврального давления снижается. В результате более интенсивное дыхание изменяет и величину напряжения в легочной ткани. Когда форма грудной клетки не изменяется, отрицательность давления в плевральной полости создает лишь одна эластическая тяга легких, и в этих условиях при проходимости дыхательных путей в альвеолах давле- ние равно атмосферному (РА ~ 0). Однако в ходе выполнения вдоха и выдоха ситуация меняется. При вдохе альвеолы, следуя за грудной клет- кой под влиянием возрастающей отрицательности плеврального давле- ния, расширяются. Если бы при дыхании приходилось преодолевать Изменение внутриплеврального давления (Рпл) при смене фаз дыхания Дыхательный объем
610 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ только эластическое сопротивление легких, то альвеолярное давление оставалось бы равным нулю. Но в силу аэродинамического сопротивления дыхательных путей и влияния сурфактантов поступление воздуха в них отстает от возросшего объема. Поэтому в начале вдоха альвеолярное дав- ление становится отрицательным. При выдохе ситуация меняется на про- тивоположную. В случае поступления воздуха в плевральную полость и исчезновении герметичности (при повреждении целостности грудной клетки или лег- ких) исчезнет и внутриплевральное давление. Поэтому эластическое на- пряжение легких приведет к спадению их. Такая ситуация именуется пнев- мотораксом. При пневмотораксе легкие уже не в состоянии следовать за движением грудной клетки, и дыхание становится невозможным. 14.3.2. Механизм вдоха и выдоха Перед очередным вдохом воздух в легких находится под давлением, равным наружному атмосферному, а внутриплевральное давление ниже атмосферного на 0,3-0,5 кПа. Последовательность процессов, обеспечи- вающих вдох, такова: сокращение инспираторных мышц приводит к уве- личению размеров грудной полости во всех направлениях (см. рис. 14.2). В результате «отрицательность» внутриплеврального давления растет, и легкие следуют за увеличивающейся в размерах грудной клеткой. При растяжении легких находящийся в них воздух распределяется теперь в большем объеме. Это ведет к уменьшению давления в легких. В силу воз- никшего градиента давления при открытых дыхательных путях воздух засасывается в легкие, и давление в них вновь выравнивается с атмосфер- ным. По мере углубления вдоха в растягиваемых легких растет эластиче- ское сопротивление, поэтому для растяжения легких требуется тратить большую силу для преодоления внутриплеврального давления. Работа инспираторных мышц затрачивается не только на преодоление аэродинамического сопротивления воздуха. Часть энергии идет на пре- одоление эластического и неэластического сопротивления тканей внут- ренних органов, брюшной и грудной стенки, а также гравитационных сил, противодействующих поднятию плечевого пояса и грудной клетки. Фактически эта часть энергии инспираторных мышц переходит в потен- циальную энергию. И после того как инспираторные мышцы перестают со- кращаться, запасенная потенциальная энергия обеспечивает выполнение выдоха. При этом ребра и плечевой пояс опускаются, а диафрагма под- нимается. В результате «отрицательность» внутриплеврального давления уменьшается (до 0,5-0,3 кПа). Эластическое и поверхностное натяжения растянутых перед этим легких уже не уравновешиваются внутриплевраль- ным давлением, и легкие начинают спадаться. Давление в легких стано- вится выше атмосферного, и воздух выталкивается через воздухоносные пути. Таким образом, выдох осуществляется пассивно. Но если сил запа- сенной потенциальной энергии для выполнения выдоха недостаточно, то подключаются экспираторные мышцы. При спокойном выдохе таковыми являются внутренние межреберные мышцы.
^лава 14. ДЫХАНИЕ 611 Для выполнения глубокого вдоха необходимо более интенсивное рас- ширение грудной полости. Естественно, чем глубже вдох, тем больше мышц должно сокращаться: подключаются мышцы, поднимающие ребра, всю грудную клетку. При наиболее интенсивном вдохе сокращаются даже мышцы-разгибатели позвоночника. При этом «отрицательность» внутри- плеврального давления растет быстрее и становится глубже. Легкие рас- тягиваются с большей скоростью и силой, что приводит к росту объема и скорости поступления воздуха в дыхательные пути. В конце глубокого вдоха потенциальной энергии накапливается боль- ше. Однако, несмотря на это, для выполнения форсированного выдоха обязательно должны подключаться инспираторные мышцы, ускоряющие и усиливающие обратное движение диафрагмы, грудной клетки, легких. 14.3.3. Легочные объемы и емкости Газообмен в легких происходит между воздухом альвеол и кровью, омывающей их. В свою очередь, при дыхании воздух альвеол должен обмениваться с внешним воздухом. Однако сколь бы глубоким ни было дыхательное движение, полного обмена альвеолярного воздуха на вдыха- емый никогда не происходит. Альвеолярная вентиляция определяется глубиной и частотой дыхательных движений, а также соотношением объ- ема проводящих путей и альвеол. Показатели, характеризующие внешнее дыхание, принято подразде- лять на статичные и динамичные. Большинство этих показателей зависит главным образом от размеров грудной клетки и ее подвижности. К <РТатичным показателям относятся (рис. 14.10): Дыхательный объем (ДО) — количество воздуха, поступающего в легкие за один спокойный вдох или выдыхаемого за один выдох (ДО — 500 мл). (2J Резервный объем вдоха (РОВД) — максимальное количество воздуха, которое человек может вдохнуть дополнительно после нормального вдоха (РОвд — в среднем около 2000-2500 мл). @ Резервный объем выдоха (РОвыд) — максимальное количество воздуха, которое человек может выдохнуть после спокойного выдоха (РОвыд — в среднем около 1500 мл). -•' ' Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) — наибольшее количество воздуха, ко- торое человек может выдохнуть по- сле максимально глубокого вдоха. Этот суммарный показатель легко можно определить, зная предыду- щие показатели: Дыхательные объемы: / — резерв- ный объем вдоха; 2 — дыхательный объем; 3— резервный объем выдо- ха; 4 — объем крови в легких; 5 — остаточнй объем при спокойном (слева) и форсированном (справа) дыхании
612 Раздел Ш. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ У ’ ЖЕЛ = ДО + РОВД + РОВЫД. (14.5) ЖЕЛ зависит от возраста, роста, массы тела и физического развития человека. 5.Юбщая емкость легких (ОЕЛ) — количество воздуха, содержащегося в легких на высоте максимального вдоха: ОЕЛ = ЖЕЛ + ОО, (14.6) где ОО — остаточный объем (см. ниже, п. 6). Все указанные выше объемы можно легко определить с помощью про- стейших спирометров. ' 6. После максимально глубокого выдоха в легких остается воздух, име- нуемый остаточным объемом (ОО у молодых людей — около 1000— 1200 мл, а у пожилых возрастает до 1500-1800 мл). Для определения остаточного объема применяют непрямой метод вычис- ления его при измерении ФОЕ. .1 .Функциональная остаточная емкость — количество воздуха, которое остается в легких в конце выдоха (около 2500 мл). С возрастом его объем постепенно возрастает, у пожилых он может составлять 3,5 л. ФОЕ = РОВЬ1Д + ОО. (14.7) Для измерения ФОЕ используют методы, основанные на разведении какого-либо инородного газа (чаще всего гелия). Искомый объем вы- числяют, исходя из конечной концентрации газа. Метод разведения основан на том, что гелий очень слабо диффундирует через аэроге- матический барьер и его поступлением в кровь можно пренебречь. Применяют спирометр закрытого типа (см. рис. 14.7), который заполняют кислородно-гелиевой смесью. После спокойного выдоха испытуемый начинает дышать из спирометра, и в результате мо- лекулы гелия равномерно распределяются между ФОЕ и известным объемом спирометра. Через несколько минут определяют концент- рацию гелия в газовой смеси спирометра, применяя формулу Есп Кг = Есп + ФОЕ К" ; Отсюда ФОЕ = (14.8) Кг" где Есп— объем спирометра; КГ — концентрация гелия (КГ' — в ис- ходном состоянии, КТ" — в конечной смеси). Л. Юбъем дыхательных путей (анатомическое «мертвое пространство»). Его величина — в среднем 120-150 мл. 14-3.4. Вентиляция легких Вентиляция, то есть обновление воздуха легких, зависит от соотно- шения объема воздуха, поступающего при каждом дыхательном цикле и содержащегося до этого в легких. Так, если при спокойном дыхании в легкие поступает около 500 мл воздуха, то этот объем добавляется
Глава 14, ДЫХАНИЕ 613 к имевшемуся в них ОО и РОВЫД, которые суммарно равны примерно 2500 мл. Но необходимо иметь в виду, что часть вдыхаемого воздуха не доходит до альвеол, а остается в дыхательных путях, не имеющих аль- веол — в анатомическом МП. У взрослого человека МП — примерно 150-180 мл (начиная от носоглотки и включая 16 генераций бронхов). Наличие МП создает отличие вентиляции альвеол от легочной венти- ляции: из 500 мл до альвеол не доходят указанные 150 мл. Значит, за каж- дый дыхательный цикл к альвеолам поступает лишь около 350 мл возду- ха, что составляет примерно */8 часть всего воздуха альвеол. Естественно, чем глубже дыхание, тем интенсивнее альвеолярная вентиляция, так как: - при более глубоком выдохе в легких остается меньше воздуха; - при форсированном дыхании ДО существенно увеличивается. Для характеристики дыхания человека определяют еще ряд динамиче- ских.показателей, которые отражают эффективность функционирования системы дыхания во временном аспекте (обычно за 1 мин). К функциональным показателям относятся: (^Частота дыхательных движений (ЧДД). & "i 3 (2, Минутный объем дыхания (МОД). Количество воздуха, поступающего в легкие за 1 мин: ~ <> МОД = ДО ЧДД. (14.9) f3) Альвеолярная минутная вентиляция (АВ) характеризует вентиляцию альвеол: ’ АВ = (ДО - МП) ЧДД. ‘"Ни? (14 10) (?) Максимальная вентиляция легких (МаксВЛ). Количество воздуха, ко- торые можно вдохнуть и выдохнуть при максимальной глубине и ча- стоте дыхания. Q'} 'j /П/Ц ф Резерв дыхания-, разница между МаксВЛ и МОД. I @ Коэффициент легочной вентиляции (КЛВ) — та часть воздуха, которая обменивается в легких при каждом вдохе: , > КЛВ = (ДО - МП) : ФОЕ. ' I (14.11) Q) Коэффициент альвеолярной вентиляции-, отношение альвеолярной минут- ной вентиляции к легочному кровотоку (в покое АВ:ЛК = 4:5 - 0,8 л). Другие методы функциональных исследований системы дыхания при- водятся ниже (подразд. 14.13.11). 14.4. ГАЗООБМЕН В ЛЕГКИХ Процесс газообмена между вдыхаемым воздухом и альвеолярным, между альвеолярным воздухом (его целесообразно именовать альвеоляр- ной газовой смесью, оставив название «воздух» для атмосферы) и кровью определяется составом газов в указанных средах (табл. 14.1).
614 Раздел Ш, МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Таблица 14.1 Процентный состав газовых смесей Воздух 02 С02 № и инертные газы Вдыхаемый 20,83 0,03 79,04 Выдыхаемый 16,00 4,50 79,50 Альвеолярный 14,00 5,50 80,50 14.4.1. Парциальное давление газов Согласно закону Дальтона, парциальное давление каждого газа в смеси пропорционально его объему. Поскольку в легких наряду с кислородом, углекислым газом и азотом содержатся еще и пары воды, то для опреде- ления парциального давления каждого газа необходимо привести их давление к «сухой» газовой смеси. Если человек находится в «сухом» воздухе, то парциальное давление каждого газа следует рассчитывать исходя из общего давления. Влажность требует внесения соответствую- щих поправок на пары воды. В табл. 14.2 представлены величины давле- ния газов для «сухого» атмосферного воздуха при давлении 101 кПа (760 мм рт. ст.). Таблица 14.2 Парциальное давление газов в крови и альвеолярной газовой смеси Газ Венозная кровь Альвеолярный воздух Артериальная кровь о2, мм рт. ст. кПа 40 5,3 102 13,6 96 13,3 со2, мм рт. ст. кПа 46 6,1 40 5.3 39-40 5,3 Анализ выдыхаемой газовой смеси показывает, что различные порции его по процентному соотношению «основных» газов — О2 и СО2— суще- ственно различаются. Состав первых выдыхаемых порций ближе к атмос- ферному, так как это воздух «мертвого пространства». Последние порции приближаются по своему составу к альвеолярному. Показатель парциаль- ного давления газа в альвеолярной смеси обозначается РА. Для определения РаОг и РаСО2 в альвеолярной смеси необходимо вы- честь ту часть давления, которая приходится на пар@ы воды и азот. Учи- тывая это, получается, что уровень РАО2 равен 13,6 кПа (102 мм рт. ст.), РАСО2— 5,3 кПа (40 мм рт. ст.). Для определения интенсивности газообмена организма необходимо кроме парциальных давлений газов знать количество поглощаемого О2 и выделенного СО2. При проведении исследования должны быть соблюде- ны стандартные условия вычисления газового состава атмосферного воз- духа и альвеолярной смеси.
Глава 14, ДЫХАНИЕ_____________________________________________615 Условия STPD'. стандартная температура (Т = 273 К), давление (р = 101 кПа, или 760 мм рт.ст.) и сухой воздух (рШО = 0) (Standart Tempera- ture, Pressure. Dry gas). Условия BTPS (реальные температура и давление в легких и 100% на- сыщение парами воды — Body Temperature. Pressure. Saturated). В легких: Т= 273 + 37 = 310 К; р — соответствует конкретному барометрическому давлению; рНгО равно давлению 100% насыщения воздуха парами воды при 37 °C — 6,3 кПа (47 мм рт. ст.). Если конкретные условия обследования человека отличаются от стан- дартных, тогда требуется внести поправки, преобразующие эти объемы в соответствии с уравнением состояния идеального газа: V- Р = М • Р Т, (14-12) где М—количество газа; Р — универсальная газовая постоянная; Т— абсолютная температура. Для вышеуказанных условий это уравнение имеет вид: VSTPD 760 = М Р 273; Vbtps (Р - 47) = М • Р • 310. После этого можно точно определить соотношение объемов газов, из- меренных в условиях атмосферы и альвеол: VSTPD _ 273 Р-47 _ Р-47 VBTPS ~ 310 ' 760 “ 863 ’ В состоянии покоя взрослый человек поглощает в 1 мин 250-300 мл О2, выделяет 200-250 мл СО2. Газы крови Газовые параметры крови и ее pH, указывая на состояние газообмена в легких, являются одними из наиболее показательных для суждения о на- рушениях дыхательной функции. При этом необходимо помнить, что возрастное снижение эластичной легочной ткани приводит к постепенно- му уменьшению уровня РаО2 (к 70 годам — до 70 мм рт. ст.). 14.4.2. Газообмен между вдыхаемым воздухом и альвеолами Каким же образом происходит обмен кислородом и углекислым газом между воздухом альвеол (ФОЕ) и внешним воздухом? Этот вопрос имеет не только теоретическое, но и практическое значение, так как в клинике нередко наблюдается изменение условий дыхания (отек слизистой, спазм бронхов при астме и т. д.), которые приводят к изменению глубины ды- хания и скорости дыхательных движений. При разветвлении бронхов происходит вначале постепенное, а затем резкое увеличение суммарной площади поперечного сечения воздухонос- ных путей (см. рис. 14.4), что приводит к соответствующему увеличению суммарного объема. Так, до уровня 17-й генерации бронхов объем со- ставляет около 150-170 см3, с 17-й по 19-ю— 200 см3, а с 20-й по 23-ю — 1300 см3. Вследствие указанных обстоятельств скорость струйного тече-
616 Раздел III, МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ния воздуха при вдохе по ходу расширения русла должна неминуемо сни- жаться. Расчеты показывают, что при спокойном дыхании первые порции воздуха достигнут 17-й генерации бронхов за 0,87 с, 20-й — за 2,04 с, а уровня 23-й генерации — лишь за 6,7 с. Но обычно вдох происходит в те- чение 1,5-2 с, вслед за чем сразу наступает выдох. Значит, если бы воздух поступал в альвеолы путем конвекционного тока, он никогда бы не до- стиг альвеол. В легких же, начиная примерно с 17-й генерации бронхиол, к струйно- му поступлению воздуха присоединяется диффузионный способ обмена О2 и СО2. При диффузии движущей силой газообмена является разность парциальных давлений между воздухоносными путями и альвеолами. За счет этого кислород диффундирует в альвеолы, а в противоположном на- правлении поступает углекислота. Форсирование дыхания сопровождает- ся повышением начальной скорости движения струи воздуха и удлинени- ем конвекционного потока до 19-й генерации. В связи с этим 17-19-е ге- нерации бронхиол именуются переходной зоной. К тому же обычно форсирование дыхания сопровождается его учащением, что, естественно, оставляет меньше времени для конвекции. Существенно изменяются усло- вия газообмена между атмосферным воздухом и альвеолярной смесью газов и при снижении амплитуды дыхания. Все воздухоносные пути объ- емом до 1500 мл являются своеобразной буферной зоной между вды- хаемым воздухом и альвеолярной газовой смесью. Верхние ее отделы обмениваются с поступающим воздухом, а прилежащие к альвеолам — с ними. Скорость диффузии газов невелика, но в связи с малым расстоянием вполне достаточна для газообмена. К тому же небольшая скорость диф- фузии является одним из условий поддержания постоянства газового состава альвеолярной газовой смеси вне зависимости от фаз дыхания «вдох — выдох». В норме это постоянство поддерживается достаточно точно соответствующей глубиной и частотой дыхательных движений. Форсирование так же, как и прекращение дыхания, нарушает это посто- янство. Это отражается на газообмене между альвеолами и кровью, в ре- зультате чего изменяется газовый состав оттекающей от легких крови. В свою очередь, градиент парциальных давлений между бронхиолами и альвеолами обеспечивает постоянный газообмен вне зависимости от фаз дыхания. 14.5. ГАЗООБМЕН МЕЖДУ ЛЕГКИМИ И КРОВЬЮ 14.5.1. Гемодинамика легких В легких имеется двойная сеть капилляров. Питание самой ткани лег- ких происходит из сосудов большого круга кровообращения. Эта часть составляет весьма небольшой процент (1-2%) всей крови легких. В норме в сосудах малого круга кровообращения находится 10-12% всей крови, имеющейся в организме. Эти сосуды относятся к системе с низким АД (25-10 мм рт.ст.). Капилляры малого круга кровооб-
Глава 14. ДЫХАНИЕ 617 Взаимоотношение альвеолы с различ- ными сосудами (по Butler) ращения имеют большую площадь поперечного сечения (примерно на 80 % больше, чем в большом круге). Число самих капилляров чрезвычай- но велико, оно лишь немного меньше, чем всех капилляров большого круга кровообращения (8 и 10 млрд соответственно). Для нормального газообмена должно быть адекватное соотношение вентиляции альвеол и кровотока в капиллярах, оплетающих альвеолы. Однако это условие не всегда соблюдается (рис. 14.11). Отдельные участ- ки легких вентилируются и перфузируются не всегда одинаково. Встреча- ются плохо или совсем невентилируемые альвеолы при сохранении кро- вотока и наоборот — хорошо вентилируемые альвеолы при неперфузиру- емых сосудах (рис. 14.12). Соотношение различного типа вентиляции альвеол и кровотока: 1 — адекват- ное; 2 — нормальная вен- тиляция при нарушении кровотока; 3 — нарушение аэрогематического барье- ра; 4 — нарушение венти- ляции при сохраненном кровотоке; 5 — легочная вена; 6 — шунт между большим и малым круга- ми кровообращения; 7— бронх; 8 — вдох; 9 — вы- дох; 10—легочная арте- рия; // — легочная вена
618 Раздел Ш. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Суммарную скорость газопроницаемости аэрогематического барьера характеризует показатель, именуемый диффузионной способностью легких (ДЛ). ДЛ — количество газа, проникающее через легочную мембрану за 1 мин при градиенте давления 1 мм рт. ст. Для кислорода ДЛ составляет 25-30 мл/мин/мм рт. ст. С возрастом так же, как и при ряде патологиче- ских состояний, этот показатель снижается. Это происходит в связи с уменьшением обменной площади альвеол, увеличением диффузионного расстояния при отеке или склерозе межуточного пространства. Одним из следствий малого давления крови является неравномерность перфузии разных отделов легких. Под влиянием сил гравитации у челове- ка, находящегося в вертикальном положении, до верхних отделов легких доходит меньше крови. За счет этого объем негазообменных участков легких увеличивается (рис. 14.13). Для характеристики этих особенностей кроме анатомического (АМП) вводится понятие о физиологическом «мер- твом пространствае» (ФМП) — сумме анатомического и альвеолярного «мертвых пространств». В норме ФМП мало отличается от АМП, а при- рост его при многих видах патологий существенно снижает возможности для газообмена. Особенности вентилируемое™ различных отделов легких можно исследовать с помощью радиоактивного газа (например, |33Хе). После дабавления его во вдыхаемый воздух исследуют распределение уровня радиоактивности над различными отделами легких. Точно по такому же принципу исследуется и равномерность перфузии различных отделов легких кровью, вводя внутривенно раствор, содержащий радиоактив- ный газ. Соотношения кровотока и вентиляции в различных зонах легкир: РлОг— парциаль- ное давление Ог в альвеолах; РсОг— парциаль- ное давление Ог в артериальной крови; Р1О2— парциаль- ное давление Ог в венозной крови
Глава 14. ДЫХАНИЕ 619 Вентиляционно-перфузионные нарушения (WQ) Обычно в целом легком соотношение VIQ составляет около '0,8? При отсутствии альвеолярной вентиляции это соотношение равно 0 и в ре- зультате происходит шунтирование крови справа налево, т. е. смешива- ние венозной крови с артериальной. Эта форма гипоксемии устойчива к оксигенотерапии, и кровь, поступающая от других участков легких, не может компенсировать нарушение оксигенации, поскольку основной но- ситель кислорода — гемоглобин — исчерпал все резервы насыщения. Если в участке легкого нет кровотока, а вентиляция сохранена, то VIQ стремится к бесконечности. С физиологической точки зрения это означа- ет, что вся кровь, содержащая дезоксигенированный гемоглобин, направ- ляется к «мертвому пространству» (проявляется эффект физиологиче- ского «мертвого пространства»). При нарушении VIQ снижение уровня РаО2 выражено в большей мере, чем возрастание РаСО2, так как СО2 через аэрогематический барьер диф- фундирует лучше (см. ниже). Шунтирование кровотока Еще одной особенностью микроциркуляторного русла легких является наличие артериовенозных шунтов. Благодаря прямому соединению арте- риол и венул часть венозной крови из артерий сливается в вены, минуя капилляры, что именуют шунтированием кровотока справа налево. Нали- чие артериовенозных шунтов и неравномерности вентиляции и перфузии Приводит к тому, что и в норме оттекающая от легких кровь имеет не- сколько меньшую величину РаО2, чем при идеальных условиях. Кроме то- го, к крови малого круга примешивается небольшое количество крови большого круга, оттекающей от ткани легкого. Эта порция крови также несколько «разбавляет» артериальную кровь малого круга, поступающую по венам от легких в левое предсердие. Указанное обстоятельство, а также неравномерность вентиляции отделов легких и перфузии их кровью приводит к тому, что даже в норме РаО2 составляет около 95 мм рт. ст. С возрастом данная ситуация усугубляется и уже к 40 годам РаО2 может снизиться до 80 мм рт. ст., а к 70 годам — и до 70 мм рт. ст. 14.5.2. Газообмен через аэрогематический барьер Газообмен в легких человека совершается через огромную площадь (50—90 м2). Толщина аэрогематического барьера 0,4-1,5 мкм. Газы через нее проникают путем диффузии по градиенту парциального давления. У человека, находящегося в состоянии покоя, в притекающей венозной крови Р,.О2 составляет 40 мм рт. ст., а Р,СО2 — около 46 мм рт. ст. Газо- обмен через эту мембрану зависит: - от поверхности, через которую осуществляется диффузия (У); - от толщины мембраны (L); - от градиента давления газов в альвеолах и крови (АР); - от коэффициента диффузии (£); - от состояния мембраны.
620 Раздел Ш. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ (14.13) Коэффициент диффузии зависит от природы газа, температуры и сре- ды,~в' которой происходит диффузия. К примеру, углекислый газ в жид- кости диффундирует в 13000 раз, а кислород в 300000 раз медленнее, чем в газовой среде. Согласно закону диффузионный поток М = к----- L Г азы проходят два слоя клеток (эпителий альвеол и эндотелий капилля- ров) и интерстициальное пространство между ними. Таким образом, на пути каждого газа находится 5 клеточных и 1 основная мембрана, а также 6 водных растворов. К последним относятся: жидкость, покрывающая эпи- телий альвеол, цитоплазма двух клеток легочной мембраны, межклеточная жидкость, плазма крови, цитоплазма эритроцита. Наиболее «трудно про- ходимыми» участками являются мембраны клеток. Скорость прохождения всех указанных сред каждым газом определяется, с одной стороны, гради- ентом парциальных давлений, а с другой — растворимостью газов в липи- дах, составляющих основу мембран, и в воде. Углекислый газ в липидах и воде растворяется в 23 раза более активно, чем кислород. Поэтому, не- смотря на меньший градиент давлений (для СО2 — 6 мм рт. ст., а для Ог — 60 мм рт. ст.), СО2 проникает через легочную мембрану быстрее, чем Ог (рис. 14.14). При прохождении крови по капилляру уровень РО2 в альвео- лах и крови выравнивается через 0,2-0,25 с, а СОг— уже через 0,1 с. В покое у взрослого человека потребление кислорода около 280 мл/мин, а выделяется около 230 мл/мин углекислого газа. Их соотношение составляет дыхательный коэффициент (ДК). В данном случае ДК равен ЛЕГКИЕ Капилляр Вена юо 6,82^ ДК зависит от окисляемого субст- рата (углеводы, жиры или амин- окислоты — см. «Обмен веществ»). Эффективность газообмена в легких зависит и от скорости кровотока. Она такова, что эритроцит проходит по ка- пилляру в течение 0,6-1 с. За это время РлОг и Ра®2 успевают выравняться. Но при чрезмерном увеличении скорости кровотока, например, при интенсивной физической нагрузке эритроцит через легочный капилляр может проскаки- вать быстрее критических (0,2-0,25 с, и тогда насыщение крови кислородом снижается. В покое кровь протекает лишь через 50% капилляров малого круга кровооб- ращения. Раскрытию резервных капил- ляров способствует повышение МОК. К примеру, это происходит при тяже- ,/'Ч'РО2 в крови* I 0 0,25 0,5 0,75 ' Артерия мм рт.ст. 100 - 80 - 60 f. 40 20 - мм рт.ст. 48 - 46 - 44 - 42 • 40 . РСО2 в крови1 40 РО2= 100 РСО2 = 40 • Вена Капилляр веол РО,= 103 СО2“4 О? ICO РО3=40 = 46 Артерия । । | Рис. 14.141_ Временные параметры обмена га- зов при прохождении крови через сосуды малого круга кровообраще- ния PC
Глава 14. ДЫХАНИЕ 621 лой физической работе. Параллельно возрастает и площадь газообмен- ной поверхности, так при интенсивном дыхании улучшается вентилируе- мость легких. Некоторые колебания легочного кровотока наблюдаются и при спокойном дыхании: при вдохе артерии и вены расширяются, а при выдохе — сужаются. Капилляры при вдохе удлиняются, а при выдохе — укорачиваются. Тем самым несколько меняются условия газообмена: при вдохе удлиняется время прохождения эритроцита через капилляр, что улучшает условия поступления кислорода в русло крови. 14.6. ТРАНСПОРТ КИСЛОРОДА КРОВЬЮ Физическая растворимость газов Содержание газа в жидкости в физически растворенном виде зависит от его напряжения (Р) и коэффициента растворимости Бунзена (а), отра- жающего растворимость конкретного газа. Этот коэффициент соответст- вует объему газа (в мл), физически растворяющемуся в I мл жидкости при Р = 760 мм рт. ст. Содержание физически растворенного газа отражает закон Генри —Дальтона: Величина коэффициента Бунзена зависит как от свойств газа, так и от свойств растворителя и температуры. В воде и крови этот коэффициент почти такой же (табл. 14.3) Таблица 14.3 Коэффициент растворимости газов (мл газа в мл растворителя-1 атм-1) Растворитель Температура, °C Газ О2 СО2 № Вода 20 37 0,031 0,024 0,88 0,57 0,016 0,012 Кровь 37 0,024 0,49 0,012 Растворимость газов уменьшается при повышении температуры, но в условиях организма это большой роли не играет. Значение природы газа наглядно проявляется в том, что растворимость кислорода в 20-25 раз ниже, чем углекислого газа. Связывание кислорода гемоглобином Поступающий в кровь кислород вначале растворяется в плазме крови. Исходя из формулы Генри — Дальтона, при РаОг 100 мм рт.ст. каждый миллилитр плазмы будет содержать физически лишь 0,003 мл растворенного кислорода (в 100 мл плазмы растворяется 0,3 мл О2). Хотя растворенного кислорода и немного, но эта его форма играет важную промежуточную роль в газообмене. Растворившийся в плазме крови О2 по градиенту концентрации проникает через мембрану эритроцита и вна- чале растворяется в его цитоплазме. Лишь после этого О2 вступает в сое- динение с Fe2+ гема и образует оксигемоглобин (НЬО2). При этом валент-
622_______________________Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Направленность химических реакций в эритроцитах, находящихся: а — в тканях; б — в капиллярах малого круга ность железа не изменяется. Оксигемоглобин — непрочное соединение, легко распадающееся в тканях. Прямую реакцию именуют оксигенацией, а обратный процесс, совершающийся в тканях,— дезоксигенацией гемо- глобина. Если при соединении О2 с гемоглобином железо становится трехва- лентным, то такой окисленный гем называется метгемоглобином (гемати- ном). Это прочное соединение в крови здорового человека встречается в виде следов, но при некоторых заболеваниях, отравлении рядом ядов скорость окисления гемоглобина резко возрастает. При этом О2 при про- хождении эритроцита через капилляры тканей не отдается, и кровь не вы- полняет газотранспортную функцию. Каждая молекула НЬ способна присоединить четыре молекулы О2, что в пересчете на 1 г НЬ означает 1,34 мл О2. Зная количество гемоглобина крови, легко можно подсчитать кислородную емкость крови (КЕК): КЕК = НЬ • 1,34. Например: 15 г%- 1,34млО2 = 20 мл О2 в 100 мл крови (20 об. %). Учитывая, что те же 100 мл крови содержат лишь 0,3 мл растворенного О2, можно сделать заключение, что основное количество транспортируемого кровью кислорода — химически связанный с гемоглобином. 14.6.1. Ассоциация и диссоциация оксигемоглобина Интенсивность образования оксигемоглобина (ассоциация) обусловле- на парциальным напряжением О2 в крови: чем выше уровень РО2, тем больше образуется НЬО2. Однако зависимость эта не прямо пропорцио- нальная. Она имеет вид S-образной кривой, определять которую удобнее по скорости диссоциации оксигемоглобина (рис. I4.16). S-образный ха- рактер ее во многом связан с тем, что с увеличением количества молекул О2, присоединяющихся к каждой молекуле оксигемоглобина, этот про- цесс протекает активнее (аутокатализ). Так, если при отсутствии кислоро- да в крови (РО2 = 0) оксигемоглобина нет, а при РО2 = 10 мм рт. ст. 10% гемоглобина переходит в оксигемоглобин, то при РО2 = 20 мм рт. ст. НЬО2 — около 30%, а при 40 мм рт. ст. — уже около 80% НЬО2, при 100 мм рт. ст. в крови будет содержаться около 100% оксигемоглобина. Необходимо уделить особое внимание двум участкам кривой: верхней,
Глава 14. ДЫХАНИЕ 623 Кривые диссоциации оксигемоглобина: 1 — в условиях нормы; 2 — при увеличении pH или температуры; 3 — при снижении pH или температуры; 4 — PsoCh идущей почти параллельно оси ординат, и средней — круто па- дающей вниз. Конфигурация первого участка показывает способность гемоглобина ак- тивно захватывать Ог в услови- ях, имеющихся в легких, а вто- рого — легко отдавать его в тканях. Так, в процессе погло- щения О2 кровью в легких уже при РО2 60 мм рт. ст. почти весь гемоглобин может присое- динить кислород (более 90% оксигемоглобина). В смешанной венозной кро- ви, полученной из правого предсердия, при Юг 40 мм рт. ст. остается еще более 70 % оксигемоглобина. При КЕК 20 мл/100 мл это составляет еще около 15 мл/100 мл крови, что создает резерв Ог. Начиная с Юг (Йрмм рт. ст. крйвая~круто опускается вниз. В результате даже небольшое снижение Юг ниже 40 мм рт. ст., что происходит в тканях при их более интенсивной функции, скорость диссоциации оксигемоглоби- на резко увеличивается. Это обеспечивает значительное ускорение поступ- ления кислорода к тканям из прежнего объема крови. Например, при ЛОг, равном 20 мм рт. ст., оксигемоглобина остается лишь 30%. Значит, теперь ткани из каждых 100 мл крови получают уже не 5 мл Ог, как в указанных выше условиях нормы, а около 14 мл, то есть почти в 3 раза больше. Можно сказать, что благодаря такой особенности гемоглобина чело- век получил возможность расширить ареал своего существования: жить высоко в горах, выполнять интенсивную мышечную работу, не всегда умирать от недостатка О2 при снижении уровня гемоглобина крови (анемии), затруднении газообмена через мембрану (например, при пнев- монии). Изменение кривой диссоциации оксигемоглобина Наклон кривой, то есть скорость диссоциации оксигемоглобина в кро- ви человека, в некоторых условиях может изменяться. Скорость диссоци- ации НЬО2 обусловлена химическим сродством гемоглобина к О2 и рядом внешних факторов, меняющих характер кривой. К таким факторам отно- сятся температура, pH, ЮО2, концентрация в эритроците 2,3-ДФГ. Так, при снижении pH кривая сдвигается вправо, что свидетельствует
624 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ об уменьшении сродства НЬ к О2 и активации поступления его в ткани, но при этом ухудшаются условия образования оксигемоглобина в легких. Напротив, при повышении pH увеличивается сродство, и кривая сдвига- ется влево — возрастает поступление кислорода в кровь. Влияние pH на сродство НЬ к С>2 называется эффектом Бора, Эффект Бора при многих состояниях в норме и патологии играет существенную роль в газотранс- портной функции крови. Образование большего количества СО2 в тканях способствует увеличению отдачи О2 за счет снижения сродства НЬ к О2, а выделение СО2 в легких, уменьшая pH крови, напротив, улучшает окси- генацию. Сам СО2 также влияет на кривую диссоциации НЬО2. Причем указанный эффект (Вериго — Бора) обусловлен не только образованием Н2СО3, но и прямым влиянием уровня РО2. При понижении температуры отдача О2 оксигемоглобином замедляет- ся, а рост температуры ускоряет этот процесс. Сдвигу кривой вправо спо- собствует также увеличение концентрации 2,3-ДФГ внутри эритроцитов. В частности, содержание этого вещества увеличивается при анемиях, что улучшает поступление кислорода к тканям и частично компенсирует сни- жение КЕК. Суммарным показателем характера кривой диссоциации является уро- вень Р50: Р50 — такое напряжение О2, при котором насыщение гемоглоби- на кислородом составляет 50%. В норме Р$о артериальной крови при 26 мм рт. ст. Показателем, характеризующим интенсивность использования кисло- рода тканями, является различие уровня НЬО2 в притекающей и оттека- ющей крови (артериовенозная разница, АВР-О2). Примеры вычисления этого показателя приведены выше. Таким образом, практическое отсутствие в организме запасов кислоро- да компенсируется возможностью резкого увеличения использования его из протекающей крови за счет повышения АВР-О2. При интенсивной функции тканей, когда больше образуется СО2, Н+ и растет температура, появляются условия для повышения доставки кислорода клеткам. Отравление угарным газом Оксид углерода (угарный газ, СО) обладает большим сродством к ге- моглобину, чем кислород (примерно в 350 раз). Поэтому даже при очень малых его концентрациях во вдыхаемом воздухе в крови человека об- разуется стойкое соединение карбоксигемоглобин (НЬСО). При этом способность гемоглобина взаимодействовать с кислородом прекращает- ся. Происходит это, с одной стороны, потому, что СО взаимодействует с железом в молекуле гема. С другой стороны, образование карбокси- гемоглобина с частью гемоглобина приводит к сдвигу влево кривой диссоциации «свободных» молекул гемоглобина, что свидетельствует об ухудшении условий образования оксигемоглобина. Диссоциация карбоксигемоглобина происходит очень медленно, поэ- тому при легкой степени отравления больного нужно вынести на воздух, можно использовать также вдыхание кислорода. Однако в тяжелых слу-
Глава 14. ДЫХАНИЕ 625 чаях появляется необходимость в переливании донорских эритроцитов или помещении больного в барокамеру, где в условиях повышенного дав- ления возрастет доля растворенного в крови кислорода (см. ниже). Оксид углерода образуется при неполном сгорании органических ве- ществ, выделяется при работе двигателей внутреннего сгорания. К вечеру в крови у курильщиков доля НЬСО может достигать 20 %. 14.7. ОБМЕН ГАЗОВ В ТКАНЯХ Газообмен в тканях так же, как и газообмен в легких, зависит от пяти основных факторов: - площади диффузии; - градиента напряжения газов между кровью и клетками; - расстояния, которое проходит газ; - коэффициента диффузии; - состояния мембран. Доставка О2 к тканям происходит с помощью кровотока, путем кон- векции. Количество О2, поступившее к органу, можно определить, зная объем кровотока и содержание О2 в приносящей артерии и выносящей вене. Кровоток и АВР-О2 зависят от уровня метаболизма органа: чем ин- тенсивнее обмен веществ, тем больше потребляется кислорода, а значит, и больше АВР-О2. Кислород используется в митохондриях клеток для окисления. Поэто- му самая малая концентрация свободного кислорода имеется вблизи ми- тохондрий. В норме при максимально высокой активности окисления ми- нимальное РО2 около митохондрий не должно быть менее I мм рт. ст. Это — критическое напряжение О2 в митохондриях, ниже которого окис- ление становится невозможным. Обычно около митохондрий РО2 состав- ляет 5-Ю мм рт. ст. В тканевой жидкости у капилляра РО2 находится на уровне 20—40 мм рт. ст., а в притекающей крови — более 70-80 мм рт. ст. Перепад РО2, начинающийся от крови капилляра к митохондриям, обес- печивает процесс диффузии О2 по градиенту концентрации. Естественно, клетки, прилежащие к капилляру, снабжаются О2 лучше. В свою очередь, в самой клетке митохондрии, расположенные ближе к мембране, также получают больше кислорода. Установлено, что уровень РО2 в тканях об- ратно пропорционален квадрату расстояния данной точки до капилляра. Указанная зависимость отчетливо видна на схеме (рис. 14.17). При интенсификации потребления О2 уровень РО2 у митохондрий ста- новится намного ниже Ю мм рт. ст., что способствует ускорению диффу- зии. В свою очередь, снижение уровня РО2 у капилляра ниже 40 мм рт. ст. резко стимулирует диссоциацию оксигемоглобина. В противоположном направлении, начиная от митохондрий, поступает образующийся при окислениц СО2. Обычно в тканях уровень РСО2 около 60 мм рт.ст., у капилляра — около 50 мм рт.ст., а в артериальной кро- ви — 40 мм рт. ст. Поэтому СО2 идет от митохондрий к межклеточной жидкости, а оттуда к кровеносным капиллярам и в кровь.
626 Раздел Ш. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Схема понижения РО2 в тканях на примере модели тканевого капил- ляра. Приведен участок ткани мозга с одним капилляром при условиях: потребность в кислоро- де 91 (С2 мл/г/мм, кровоток равен 0,8 мл/г/мин. РО2 в крови снижа- ется с 90 мм рт.ст. (12,0 кПа) до 28 мм рт. ст. (3,7 кПа). Радиаль- ный градиент РОг, направленный от капилляра к поверхности ци- линдра, около 26 мм рт. ст. (3,5 кПа) (по Крогу) 14.8. ТРАНСПОРТ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА КРОВЬЮ В венозной крови содержится около 580 мл/л СО2. Двуокись углерода в крови находится в трех формах: - связанной в виде угольной кислоты и ее солей, - связанной с гемоглобином, - в растворенном виде. Перемещение двуокиси углерода определяется следующими механиз- мами. В процессах окисления в тканях образуется СО2. Обычно в боль- шинстве тканей уровень РСО2 близок к 50-60 мм рт. ст. В крови, посту- пающей в артериальный конец капилляров, РаСО2 — около 40 мм рт. ст. Наличие градиента заставляет СО2 диффундировать из тканевой жидко- сти к капиллярам. Чем активнее в тканях совершаются процессы окисле- ния, тем больше образуется СО2 и тем выше уровень РтеСО2. Интенсив- ность окисления в различных тканях не одинакова. В оттекающей от большинства тканей венозной крови PVCO2 приближается к 50 мм рт. ст. А, к примеру, в крови, оттекающей от почек, ЛСО2 лишь около 43 мм рт. ст., что обусловлено ролью кровотока в них: здесь кровь выполняет не только трофическую функцию, но и участвует в мочеобразовании. Поэтому в смешанной венозной крови, поступающей в правое предсер- дие, в покое PVCO2 равно 46 мм рт. ст.
Глава 14. ДЫХАНИЕ 627 В жидкостях СО2 растворяется активнее, чем О2. При РСО2, равном 5,3 кПа (40 мм рт. ст.), в 100 мл крови растворено 2,4-2,5 мл' СО2, что со- ставляет около 5% общего количества газа, транспортируемого кровью. Кровь, проходящая через легкие, отдает далеко не весь СО2. Большая часть его в артериальной крови сохраняется, так как образуемые на базе СО2 со- единения участвуют в поддержании кислотно-основного состояния кро- ви — одного из параметров гомеостаза, составляя бикарбонатный буфер. Химически связанный СО2 в крови находится в одной из трех форм: - угольная кислота (Н2СО3); - бикарбонатный ион (НСО3); - карбгемоглобин (ННЬСОг). Проникший в кровь углекислый газ вначале подвергается гидратации с образованием угольной кислоты: СО2 + Н2О ~ Н2СО3. (14.15) Эта реакция в плазме крови протекает медленно. Однако в эритроците, куда СО2 проникает по градиенту концентрации из плазмы, имеется спе- циальный фермент — угольная ангидраза. Карбоангидраза ускоряет про- текание реакции примерно в 10000 раз. Поэтому указанная реакция (14.11) происходит в основном в эритроцитах (см. рис. 14.15). Образовавшаяся в эритроците угольная кислота быстро диссоциирует, чему способствует постоянное ее поступление из тканей: Н2СО3 ~ Н++ HCOj. (14.16) В эритроците при диссоциации угольной кислоты ион Н+ образует комплекс с восстановленным гемоглобином: НЬО2~О2 + НЬ; (14.17) НЬ + Н+~Н + НЬ. (14.18) При накоплении НСО3 в эритроците возникает ионный градиент с плазмой. Возможность выхода НСО3 в плазму определяется следующим условием: выход НСО3 должен сопровождаться одновременным выходом катиона либо поступлением другого аниона. Это необходимо для сохра- нения осмотического и электрохимического равновесия, так как через мембрану эритроцита отрицательные ионы проходят относительно легко, а положительные — плохо. Поэтому чаще всего образование и выход НСО3 из эритроцитов сопровождаются поступлением внутрь клетки С1'.? Это перемещение называют хлоридным сдвигом. В плазме крови ионы НСО3, взаимодействуя с катионами, образуют соли угольной кислоты. В виде солей угольной кислоты транспортирует- ся около 510 мл/л СО2, то есть основное количество. Кроме того, СО2 может связываться с белками крови: частично с бел- ками плазмы, но главным образом с гемоглобином эритроцитов. При этом СО2 взаимодействует с белковой частью гемоглобина — глобином. Гем же, оставаясь свободным, сохраняет возможность гемоглобину нахо- диться одновременно в связи и с О2. Следовательно, одна молекула гемо- глобина может транспортировать как О2, так и СО2. В крови альвеолярных капилляров все процессы идут в противополож-
628 Раздел Ш, МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ном направлении. Главная из химических реакций — дегидратация — со- вершается в эритроцитах с участием той же карбоангидразы: Н++ НСОз - Н2СО3 - Н2О + СО2. (14.19) Направленность реакции определяется непрерывном устранением про- дукта — выходом СО2 из эритроцита в плазму, а из плазмы в альвеолы. В легких в связи с постоянным выделением СО2 происходит и реакция диссоциации карбгемоглобина: ННЬСО2 + О2 ~ ННЬО2 + СО2 ~ НЬО2 + Н+ + СО2. (14.20) В заключение еще раз подчеркнем значение эритроцитов для транспор- та углекислого газа. Оно определяется присутствием в них карбоангидра- зы, ускоряющей как прямую, так и обратную реакции образования уголь- ной кислоты. Причем в капиллярах тканей через эритроцит обязательно должен пройти углекислый газ, а в легких — бикарбонатный ион плазмы. Взаимосвязь транспорта кислорода и углекислого газа кровью Выше указывалось, что форма кривой диссоциации оксигемоглобина зависит от количества СО2 в крови. Это обусловлено тем, что дезоксиге- моглобин является более слабой кислотой, чем оксигемоглобин и может присоединять больше ионов Н+. В результате при уменьшении количест- ва оксигемоглобина повышается степень диссоциации угольной кислоты, | Рис. 14.18 ( РСО2 , мм рт.ст. Кривая содержания СО2 в крови: 1 — дезок- сигенированной; 2 — оксигенированной; точ- ки а и b отражают показатели газообмена у плода а значит, увеличивается содер- жание СО2 в крови. Эта зависи- мость называется эффектом Холдена (рис. 14.18). Взаимосвязь обменов СО2 и О2 четко проявляется в тканях и легких. Оксигенированная кровь поступает к тканям, и в них под влиянием образующегося СО2 усиливается диссоциация гемо- глобина. Поэтому выход О2 в ткани способствует ускорению поглощения СО2 кровью. В лег- ких происходят обратные про- цессы. Поступление О2 снижает сродство крови к СО2 и облегча- ет диффузию его в альвеолы. Это, в свою очередь, повышает ассоциацию гемоглобина с кис- лородом. 14.9. РЕГУЛЯЦИЯ ДЫХАНИЯ Внешнее дыхание — одна из важнейших функций организма. Прекра- щение дыхания влечет за собой неминуемую гибель человека уже через 3-5 мин. Запасы кислорода в организме очень незначительны, поэтому
Глава 14. ДЫХАНИЕ 629 необходимо его постоянное поступление через систему внешнего дыха- ния. Указанное обстоятельство объясняет формирование в процессе эво- люции такого механизма регуляции, который должен обеспечивать высо- кую надежность выполнения дыхательных движений. В основе деятельно- сти системы регуляции дыхания лежит поддержание константного уровня таких показателей организма, как РСО2, РО2 и pH. Основным принципом регуляции является принцип саморегуляции: отклонение вышеуказанных показателей от нормального уровня немедленно вызывает цепь процес- сов, направленных на их восстановление. Кроме того, дыхание участвует в речеобразовании, в выражении эмо- ций (смех), а также взаимосвязано с рядом других функций организма (пищеварение, терморегуляция и т. п.). В системе регуляции дыхания можно выделить внутренние и внешние звенья саморегуляции. Внутренние звенья связаны с состоянием крови (буферные свойства, содержание гемоглобина) и сердечно-сосудистой си- стемы. Внешние звенья связаны с механизмами внешнего дыхания. Регу- лируемыми параметрами системы внешнего дыхания являются глубина и частота дыхательных движений. Основным регулируемым объектом являются дыхательные мышцы, от- носящиеся к скелетной мускулатуре. Кроме них к объекту регуляции дыха- ния должны быть отнесены гладкие мышцы глотки, трахеи и бронхов, влияющие на состояние дыхательных путей. Транспорт газов кровью и га- зообмен в тканях осуществляют образования сердечно-сосудистой систе- мы, о регуляции функции которой речь шла в соответствующем разделе. Дыхание регулируется рефлекторным путем, включающим три состав- ных элемента: - рецепторы, воспринимающие информацию, и афферентные пути, пе- редающие ее нервным центрам; - нервные центры; - эффекторы — пути передачи команд от центров и сами регулируемые объекты. 14.9.1. Дыхательный центр Дыхательный центр расположен в области ствола мозга. Он состоит из нескольких отделов, именуемых нередко отдельными дыхательными цен- трами. В обеих половинах продолговатого мозга имеется не менее двух скоп- лений нейронов, проявляющих свою активность в момент совершения вдоха либо выдоха — дорсальное и вентральное ядра (рис. 14.19). Если возбуждение нейронов совпадает с вдохом, то такие нейроны относят к инспираторным, если с выдохом — к экспираторным. Нейроны этих ядер широко контактируют с ретикулярной формацией ствола, через которую к дыхательному центру поступают афферентные сигналы от перифериче- ских рецепторов. До сих пор отсутствует единая теория функционирования и строения дыхательного центра, поэтому ниже излагается лищь одна из гипотез.
630 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Схема локализации дыхатель- ного центра в стволе мозга: 1 — дорсальное ядро; 2 — вентральное ядро; 3—апней- стический центр (?); 4 — пнев- мотаксический центр; 5 — мост вая возбуждение друг другу Выявлено около 6 типов нейронов, для каждого из которых характерен свой рису- нок разрядов, зависимости от фазы дыхания, но в предлагаемой ниже схеме для удобства изложения количество гу< несколько ограни- чено. Дорсальное ядро входит в состав серого ве- щества, окружающего одиночный пучок. Это ядро содержит нейроны, возбуждающи- еся при инспирации (2). В нем можно выде- лить два основных типа нейронов: - Ia-нейроны (возбуждаются только при вдохе); - Ip-нейроны (возбуждаются одновремен- но с 1а и при паузе последних). Ia-нейроны являются типичными инспи- раторными нейронами. Нервные импульсы от них передаются на мотонейроны диаф- рагмы, расположенные в спинном мозге (3-й и 4-й шейные сегменты). Одновременно с этим возбуждение la-нейронов передается к Ip-нейронам. Однако эти нейроны не пере- дают свои импульсы к мотонейронам диаф- рагмы, их возбуждение приводит к торможе- нию активности инспираторных 1а-ней- ронов. В дорсальном ядре кроме описанных имеются и другие группы инспираторных нейронов, каждая из которых разряжается в строго определенной фазе дыхания, переда- как по эстафете. Например, ранние инспира- торные нейроны возбуждаются только в начале вдоха, другие — в его конце и т. п. Группа нейронов, относимых к расположенному на 4-6 мм кпереди и латеральнее предыдущих вентральному ядру, имеет большую протяжен- ность: от каудального края лицевого нерва до 1-го шейного сегмента спин- ного мозга. Оно включает в себя и обоюдное ядро, в котором располага- ются мотонейроны мышц гортани и глотки. Верхняя часть вентрального ядра содержит инспираторные нейроны, а нижняя — экспираторные. Исхо- дя из этого, вентральное ядро можно подразделить на два отдела: инспира- торный и экспираторный. Большая часть нервных волокон этих ядер идет в грудные сегменты спинного мозга к мотонейронам межреберных мышц и мышц живота (соответственно к мышцам вдоха или выдоха). Лишь 20- 25 % волокон разветвляется в области диафрагмальных ядер. Часть нейро- нов этого центра разряжается во время дыхательных пауз.
Глава 14. ДЫХАНИЕ 631 Кроме вышеуказанных бульбарных центров, в передней части моста, сразу за четверохолмием, обнаружено еще одно ядро, участвующее в ре- гуляции дыхания. Это ядро носит название тевмотаксический центр.' Некоторые авторы полагают, что в нижних отделах варолиева моста расположен еще один — атеистический центр. Если перерезку произве- сти, отделив пневмотаксический центр и оставив бульбарный и апнейсти- ческий, то у животных можно наблюдать продолжительные судорожные вдохи, прерываемые короткими выдохами. Вероятно, импульсация ап- нейстического центра возбуждает la-нейроны дорсального ядра. До сих пор не ясно, выполняет ли указанное ядро какую-нибудь физиологиче- скую функцию, но при некоторых заболеваниях у больных может возни- кать апнейстическое дыхание. 14.9.2. Рецепторы Рецепторы, участвующие в рефлекторной регуляции дыхания, имеются в легких, кровеносных сосудах, головном мозге. По механизму возбужде- ния они являются механо- и хеморецепторами. Хеморецепторы Центральные хеморецепторы У вентральной поверхности продолговатого мозга около выхода IX и X пар черепно-мозговых нервов на глубине 200-400 мкм расположены центральные хеморецепторьь Нахождение их в мозге можно объяснить необходимостью контроля за снабжением О2 нейронов ЦНС, так как при недостатке О2 быстрее всех погибают именно клетки ЦНС. Ведущим фак- тором раздражения этих рецепторов является концентрация Н+. Цент- ральные хеморецепторы омываются внеклеточной жидкостью, состав ко- торой определяется метаболизмом окружающих нейронов и местным кровотоком. Кроме того, состав межклеточной жидкости во многом зави- сит от состава СМЖ. Спинномозговая жидкость отделена от крови гематоэнцефалическим барьером. Образующие его структуры слабо проницаемы для ионов Н+ и НСОз, но легко пропускают нейтральный СО2. В результате при повыше- нии в крови содержания СО2 он диффундирует в СМЖ. Это ведет к об- разованию в ней нестойкой угольной кислоты, продукты которой стиму- лируют центральные хеморецепторы. Нужно учесть, что в норме pH СМЖ несколько ниже, чем крови — 7,32. Кроме того, в связи с меньшим содержанием белков буферная емкость СМЖ также ниже, чем крови. По- этому в СМЖ при повышении уровня РСО2 pH сдвигается быстрее. Центральные хеморецепторы оказывают мощное влияние на деятель- ность дыхательного центра. Они стимулируют инспираторные и экспира- торные нейроны, усиливая^как вдох, так и выдох. Поэтому, например, при снижении pH СМЖ лишь на 0,01 вентиляция легких увеличивается на 4 л/мин.
632 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Периферические хеморецепторы Периферические хеморецепторы находятся в каротидных тельцах, рас- положенных в области бифуркации общих сонных артерий, и в аорталь- ных тельцах, находящихся на верхней и нцрсней поверхностях дуги аорты. Наибольшее значение для регуляции дыхания имеют каротидные тельца, контролирующие газовый состав поступающей к мозгу крови. Обычно хеморецепторы реагируют на увеличение концентрации регу- лируемого вещества. Уникальной особенностью рецепторных клеток каротидного синуса является их высокая чувствительность к уменьшению РаОг- Причем рецепторы реагируют на отклонение параметров PaOi в очень широких пределах, начиная уже примерно с 500 мм рт. ст.: чем ниже Р<?02 в крови, омывающей рецепторы, тем больше частота импуль- сов в идущих от них нервах Геринга. В основе рецепции лежит то, что каротидное тельце имеет собственное интенсивное кровоснабжение (до 20 мл/мин/г). Но так как О2 в них используется мало, то АВР-О2 не- большая. Полагают, что механизм раздражения рецепторных клеток при недостатке О2 связан с их собственным метаболизмом и при малейшем снижении РДО2 появляются недоокисленные продукты обмена, которые и раздражают рецептор. Импульсация от каротидных хеморецепторов достигает инспиратор- ных нейронов продолговатого мозга и задерживает выключение вдоха, то есть углубляет дыхание. Рефлексы, приводящие к изменению активности дыхания, возникают при уменьшении РДО2 ниже 100 мм рт.ст. Причем изменение дыхания при раздражении рецепторов каротидного синуса на- ступает чрезвычайно быстро, его можно обнаружить даже в ходе одного глубокого дыхательного цикла при относительно небольших колебаниях концентрации газов в крови. Возбуждаются эти рецепторы также при снижении pH или повышении р„СО2. Гипоксия и гиперкапния взаимно усиливают импульсацию от этих рецепторов. Меньшее значение в регуляции дыхания принадлежит аортальным хе- морецепторам, которые более заметную роль играют в регуляции крово- обращения. Рецепторы легких и дыхательных путей Рецепторы легких относятся к механо- и хеморецепторам. Рецепторы растяжения легких В гладких мышцах воздухоносных путей, начиная от трахеи и кончая бронхами, находятся рецепторы растяжения легких. В каждом легком имеется до 1000 рецепторов. Различают несколько типов рецепторов, реагирующих на разную сте- пень растяжения легкого. Около половины всех рецепторов возбуждается только при глубоком вдохе. Это высокопороговые рецепторы. Низкопо- роговые рецепторы возбуждаются и при малом объеме легких, то есть не только при вдохе, но и при выдохе, хотя при вдохе частота импульсации
Глава 14. ДЫХАНИЕ 633 от этих рецепторов возрастает. Механизм раздражения рецепторов за- ключается в следующем. Мелкие бронхи растягиваются эластической тя- гой, возникающей в альвеолах: чем больше расширяются альвеолы, тем сильнее растяжение структурно связанных с ними воздухоносных путей. Крупные воздухоносные пути структурно не связаны с легочной тканью и растягиваются «отрицательностью давления» в плевральной полости. Рецепторы растяжения относятся к медленно адаптирующимся, и прй длительной задержке легких в положении вдоха частота импульсов от них убывает медленно. Но нужно иметь в виду, что чувствительность этих рецепторов не постоянна. Например, при бронхиальной астме за счет спазма бронхиол возбудимость рецепторов растет. Поэтому рефлекс с них начинается при меньшем растяжении легких. Состав воздуха, нахо- дящегося в легких, также влияет на чувствительность рецепторов. При увеличении СОг в воздухоносных путях или артериальной крови, омыва- ющей их, импульсация с рецепторов растяжения уменьшается. Этим объ- ясняется факт снижения ограничения одышки при повышении образова- ния углекислого газа, благодаря чему увеличивается выведение его из ор- ганизма. Такой модулирующий эффект наблюдается и при изменении температуры вдыхаемого воздуха: снижение ее уменьшает, а повышение, напротив, увеличивает частоту импульсации при растяжении легких. От рецепторов растяжения легких большая часть афферентных им- пульсов направляется в дорсальное ядро бульбарного отдела дыхательно- го центра, где активирует ip-нейроны, которые, тормозя активность 1а- нейронов, останавливают вдох. Но такая реакция наблюдается лишь при высокой частоте посылаемых импульсов на высоте вдоха. При низкой ча- стоте импульсов рецепторы растяжения, наоборот, удлиняют вдох и уко- рачивают выдох. Предполагают, что относительно редкие разряды, по- ступающие от рецепторов растяжения во время выдоха, способствуют на- ступлению следующего вдоха. Биологическое значение влияния СО2 на активность рецепции заключается в углублении дыхательных движений при увеличении концентрации его в крови. Ирритантные рецепторы В эпителиальном и субэпителиальном слоях всех воздухоносных путей располагаются ирритантные рецепторы. Особенно много их в области корней легких. Импульсы от этих рецепторов идут по миелиновым волок- нам блуждающих нервов. Ирритантные рецепторы обладают одновре- менно свойствами механо- и хеморецепторов. Они относятся к быстро адаптирующимся рецепторам, импульсы в которых возникают только на короткое время. Как механорецепторы они раздражаются лишь при вы- раженном увеличении или уменьшении объема легких. Раздражителями этих рецепторов являются также едкие газы, холод- ный воздух, пыль, табачный дым, биологически активные соединения, образующиеся в легких (например, гистамин). Раздражение ирритантных рецепторов вызывает у человека такие неприятные ощущения, как перше- ние, жжение, кашель. За счет наступления более раннего вдоха их импуль-
634 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ сы могут укорачивать выдох. Полагают, что возникающие у спокойно дышащего человека глубокие «вздохи» (в среднем 3 раза в час) также обусловлены рефлексами с ирритантных рецепторов. Ко времени наступ- ления «вздоха» нарушается равномерность вентиляции легких, и часть альвеол начинает спадаться. Результатом возникшего раздражения ирри- тантных рецепторов является углубление одного из очередных вдохов, что расправляет спадающиеся участки легких. Раздражение ирритантных рецепторов через блуждающий нерв может вызвать также и рефлекторное сокращение гладких мышц бронхов. К при- меру, этот рефлекс лежит в основе бронхоспазма при возбуждении рецеп- торов гистамином, образующимся при бронхиальной астме. А физиоло- гическое значение указанного рефлекса заключается в том, что при вды- хании токсических веществ сужение просвета бронхов, снижая вентиля- цию альвеол, уменьшает поступление этих веществ в альвеолы и кровь. J-рецепторы (юкстамедуллярные рецепторы) J-рецепторы называются так потому, что залегают в стенках альвеол около капилляров. Раздражаются они при поступлении^иологически ак- тивных веществ в сосуды малого круга кровообращения, а' также^рри уве- личении объема интерстициальной жидкости легочной ткани. Импульсы от них идут в продолговатый мозг по немиелинизированным волокнам блуждающего нерва. У здорового человека J-рецепторы находятся в со- стоянии слабого тонического возбуждения. Усиление импульсации при- водит к частому поверхностному дыханию. Возможно, что они вместе с ирритантными рецепторами вызывают одышку при отеке легких. Роль их в регуляции дыхания у здорового человека неизвестна. На дыхание влия- ют импульсы еще от нескольких типов рецепторов. Рецепторы плевры Рецепторы плевры являются как механорецепторами (рецепторами растяжения), так и хеморецепторами. Они играют определенную роль в изменении характера дыхания при нарушении гладкости листков плевры. Одновременно возникает ощущение боли, что преимущественно связано с рецепторами париентального листка плевры. Рецепторы носовой полости и верхних дыхательных путей Эти рецепторы реагируют на механические и химические раздражите- ли. Они подобны ирритантным рецепторам легких. Их раздражение при- водит к чиханию, кашлю и сужению бронхов. Рецепторы дыхательных мышц Мышечные веретена дыхательных мышц (межреберных и мышц стенок живота), являющихся типичными скелетными мышцами, возбуждаются как при растяжении мышц, так и по принципу гамма-петли. Рефлекторные дуги с этих рецепторов замыкаются на уровне соответствующих сегментов спинного мозга и ствола. Физиологическое значение этих рефлексов за- ключается в том, что при затруднении дыхательных движений автоматиче- ски усиливается сила сокращения мышц. Сопротивление дыханию возра-
Глава 14. ДЫХАНИЕ 635 стает, например, при уменьшении растяжимости легких, бронхоспазме, на- бухании слизистой, внешнем сопротивлении расширению грудной клетки. В условиях обычного дыхания проприорецепторы дыхательных мышц су- щественной роли не играют. Однако их влияние легко обнаружить при ин- тенсивном сдавливании грудной клетки, при котором они выключают вдох. В диафрагме находится очень мало (10^30) проприорецепторов, поэ- тому они не имеют существенного значения в регуляции дыхания. (Вполне вероятно, что фактическое отсутствие этих рецепторов в диафрагме объяс- няется тем, что эта мышца выключается из дыхания при беременности. Иначе ее рефлекторные сокращения препятствовали бы полноценному вы- нашиванию плода.) Рецепторы суставов и •недыхательных» скелетных мышц Эти рецепторы играют определенную роль в поддержании рефлектор- ной одышки при физической нагрузке. Болевые и температурные рецепторы Болевые и температурные рецепторы также могут оказывать рефлек- торное влияние на характер дыхания. Боль часто приводит к начальной задержке дыхания и последующей одышке. Гипервентиляция может воз- никнуть и при раздражении температурных рецепторов кожи. В результа- те увеличивается частота дыхания при уменьшении его глубины, что, по- вышая вентиляцию «мертвого пространства», способствует выведению излишка тепла. 14.9.3. Функционирование дыхательного центра Межнейронное взаимодействие в бульбарном отделе дыхательного центра Главной особенностью дыхательного центра является периодичность, при которой возбуждение нейронов попеременно сменяется их торможе- нием. В основе периодической активности лежит функция бульбарного отдела. В свою очередь, в нем решающая роль принадлежит нейронам дор- сального ядра. Полагают, что своеобразным «водителем ритма» являются la-нейроны. От них возбуждение распространяется к трем отделам ЦНС: - к мотонейронам шейного отдела спинного мозга; - к инспираторным нейронам вентрального ядра; - к ip-нейронам, расположенным здесь же, в дорсальном ядре. Функция ip-нейронов заключается в торможении la-нейронов путем обратной связи. Однако для «выключения» la-нейронов необходимо, что- бы уровень возбуждения ip-нейронов достиг определенного критического предела. Влияние других отделов ЦНС на бульбарный дыхательный центр Возбуждение к бульбарному отделу поступает от многих образований ЦНС, в том числе и от пневмотаксического центра. Так, если перерезать ствол мозга, отделив варолиев мост от продолговатого, то у животного сни- жается частота дыхательных движений. Причем более продолжительными
636 Раздел Ш. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ становятся обе фазы — вдох и выдох. Пневмотаксический и бульбарные центры имеют двусторонние связи, с помощью которых пневмотаксический центр ускоряет наступление следующих инспираций и экспираций. На активность нейронов дыхательных центров оказывают влияние и другие отделы ЦНС, такие, как центр регуляции сердечно-сосудистой си- стемы, ретикулярная формация, лимбическая система, гипоталамус, кора больших полушарий. Например, характер дыхания изменяется при эмо- циях. Скелетные мышцы, участвующие в осуществлении дыхания, часто вы- полняют и другие движения. Да и само дыхание, его глубина и частота, может быть изменено сознательно, что свидетельствует о наличии прямых связей дыхательного центра и коры больших полушарий. Эти связи согласовывают дыхание с выполнением рабочих движений, речевой функцией человека. Механизм периодичной активности дыхательного центра Дыхание является вегетативной функцией, а выполняется скелетными мышцами. Поэтому механизмы регуляции его имеют черты, характерные для регуляции как вегетативных органов, так и функции скелетной муску- латуры. Необходимость осуществления постоянного дыхания обеспечива- ется непроизвольной, автоматической активностью дыхательного центра. Однако в силу того, что дыхательные движения выполняют скелетные мышцы, возможно и произвольное изменение характера дыхания, обус- ловленное воздействием коры больших полушарий на дыхательный центр. Если во внутренних органах (сердце, кишечник) автоматия обусловле- на лишь свойствами водителей ритма, то в дыхательном центре периоди- ческая деятельность определяется более сложными механизмами. Здесь она обусловлена: - согласованным сопряжением активности различных отделов самого дыхательного центра; - поступлением импульсов от рецепторов; - поступлением сигналов от других отделов ЦНС, вплоть до коры. Однако бульбарный отдел дыхательного центра все же обладает и соб- ственной пейсмекерной автивностью, хотя она и не столь выражена, как в вышеуказанных органах с полноценным автоматизмом. Так, при пол- ном отделении бульбарного отдела дыхательного центра в нем можно зарегистрировать вспышки активности с частотой, намного меньшей, чем в естественных условиях целостного организма. Кроме того, нужно учитывать, что дыхание в покое и форсированное дыхание по количеству участвующих мышц существенно различаются. Это отличие во многом определяется уровнем вовлечения вентрального отдела бульбарного дыхательного центра, в котором имеются инспира- торные и экспираторные нейроны. При дыхании в состоянии покоя эти нейроны проявляют относительно малую активность, но при выполнении глубокого дыхания их роль резко возрастает.
Глава 14. ДЫХАНИЕ 637 Регуляция дыхания в состоянии покоя В условиях покоя основной задачей дыхательного центра является воз- буждение мотонейронов инспираторных мышц (диафрагмы и, в меньшей степени, межреберных), производящих спокойный вдох. Прекращение возбуждения их приводит к пассивному выдоху. Эту задачу выполняют нейроны дорсального> ядра. В нем возбуждение начинается с активации 1^нейронов. Механизм этой активности еще мало понятен. По мере уг- лубления вдоха возрастает частота импульсации и увеличивается количе- ство активированных нейронов. Они прямо возбуждают мотонейроны диафрагмы и опосредованно через инспираторные нейроны вентрального ядра — мотонейроны межреберных мышц. Но одновременно импульсы поступают также и к ip-нейронам этого же ядра. По мере развития инспирации все большее количество ip-нейро- нов оказывается возбужденными. В активации этих нейронов четко выра- жено явление суммации. В суммации возбуждения принимают участие также афферентные импульсы от рецепторов растяжения легких и нейро- нов пневмотаксического центра. Суммирование возбуждения 1Р-нейронов приводит к достижению порогового уровня, и торможению 1а-нейронов. В результате вдох обрывается, и этого оказывается достаточно для после- дующего пассивного выдоха. Особенности регуляции глубокого дыхания Смена вдоха на выдох при форсированном дыхании осуществляется при более активном участии пневмотаксического центра, других нейро- нов ЦНС. Возрастает также значение афферентной импульсации от раз- личных механо- и хеморецепторов. Результатом усиленной афферентации является активное подключение структур вентрального ядра с его инспи- раторными и экспираторными нейронами. При этом вдох начинается также с возбуждения la-нейронов дорсального ядра, которые стимулиру- ют инспираторные нейроны вентрального ядра более активно, что и обес- печивает вовлечение вспомогательных мышц для усиления вдоха. Начало выдоха при форсированном дыхании определяется также вы- ключением la-нейронов по описанному выше механизму влияния 1р-ней- ронов. Торможение la-нейронов приводит к прекращению возбуждающе- го влияния на инспираторные нейроны вентрального ядра. Существенно то, что в вентральном ядре пока возбуждены инспираторные нейроны, за- торможены экспираторные нейроны, несмотря на поступление к ним им- йульсов от различных рецепторов. И когда это торможение исчезает, то возбуждаются экспираторные нейроны. Они, в свою очередь, посылают теперь импульсы в спинной мозг к мотонейронам мышц выдоха. Совер- шается активный выдох. В условиях форсированного дыхания кроме обеспечения организма О2 возникает необходимость поддерживать гомеостатические параметры кислотно-основного состояния крови, так как при одышке активно выво-
638 Раздел III; МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ дится СО2. Поэтому наибольшее значение приобретают импульсы от раз- личных хеморецепторов. Они становятся основными регуляторами актив- ности дыхательных нейронов, тоЧно приспосабливая интенсивность ды- хания к конкретным потребностям организма. Кроме того, при форсированном дыхании, как правило, возникает осоз- нание одышки. Основным источником импульсов, приводящих в ЦНС к ощущению одышки, являются проприорецепторы межреберных мышц. Импульсы от них, помимо дыхательного центра, поступают к лимбическим структурам, где и служат основой зарождения отрицательных эмоций, со- провождающих ощущение одышки. Непосредственное осознание одышки обусловлено поступлением афферентации в кору больших полушарий. Глубокое дыхание сопровождается существенными функциональными изменениями во многих звеньях системы транспорта газов. Так, за счет роста активной дыхательной поверхности увеличивается диффузия газов в легких, а гипервентиляция альвеол может приводить к росту PjO2, что при снижении Р,.О2 обусловливает существенное увеличение градиента давления газов. Соответствующие изменения возникают и в системе кро- вообращения (см. гл. 13). Особенности регуляции дыхания в измененных условиях Проводя сравнительно простые исследования на человеке или живот- ных, можно легко обнаружить влияние раздражения различных рецепто- ров на ритмику дыхательного центра. Так, при искусственном раздувании легких тормозится вдох, а уменьшение объема легких приведет к углублен- ному выдоху. Эти рефлексы именуются рефлексами Геринга — Брейера. Ре- флексы начинаются с рецепторов растяжения легких, откуда импульсы по блуждающим нервам поступают в отделы дыхательного центра (соответ- ственно к 1а- или ip-нейронам). В состоянии покоя рефлексы Геринга — Брейера участвуют в обеспечении дыхательной периодики, по-видимому, лишь у новорожденных. У взрослых они вмешиваются в проявление рит- мики лишь при форсированном дыхании, когда ДО становится выше 10 л/мин. Важнейшим регулятором дыхательной периодики при форсированном дыхании являются рефлексы с центральных и каротидных хеморецепто- ров. В этом легко убедиться, задержав дыхание либо, напротив, произве- дя гипервентиляцию. Так, после произвольной гипервентиляции, приво- дящей к ускоренному выведению СО2 и уменьшению Р„СО2, возбуди- мость дыхательного центра на некоторое время ослабевает, и дышать «не хочется». Задержка выведения СО2 из крови, напротив, вызывает гипер- вентиляцию. Количественную зависимость легочной вентиляции от уровня РаСО2 можно выявить в опытах с дыханием специальными газовыми смесями. К примеру, если дышать газовой смесью, 7% которой составляет СО2 и 93 % — О2, и тем самым поддерживать высокое РаО2, то можно нарушить условия выведения СО2 (в норме в альвеолярном воздухе концентрация СО2— 5,3%). Было показано, что при повышении РаСО2 на каждые 1 мм
Глава 14, ДЫХАНИЕ 639 Порциояыю* давление кислорода, мм/жвк Рис. 14.20 [ висимость атмосферного давления и парциального дав- ния О2 от высоты: 1 — высота, на которой большинст- неакклиматизированных людей теряет сознание от не- статка Ог; 2— наибольшая высота постоянных поселе- й человека; 3 — наибольшая высота, на которой аккли- тизированные люди могут выживать несколько часов и дыхании атмосферным воздухом; 4—наибольшая 1сота, доступная для людей при дыхании чистым Ог рт. ст. вентиляция увеличивается на 2-3 л/мин. При изменении состава га- зовых смесей было установлено, что увеличение парциального давления углекислого газа стимулирует дыхание лишь на первом этапе возрастания его в крови. Когда концентрация СО2 во вдыхаемом воздухе резко возра- стает и становится выше 7 %, функция дыхательного центра нарушается. К тому же вообще чувствительность дыхательного центра к СО2 не по- стоянна. Вентиляторная реакция на рост РСО2 ослабевает во время сна, а также у пожилых людей. Например, у ныряльщиков после длительных тренировок чувствительность к СО2 снижается, благодаря чему они могут в течение длительного времени находиться под водой. Понижают чувст- вительность дыхательного центра и многие лекарственные препараты, на- пример морфий, барбитураты. Влияние уменьшения Pa&i m. дыхание можно исследовать при дыхании газовыми смесями с пониженным содержанием Ог. При дыхании смесью, содержащей уменьшающуюся концентрацию Ог, при нормальном (для аль- веол) уровне СОг (около 36 мм рт. ст.), можно определить реакцию дыхания на одну лишь гипо- ксию (рис. 14.20). Было показано, что чувствительность к пониженному РаОг более низкая, чем к увеличению РаСОг: существенное возра- стание вентиляции начинается, когда Л,Ог становится ни- же 50 мм рт. ст. Если на фоне по- ниженного содержа- ния Ог в газовую смесь добавить СОг в концентрации, обеспечивающей за- держку его в орга- низме, то гипервен- тиляция резко возра- стает. В этой ситуа- ции наблюдается эф- фект нелинейного синергизма (потен- цирования) действия двух стимуляторов, когда суммарный эффект больше, чем при простом сложе-
640 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ * нии влияния каждого из них. С таким сочетанным влиянием врачу прихо- дится сталкиваться, когда у больного затруднено как поступление Ог, так и выделение СОг (например, при тяжелой пневмонии). Регуляция дыхания при мышечной работе Мышечная работа является наиболее часто встречающейся естествен- ной нагрузкой, предъявляющей повышенные требования к системе транс- порта газов. Резкий рост использования О2 для обеспечения энергией сокращающихся мышц приводит к активации всех звеньев цепи транс- порта О2. Естественность и повторяемость мышечной работы в процессе фило- и онтогенеза привели к врожденно закрепленному формированию рефлекторных взаимосвязей между сокращающимися мышцами и дыха- тельным центром. Причем одышка может развиться заранее, еще перед выполнением работы, то есть условно-рефлекторно. Интенсификация дыхания происходит в связи с тем, что включается несколько механизмов регуляции. Возбуждение, зародившееся в мотор- ных центрах ЦНС, спускаясь по пирамидному тракту, через коллатерали, активирует нейроны дыхательного центра ствола мозга. Это возбуждение поддерживается афферентными импульсами, идущими от проприорецеп- торов сокращающихся мышц, суставов. Однако при выполнении мышеч- ной работы точность гипервентиляции, соответствие ее конкретным усло- виям адекватного снабжения газами крови, обеспечивается хеморецепто- рами, контролирующими уровень РаО2, РаСО2 и pH крови. При этом чув- ствительность дыхательного центра и хеморецепторов к гуморальным раздражителям может изменяться. Например, под влиянием выделяюще- гося во время работы адреналина происходит сужение собственной арте- рии каротидного тельца. Снижение кровотока повышает импульсацию его рецепторов. Дыхание в горах При подъеме в горы, в связи с падением барометрического давления, развивается гипоксия. Так, на высоте 5000 м РО2 составляет лишь 70 мм рт.ст., а на вершине Джомолунгмы (около 9000 м) — 47 мм рт.ст. Сни- жение парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе приводит к еще более низкому уровню его в альвеолах и оттекающей крови. Важ- нейшей компенсаторной реакцией на гипоксию является гипервенти- ляция. В основе ее возникновения в начале действия гипоксии лежит суммарное раздражение хеморецепторов низким уровнем РО2 и поступа- ющими из тканей кислыми продуктами. Недостаточная оксигенация тка- ней развивается в основном при падении РаО2 ниже 60 мм рт. ст., когда начинается существенное уменьшение количества оксигемоглобина в ар- териальной крови. При этом гипоксия возникает без сопутствующей гиперкапнии. Напро- тив, при форсированном дыхании наряду с увеличением поступления кис- лорода в альвеолы растет выведение углекислого газа. Падение РаСОг при- водит к уменьшению в крови одного из основных раздражителей хеморе-
Глава 14. ДЫХАНИЕ 641 цепторов. Поэтому после первоначальной значительной гипервентиляции в последующем одышка держится на уровне, оптимальном для поступления максимально возможного количества Ог и сохранения СО2 в крови. При длительном пребывании в горах во всех звеньях системы транс- порта газов развиваются адаптационные изменения, благодаря которым напряженность функционирования системы внешнего дыхания несколько снижается. Так, за счет повышения концентрации эритроцитов и гемогло- бина увеличивается КЕК. Одновременно с этим в эритроцитах возрастает уровень 2,3-ДФГ, что обеспечивает лучшую отдачу Ог в тканях (за счет сдвига кривой диссоциации оксигемоглобина вправо). Несмотря на уве- личение КЕК, содержание оксигемоглобина в артериальной крови оста- ется все же меньше, чем в условиях равнины. Но так как в венозной крови оксигемоглобина остается значительно меньше, то поступление кислоро- да в ткани может и не страдать. Соответствующим образом перестраива- ется и функция сердечно-сосудистой системы: гипертрофируется левый желудочек вследствие чего растет УО, то есть увеличиваются функцио- нальные резервы и этого звена системы транспорта газов. 14.10. ГАЗООБМЕН ПЛОДА И ДЫХАНИЕ НОВОРОЖДЕННЫХ Газообмен плода происходит через плаценту. Толщина барьера, отде- ляющего кровь матери и плода, составляет около 3,5 мкм. Он состоит из трех слоев клеток. Материнская кровь из маточных артерий поступает в межворсинчатые лакуны. В свою очередь, подходящая к плаценте по пу- почным артериям кровь плода достигает межворсинчатого пространства, где широко разветвляются капиллярные петли. В материнской крови РО2 относительно невысокое (это уже смешанная кровь), и поэтому в оттекающей к плоду по пупочной вене крови РО2 со- ставляет около 60 мм рт. ст. Однако относи- тельно низкое РО2 в крови плода компенси- руется повышенным сродством фетального гемоглобина (FHb) к кислороду (рис. 14.21). Содержание оксигемогло- бина в крови матери и пло- да в период рождения: при плацентарном газообмене содержание оксигемогло- бина снижается с верхних точек (A, D) в артериаль- ной крови до нижних (В, С) в венозной
642 Раздел Ш. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Это, наряду с высоким уровнем эритроцитов, создает вполне достаточ- ную кислородную емкость крови (до 16—19 об. %). Кроме того, благодаря особенностям кровообращения у плода, к таким важнейшим органам, как головной мозг, печень, сердце, поступает относительно высокооксигени- рованная кровь. В других органах плода, в связи с низким уровнем окси- генации, образование АТФ идет не только за счет окисления, но и анаэ- робным путем. Поэтому ткани плода более устойчивы к гипоксии. Первый вдох Небольшой амплитуды дыхательные движения наблюдаются еще во внутриутробном периоде. Во время родов плацентарный газообмен нару- шается, что приводит к возникновению гипоксии и гиперкапнии. Одно- временно резко повышается чувствительность хеморецепторов, что путем суммарного воздействия гипоксии и гиперкапнии обеспечивает усиление дыхательных движений. Легкие плода заполнены примерно на 40% объ- ема плацентарной жидкостью, которая секретируется альвеолярными клетками. При прохождении через родовые пути часть жидкости выдав- ливается. Жидкость, оставшаяся в дыхательных путях, затрудняет выпол- нение первых дыхательных движений, так как требуется преодолеть зна- чительной силы поверхностное натяжение. Поэтому при вдохе внутри- плевральное давление у новорожденного может падать до -30 мм рт. ст. В первое время легкие новорожденного расправлены неравномерно. Од- нако постепенное всасывание оставшейся жидкости и биосинтез сурфак- танта способствуют стабилизации альвеол. Вентиляция легких становится равномерной лишь через несколько суток. У новорожденных дыхательная мускулатура функционирует несколько иначе, чем у взрослых. Так, из-за податливости грудной стенки сокра- щения диафрагмы могут вызвать парадоксальное втяжение межреберий. У детей, особенно у недоношенных, во время сна, когда тонус межребер- ных мышц снижается, может нарушаться дыхание и даже возникнуть паралич дыхания. Система дыхания претерпевает существенные изменения и при старе- нии (см. гл. 22). 14.11. МЕТАБОЛИЧЕСКАЯ ФУНКЦИЯ ЛЕГКИХ Легочная ткань помимо газотранспортной функции принимает актив- ное участие и в метаболизме многих соединений. Одними из них являют- ся указанные выше сурфактанты, синтезируемые пневмоцитами II типа. Весьма важно то, что, благодаря своей метаболической функции, за- ключающейся в синтезе и разрушении многих биологически активных со- единений, легкие участвуют в регуляции многих функций организма. Они задействованы в авторегуляции вентиляции, легочной и системной гемо- динамики, регуляции других функций организма. Причем в метаболизме некоторых из этих регуляторов легкие принимают более активное участие, чем даже печень. Основой этого является то, что через малый круг крово- обращения проходит столько же крови, как через весь большой круг.
Глава 14. ДЫХАНИЕ 643 Метаболически активные клетки эндотелия принадлежат к APUD-cuc- теме. Проявляя наибольшую активность у плода и новорожденного, они сохраняют ее в течение всей жизни человека. Общность их с аналогичны- ми клетками гипофиза, двенадцатиперстной кишки, поджелудочной и других желез внутренней секреции приводит к образованию схожих со- единений и гормонов. Кроме того, метаболическая активность легких тесно связана с активностью тромбоцитов и лейкоцитов. К последним в сосудах легких имеются специальные ловушки, где происходит их разру- шение, и в оттекающей от легких крови содержится больше не только собственных биологически активных веществ, но и выделившихся из ней- трофильных лейкоцитов, тромбоцитов. Метаболически активные клетки легких при многих физиологических, а также патологических состояниях могут изменять свою форму, что ска- зывается и на их функции. И при различных патологических состояниях организма, а также при патологических процессах в самих легких метабо- лическая функция легких становится весьма важным механизмом влияния на развитие патологии как легких, так и других систем. Основные метаболиты Одним из наиболее известных и хорошо изученных биологически ак- тивных соединений является ангиотензин II, который служит высоко- активным сосудосуживающим фактором. Он образуется из ангиотензи- на I, который, в свою очередь, превращается из белка плазмы с помощью почечного энзима ренина. На мембране пневмоцитов, в небольших их углублениях, находится ангиотензинпревращающий фермент (АПФ). Этот фермент столь активен, что уже при однократном прохождении крови че- рез легкие около 50 % ангиотензина I трансформируется в ангиотензин II. Примечательно, что АПФ одновременно может инактивировать сильный вазодилататор — брадикинин.' Процессы трансформации зависят от скорости кровотока: чем она вы- ше, тем меньше образуется активного ангиотензина. Парциальное давле- ние кислорода в альвеолах также оказывает соответствующее влияние: при гипоксии (результат гиповентиляции) возрастает активность АПФ, что сопровождается повышением системного и легочного артериального давления. Катехоламины вызывают слабовыраженное сужение сосудов малого круга. В то же время 30-40% норадреналина крови инактивируется в ле- гочном сосудистом русле. Указанный вазоактивный амин захватывается эндотелиальными клетками, где он дезаминируется моноаминоксидазой или метилируется катехолометилтрансферазой. Еще одним биологически активным соединением, содержание которо- Дй-В.жрови зависит от функции эндотелиальных клеток легких, является •.серотонин. Здесь происходит инактивация данного соединения путем за- хвата й депонирования различными клетками. Основными клетками, в которых локализуется серотонин, являются тучные. Серотонин — мощ- ный вазо- и бронхоконстриктор. Выход его в паренхиму легких возраста-
644 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ет при гипоксии. В легких серотонин участвует в регуляции соотношения вентиляции (просвета воздухоносных путей) и гемодинамики. Гистамин, подобно серотонину, находится в большом количестве в тучных клетках. Эти клетки расположены в непосредственной близости от сосудов малого круга, что создает благоприятные условия для воздей- ствия гистамина на данные сосуды. Сосудосуживающее влияние гистами- на более выражено, чем у катехоламинов, и особенно проявляется в усло- виях гипоксии. Одновременно с сосудами под влиянием гистамина сужи- ваются и бронхи. Исходя из этого, блокада гистаминовых рецепторов или использование антигистаминных препаратов благоприятно сказываются как при легочной гипертензии, так и спазме бронхов. Легкие активно инактивируют вазоактивные простагландины, особен- но типа Е и F. Но в них образуются другого типа метаболиты арахидо- новой кислоты (Pgl2, А2, лейкотриены), которые вазывают вазо- и брон- хоконстрикцию. Модуляция регуляторных механизмов В легких синтезируются энкефалины, а на клетках легочных сосудов имеются к ним рецепторы. С помощью этих опиатов увеличиваются холинергические вазодилататорные эффекты и подавляется активность симпатоадреналовой системы. Модулировать чувствительность гладкомышечных клеток (изменяя плотность рецепторов) сосудов и бронхов к регуляторам могут и многие из указанных выше активных регуляторов. При цереброишемической, ва- зоренальной и спонтанной гипертензии возрастает киназная и снижается ангиотензин превращающая функция легких, что сопровождается увели- чением реактивности сосудистого русла их к брадикинину и ангиотензи- ну II. В легких проявляется обратная зависимость между уровнем бради- кинина и ангиотензина II в крови и чувствительностью к ним гладкомы- шечных клеток артериол малого круга кровообращения. Таким образом, метаболическая функция легких изменяется: - под влиянием взаимодействия многих гуморальных регуляторов с ре- цепторами, имеющимися на клетках легких; - при изменении уровня вентиляции альвеол; - при нарушении гемодинамики; - под влиянием многих патологических процессов в легких. 14.12. ЛЕГКИЕ И СИСТЕМА ГЕМОСТАЗА Метаболическая функция легких проявляется и во влиянии на систему гемостаза, что в конечном счете сказывается на вязкости крови, проница- емости сосудов и в целом на гемодинамике. В связи с тем, что клетки ле- гочного эндотелия находятся в непосредственной близости от крови, не- сущей свертывающие и противосвертывающие факторы, на мембране эн- дотелия имеются ферменты, рецепторы, ингибиторы и активаторы систе- мы гемостаза. Так, на поверхности эндотелиальных клеток имеется так
Глава 14. ДЫХАНИЕ 645 называемый С-белок, а2-макроглобулин, ферменты, расщепляющие АДФ. Все они являются антикоагулянтами. Вместе с тем легкие содержат боль- шое количество и коагулянта тромбопластина. Исключительно важное значение в регуляции гемостаза имеют АПФ и так называемая кининаза I, которые регулируют активность калликреин- кининовой системы. Различные ее соединения могут как ускорять, так и тормозить процессы свертывания и фибринолиза. Многие патологиче- ские состояния легких, меняя метаболическую функцию их, изменяют и систему гемостаза. Результатом активации калликреин-кининовой систе- мы крови может быть усиление отека легких, формирование в них мно- жественных геморрагических очагов. Образующиеся и инактивирующиеся в легких простагландины также принимают самое активное участие в регуляции системы гемостаза. Гипо- ксия, являющаяся результатом легочной гипертензии, так же, как и гипер- вентиляция легких, приводит к возрастанию секреции простациклина. Он является самым сильным активатором аденилатциклазы тромбоцитов, что повышает в них уровень цАМФ и снижает концентрацию кальция. В ре- зультате снижается адгезивная способность тромбоцитов. Одновременно простациклин расслабляет гладкомышечные клетки сосудов и бронхов. Кроме перечисленного, указанный простагландин, поступая в сердце, спо- собствует расширению коронарных сосудов, а при поступлении в мозг — его сосудов. Кроме того, простациклин в данных сосудах способствует выведению холестерина из их стенки, то есть оказывает антиатеросклеро- тическое влияние. Но в легких образуются и простагландины, оказывающие коагулянтное влияние. К ним относится тромбоксан Аг. В тромбоцитах он мобилизует кальций из тубул в цитоплазму, что способствует их агрегации. Кроме того, тромбоксан Аг вызывает сокращение эндотелиальных клеток сосудов, что приводит к обнажению базальной мембраны, а это обеспечивает возмож- ность «прилипания» тромбоцитов и формирование тромба. Этот метаболит обладает способностью вызывать сокращение артериол и бронхов. Серотонин, высвобождаясь из апудоцитов легких, активирует процес- сы агрегации и свертывания крови. При различных патологических состояниях легких нарушается не толь- ко дыхательная, но и функции, указанные в разделах 14.11 и 14.12. 14.13. КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ СИСТЕМЫ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ 14.13.1. Недостаточность внешнего дыхания Напомним, что для обеспечения постоянства газового состава крови в легких требуется: - непрерывная вентиляция легочных альвеол для поддержания нормаль- ного газового состава альвеолярного воздуха; - диффузия респираторных газов через аэрогематический барьер легких
646 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ со скоростью, достаточной для достижения равновесия парциальных давлений газов в воздухе альвеол и крови легочных капилляров; - непрерывный легочный кровоток, когда кровь проходит через капил- ляры легких и распределяется в различных их зонах в соответствии с объемом их вентиляции. Нарушение газообменной функции (дыхательная недостаточность — ДН), приводящая к отклонению от нормы газовых параметров крови, может быть результатом расстройства любого из указанных основных процессов или с их различной комбинацией. В свою очередь, эти рас- стройства могут быть результатом структурных или функциональных на- рушений как в системе внешнего дыхания, кровотока, состава крови, так и в механизмах их регуляции. При большинстве патологических состояний нарушения бронхиальной проходимости и эластических свойств в разных зонах легких бывают вы- ражены не одинаково. Возникает механическая негомогенность легких, которая является морфологической основой неравномерного распределе- ния воздуха в легких и снижения эффективности вентиляции. Однако недостаточность внешнего дыхания может быть и при отсутст- вии гипоксемии и гиперкапнии за счет включения компенсаторно-при- способительных механизмов. Иначе говоря, необходимость мобилизации компенсаторных механизмов следует рассматривать уже как проявление недостаточности, поскольку оно ведет к уменьшению резервных возмож- ностей пораженной системы и организма больного в целом. Таким образом, недостаточность внешнего дыхания следует понимать как нарушение системы внешнего дыхания в случае, когда не обеспечивается нормальный газовый состав артериальной крови или же когда он достига- ется за счет включения компенсаторных механизмов, что приводит к сни- жению функциональных возможностей организма. 14.13.2. Основные факторы нарушения внешнего дыхания Можно выделить шесть групп факторов, приводящих к нарушению внеш- него дыхания. Четыре из них вызывают нарушение альвеолярной вентиляции: I) поражение бронхиальных и респираторных структур легких; 2) поражение костно-мышечного каркаса грудной клетки и плевры; 3) поражение дыхательной мускулатуры; 4) нарушение регуляции дыхания. Два фактора определяют нарушение газообмена с кровью: 5) нарушение кровообращения в малом круге; 6) нарушение аэрогематического барьера. Очень часто у больных наблюдается сочетание нескольких факторов. К примеру, при крупозной пневмонии происходит сочетание нарушения проходимости дыхательных путей и аэрогематического барьера. Естественно, конечный результат, выражающийся в уровне оксиге- нации оттекающей от легких крови, находится в прямой зависимости от выраженности расстройств.
Глава 14. ДЫХАНИЕ 647 Приведем примеры. Пример I. Если от одного легкого оттекает кровь с уровнем РО? 98 мм рт. ст., а от другого — лишь 60 мм рт. ст., а кровоток обоих легких составляет по V? об- щего, то в левое предсердие кровь будет поступать с РО?, равным 79 мм рт. ст. Пример П. При сохранении прежних уровней РО?, но изменении кровотока (2/з от одного и '/з другого) оксигенация крови в предсердии будет находиться на уровне 85 мм рт. ст. 14.13.3. Гипоксия Из всех функций, выполняемых кровью при ее циркуляции по крове- носной системе и легким, доставка кислорода к тканям оказывается наи- более ранимой, в первую очередь нарушающейся функцией. Обусловлено это той огромной ролью, которая принадлежит кислороду в митохондри- альном окислении. Поэтому прекращение поступления кислорода приво- дит к гибели организма через 5-6 мин. В результате компенсация наруше- ний, обусловленных гипоксией, является основной при развитии недоста- точности дыхания. Естественно, включение компенсаторных механизмов всецело определяется стадией развивающейся недостаточности, ее выра- женностью во всех звеньях цепи транспорта кислорода, начиная с самих легких и сердечно-сосудистой системы, до крови и тканевого дыхания. Среди механизмов компенсации гипоксии можно выделить в качестве ос- новных следующие. Так как газотранспортная функция, кроме легких, за- висит еще и от сердечно-сосудистой системы и крови (в первую очередь, от концентрации в ней эритроцитов и гемоглобина), а в тканях — от активно- сти и направленности метаболизма, то и компенсаторные реакции опреде- ляются участием этих систем. Со стороны легких эта компенсация осущест- вляется главным образом путем гипервентиляции и перераспределения кро- вотока в сохраненные отделы. Компенсация гипоксии со стороны сердца определяется ростом ударного и минутного объемов кровотока, большим количеством функционирующих капилляров. Со стороны крови — это воз- растание концентрации эритроцитов, а в них — увеличение содержания ге- моглобина и 2,3-ДФГ, который стимулирует дезоксигенацию оксигемогло- бина, улучшая условия поступления кислорода к тканям. В тканях активи- руются пути бескислородного образования АТФ и, в частности, гликолиз. Но нужно иметь в виду, что любая функция проявляется в двух состо- яниях организма: при физиологическом покое и при адаптации к какой- либо деятельности. Поэтому, говоря о развивающейся гипоксии, нужно иметь в виду, что одним из наиболее мощных потребителей кислорода являются функционирующие скелетные мышцы, а уровень их активности также включается в систему компенсации. Поэтому при начальных стади- ях недостаточности системы транспорта кислорода организм компенси- рует ее снижением мышечной активности, то есть в покое гипоксия еще может и не ощущаться. Лишь при далеко зашедшей недостаточности яв- ления гипоксии становятся выраженными и в покое. И здесь проявляется весь указанный выше спектр механизмов компенсации.
648 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ 14.13.4. Гиперкапния При дыхательной недостаточности гипоксия далеко не всегда сопро- вождается гиперкапнией. Обусловлено это тем, что диффузионная способ- ность аэрогематического барьера для СО2 в 20 раз выше, чем для кислоро- да. Кроме того, в отличие от кислорода, который транспортируется лишь в соединении с гемоглобином, транспорт СОг осуществляется тремя раз- личными путями (и общее содержание СОг в крови в 3 раза выше, чем Ог), а в выведении его в виде бикарбонатов могут принимать участие почки и ЖКТ. Поэтому для совместного изменения газовых параметров крови не- обходимо резко выраженное нарушение вентиляции альвеол и их диффу- зионных свойств. Возрастание в крови уровня РСО2 приводит к росту этого параметра в клетках. Хотя тканевая гиперкапния обычно выражена меньше, чем гипо- ксия, но при задержке СО2 в организме также наступают серьезные изме- нения, которые могут привести и к смерти. Так, когда Д,СО2 растет с 60 до 75 мм рт. ст., у человека развивается одышка, которая обусловлена раздражением центральных и периферических хеморецепторов. При уве- личении РаСО2 с 80 до 100 мм рт. ст. человек становится вялым и может впадать в кому. Возрастание уровня РаСО2 выше 150 мм рт. ст. приведет к угнетению дыхания и «респираторной смерти». 14.13.5. Степени дыхательной недостаточности По степени выраженности ДН бывает скрытой, компенсированной и де- компенсированной. Скрытая (бессимптомная) недостаточность внешнего дыхания в обычных условиях ничем не проявляется и обнаруживается только при проведении функциональных нагрузочных проб. При нали- чии компенсированной ДН могут быть заметны клинические ее проявления в виде изменения режима вентиляции легких и тахикардии даже в состо- янии покоя, однако газовый состав артериальной крови остается еще в пределах нормы, что достигается включением компенсаторных механиз- мов. Компенсированная ДН — это повод для проведения лечебных дейст- вий, предупреждающих развитие декомпенсации дыхания. При декомпен- сированной ДН, помимо выраженных клинических признаков ее (гипер- вентиляция, тахикардия, увеличение количества эритроцитов и концент- рации гемоглобина в крови и др.), имеется выраженная артериальная ги- поксемия и/или гиперкапния. Поэтому декомпенсированная ДН требует срочного искусственного замещения несостоятельных физиологических механизмов внешнего дыхания, то есть необходима интенсивная терапия. В зависимости от быстроты развития симптомов недостаточности, на- рушения функции системы внешнего дыхания, необходмо различать ост- рую и хроническую ее формы. При падении РО2 ниже 50 мм рт. ст. разви- вается острая дыхательная недостаточность. Она может сопровождаться гиперкапнией (РСО2 > 45 мм рт. ст.) или быть без нее. Гипоксия с гипер- капнией развивается, как правило, при резком нарушении соотношения кровотока и вентиляции отдельных участков легких. Острая ДН возника- ет в течение нескольких часов или минут и может либо быть излеченной,
Глава 14. ДЫХАНИЕ 649 либо переходить в хроническую ДН. Последняя продолжается многие ме- сяцы и годы. Хроническая ДН под влиянием дополнительных факторов может внезапно обостряться и приобрести признаки острой ДН. 14.13.6. Расстройства альвеолярной вентиляции Нарушение вентиляции альвеол может быть в сторону ее снижения — гиповентиляция или повышения — гипервентиляция. Как та, так и другая разновидности ее могут быть общими для обоих легких или локальными. В основе развития вентиляционной недостаточности лежат два основных механизма: - нарушение биомеханики дыхания; - нарушение регуляции дыхания. Напомним, что биомеханическими характеристиками дыхания являются: - давление в плевральной полости; - давление в альвеолах и воздухоносных путях; - трахеобронхиальная проходимость и внутрилегочное сопротивление дыхательных путей; - эластическое сопротивление легочной ткани; - внелегочное сопротивление (средостение, грудная клетка, брюшная полость); - работа дыхательных мышц. Основную группу нарушений вентиляции составляют процессы, веду- щие к поражению бронхов и респираторных структур легких. Изменения трахеобронхиального дерева являются неотъемлемым компонентом боль- шинства заболеваний легких. Наиболее часто причины их кроются в отечно-воспалительных процессах дыхательных путей (отек, гипертрофия слизистой бронхов, деформация и рубцовые изменения их стенок, скопле- ние в бронхах патологического содержимого), нарушении опорных струк- тур мелких бронхов при утрате легкими эластических свойств (например, при эмфиземе), снижении тонуса крупных бронхов. Кроме того, наруше- ние бронхиальной проходимости может быть следствием активного со- кращения гладкомышечных клеток стенок бронхов. Бронхоспазм, свойст- венный бронхиальной астме, сопровождает и другие легочные заболева- ния. Спазм мышц может наблюдаться и в более высоких отделах дыха- тельных путей. К примеру, спазм мышц гортани нейрогенного происхож- дения может быть при истерии, рефлекторный спазм — при вдыхании раздражающих газообразных веществ. 14.13.7. Гиповентиляция Результатом расстройств альвеолярной вентиляции чаще всего бывает гиповентиляция. Обструктивный тип (от лат. obstructio—преграда) ее характеризуется уменьшением проходимости воздухоносных путей. В ре- зультате растет неэластическое сопротивление воздушному потоку. Это, с одной стороны, приведет к нарушению объемно-временных параметров дыхания, что проявится в снижении объема воздуха, поступающего в аль-
650 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ веолы за обычную продолжительность вдоха. С другой стороны, про- изойдет «удорожание» дыхания в связи с возрастанием интенсивности работы мышц. Необходимость преодоления возросшего сопротивления требует более интенсивного сокращения мышц, производящих вдох, и подключения мышц для выполнения активного выдоха. В результате: - растет потребность организма в кислороде для обеспечения работы дыхательных мышц; - может происходить утомление этих мышц. Сужение воздухоносных путей приводит к увеличению в них скорости потока воздушной струи. А это причина возникновения турбуленции, за- вихрения воздушного потока, что дополнительно увеличивает сопротив- ление. Участие мышц в выполнении выдоха при его затруднении приводит к повышению давления до положительных величин как в плевральной по- лости, так и в легких. А это может привести к экспираторному закрытию дыхательных путей. Механизм его заключается в том, что резкое возра- стание внутрилегочного давления передается на наружные стенки брон- хов, вызывая их механическое сдавление. Такой механизм может «сраба- тывать» при бронхитах, бронхиальной астме и других заболеваниях лег- ких, сопровождающихся частичной обтурацией или спазмом бронхов. К сужению бронхиальных ходов может привести также и утрата эла- стичности легких, так как одним из механизмов поддержания соответст- вующего просвета бронхиол и их жесткости является эластическая тяга альвеол. Спадение бронхиол, альвеолярных ходов, затрудняя выдох, спо- собствует переполнению легких воздухом. Включение при этом рефлекса Геринга — Брейера, усиливающего выдох, приводит к возрастанию внутрилегочного давления, а это, как указывалось выше, может вызвать компрессию мелких ветвей бронхиального дерева. К примеру, таков меха- низм развития альвеолярной гиповентиляции при разрушении альвеоляр- ных перегородок при эмфиземе легких. Вышеуказанный механизм может привести к острому переполнению легких воздухом при приступе бронхиальной астмы или носит хрониче- ский характер при эмфиземе легких. 14.13.8. Рестриктивный тип гиповентиляции Рестриктивный тип (от лат. restrictio — ограничение) гиповентиляции наблюдается при ограничении расправления легких. Причинные механиз- мы таких ограничений могут лежать внутри легких или вне их. Внутрилегочные формы обусловлены возрастанием эластического сопротивления легких. Это происходит при обширных пневмониях, пнев- мофиброзе, ателектазах и других патологических состояниях. Большое значение для развития рестриктивного типа ограничения расправлению легких имеет дефицит сурфактанта. К этому приводят многие факторы, начиная от нарушения легочной гемодинамики и вируса гриппа и до по- вреждающего воздействия табачного дыма, повышенной концентрации кислорода и вдыхания различных газов.
Глава 14. ДЫХАНИЕ 651 Рестриктивные расстройства дыхания внелегочного происхождения возникают при ограничении экскурсии грудной клетки. Это может быть следотвием легочной патологии (плевриты) или грудной клетки (перело- мы ребер, чрезмерное окостенение реберных хрящей, невриты, сдавление грудной клетки). Поражение костно-мышечного каркаса грудной клетки и плевры препятствует расправлению легких и уменьшает их воздухона- полненность. При этом число альвеол сохраняется таким же, как в норме. С одной стороны, рост сопротивления растяжению во время вдоха тре- бует большей работы дыхательных мышц, с другой — для поддержания должного объема МОД при уменьшении величины вдоха необходимо увеличить частоту дыхательных движений, что происходит за счет укоро- чения выдоха, то есть дыхание становится более частым и поверхност- ным. В развитии поверхностного дыхания принимают участие и различ- ные рефлексы. Так, при раздражении ирритантных и юкстамедуллярных рецепторов может быть тахипное, но уже за счет укорочения вдоха. Та- кой же эффект может быть и при раздражении плевры. 14.13.9. Расстройства центральных механизмов регуляции дыхания Нарушение функции дыхательного центра может быть обусловлено из- менениями самого дыхательного центра или афферентации. К примеру, у новорожденных может быть дефицит возбуждающей периферической афферентации. Незрелость хеморецепторного аппарата ребенка, чаще всего встречающаяся у недоношенных детей, приводит к асфиксии. Наиболее простой способ активации дыхательного центра за- ключается в использовании неспецифической стимуляции ретикулярной формации путем резкого увеличения восходящей афферентации при по- хлопывании по ножкам, ягодицам, обрызгивании тела холодной водой, то есть путем возбуждения кожных экстерорецепторов. Избыток афферентации может привести к «перевозбуждению» дыха- тельного центра и возникновению частого, но поверхностного дыхания. При этом увеличивается «мертвое пространство» и снижается альвеоляр- ная вентиляция. Избыток возбуждения дыхательного центра может быть периферического или центрального генеза. Тахипное возникает при раз- дражении брюшины, болевых или термических воздействиях на кожу, при раздражении ирритантных и юкстамедуллярных рецепторов легких. Интенсивное раздражение слизистой оболочки полости носа и носоглот- ки химическими или механическими агентами может вызвать рефлектор- ную остановку дыхания на вдохе (тормозной тригемино-вагусный ре- флекс Кречмера). Примером тахипное центрального генеза является появление такого дыхания при стрессе, истерии, некоторых нарушениях структур среднего мозга, нарушении кровоснабжения мозга, воспалительных и дегенератив- ных процессах в нем. Связь дыхания с речевой функцией сказывается в том, что во время пения, при игре на духовых музыкальных инструментах
652 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ и других подобных манипуляциях также может развиваться альвеолярная гиповентиляция. Снижение тонуса ретикулярной формации ствола мозга и повышение по- рога возбудимости центральных хеморецепторов характерны для так назы- ваемого синдрома Пиквика. У некоторых тучных людей возникает общее снижение активности ретикулярной формации, которое выражается, в част- ности, в патологической сонливости и развитии гиповентиляции или даже апнейстического состояния. Нарушения регуляции дыхания наиболее ярко проявляются при угнете- нии ЦНС (травма, отравление и др.). Существенную роль играют и наруше- ния местных регуляторных механизмов, от которых в значительной мере зависит тонус бронхиальной мускулатуры и легочных артериол и, следова- тельно, равномерность распределения вентиляции и кровотока в легких. Нарушение эфферентного звена связи дыхательного центра с дыхатель- ными мышцами, как и нарушение функции самих этих мышц, тоже может быть причиной развития недостаточности вентиляции альвеол. 14.13.10. Гипервентиляция Выше рассматривались нарушения дыхания гиповентиляционного ти- па. Они чаще всего приводят лишь к уменьшению поступления кислорода в кровь. Значительно реже при этом происходит недостаточное выведе- ние углекислого газа. Это обусловлено тем, что СО2 более чем в 20 раз легче проходит через аэрогематический барьер. Другое дело гипервентиляция. При начале ее происходит лишь некото- рое увеличение кислородной емкости крови за счет небольшого роста парциального давления кислорода в альвеолах. Но зато возрастает выве- дение углекислого газа и может развиваться респираторный алкалоз. Для его компенсации может изменяться электролитный состав крови со сни- жением уровня кальция, натрия и калия. Гипокапния может привести к снижению утилизации кислорода, так как при этом кривая диссоциации оксигемоглобина сдвигается влево. Это ска- жется в первую очередь на функции тех органов, которые забирают боль- шее количество кислорода из протекающей крови — на сердце и головном мозге. Кроме того, не следует забывать, что гипервентиляция осуществля- ется за счет интенсификации работы дыхательных мышц, которые при резком ее усилении могут потреблять 35 % и больше всего кислорода. Гипервентиляционная гипокапния приводит к повышению возбудимо- сти коры головного мозга. В условиях продолжительной гипервентиля- ции возможны эмоциональные и поведенческие расстройства, а при зна- чительной гипокапнии может наступить потеря сознания. Одним из ха- рактерных признаков гипокапнии при снижении РиСОг до 20-25 мм рт. ст. является появление судорог и спазма скелетных мышц. Это обус- ловлено во многом нарушением обмена кальция и магния между кровью и скелетными мышцами.
Глава 14. ДЫХАНИЕ 653 14.13.11. Способы оценки гиповентиляции альвеол Поскольку основной задачей внешнего дыхания является артериализа- ция венозной крови в легких, то о наличии недостаточности дыхания сви- детельствует возникновение недонасыщения крови кислородом в легких (гипоксемия) или же избыток или недостаток в ней СО2 (гиперкапния или гипокапния). Сопоставление этих показателей с уровнем pH крови позво- ляет дифференцировать причину нарушения показателя РСО2: нарушение метаболизма или нарушение дыхания. К примеру, если изменения pH и РСО2 обратно направлены, то это свидетельствует о респираторной при- роде изменения уровня РСО2. Однако для заключения о достаточности или о выраженности недостаточности дыхания определением уровня од- них этих показателей ограничиваться не следует. Необходимо оценить еще и то, каким путем достигнут этот результат. Основой суждения о степени ДН должны быть данные инструментально- го функционального исследования как количественное объективное выра- жение тяжести имеющихся нарушений. При этом необходимо иметь в виду, что при различных формах недостаточности внешнего дыхания заключение о выраженности нарушений (степени дыхательной недостаточности) не мо- жет базироваться на одних и тех же критериях. Если при одной из них для оценки степени недостаточности пригодны одни критерии, то при иной — значение ведущих характеристик могут приобрести другие показатели. Та- ким образом, качественная характеристика нарушений внешнего дыхания становится основой правильной их количественной оценки. При обструктивных нарушениях альвеолярной вентиляции дыхатель- ный объем смещается в сторону резервного объема вдоха, как и при вы- полнении физической нагрузки (рис. 14.22). Но, в отличие от последней, ДО не возрастает. Кроме того, для этих расстройств характерно снижение динамических показателей вентиляции: объема форсированного выдоха и максимальной вентиляции легких. Особое место в диагностике нарушений вентиляции легких приобрело исследование форсированной спиро- метрии (рис. 14.23). Для этого опре- деляют объем форсированного вы- доха за I с (ОФВ]) и ЖЕЛ. Объем- ная скорость выдоха зависит от по- казателей легочных объемов и силы выдоха. Величина воздушного пото- ка возрастает при увеличении силы выдоха, и в норме за I с можно вы- дохнуть более 75% ЖЕЛ. В целом объемная скорость зависит: - от эластической тяги легких; - - от сопротивления мелких дыха- тельных путей; - площади сечения крупных дыха- тельных путей. Зависимость изменения максимального минутного дыхания от различного ти- па легочной патологии: 1 — норма; 2 — обструкция дыхательных путей; 3 — констрикция легких (по Guyton)
654 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Определение объема форсирован- ного выдоха в процентах от жизнен- ной емкости (ФЖЕЛ[ — индекс Тиффно) является удобным показа- телем эффективности вентиляции альвеол. Форсированная жизненная емкость отличается от ЖЕЛ тем, что выдох происходит с максимальной силой и скоростью. При этом может происходить сужение дыхательных путей, затрудняющее и замедляющее дыхание. Последнее более выражено при обструктивных патологических состояниях. Напомним, что согласно закону Бернулли, когда воздух с большой скоростью проходит через суженный участок, создается разре- жение, в результате чего он может Пример исследования скорости форси- суживаться еще больше. рованного выдоха: а —в норме; б— Величина ОФВ( имеет вполне ре- при обструкции дыхательных путей дльное физиологическое объяснение, (по Guyton) т так как при включении резервных возможностей дыхания, к примеру, во время выполнения физической на- грузки мобилизуется именно этот объем. Снижение индекса Тиффно ниже 70 % свидетельствует о нарушении проходимости дыхательных путей. Выявлению бронхоспазма способствует указанная проба с применени- ем различных бронхолитических средств (эуфиллин, адреналин, эфедрин). ФЖЕЛ| регистрируется до и после введения препарата. Возрастание дан- ного показателя после применения спазмолитика указывает на наличие бронхоспазма. 14.13.12. Нарушение кровотока и обусловленная этим недостаточность газообмена в легких Хотя диффузия газов в легких происходит не только в капилляры, но и через стенки артериол и венул (что увеличивает время, в течение кото- рого совершается аэрация крови), все же капиллярный кровоток является основным для газообмена. Неадекватность легочного кровоснабжения и вентиляции, а точнее говоря, неадекватность капиллярного кровотока и альвеолярной вентиляции чаще всего возникает при развитии гипер- или гипотензии в малом круге кровообращения. Можно выделить две разновидности легочной гипертензии: - прекапиллярная, - посткапиллярная. Прекапиллярная форма обусловлена возрастанием сопротивления в мелких сосудах системы легочного ствола, а посткапиллярная — умень- шением оттока крови из легочных вен. Чаще всего это обусловлено нару-
655 Глав^ 14, ДЫХАНИЕ шениями в системе кровообращения, о чем говорится в соответствующем разделе. Но иногда неадекватность гемодинамики легких является следст- вием патологии последних. К примеру, выделение гистамина во время приступа бронхиальной астмы приводит не только к спазму бронхов, но и к констрикции артериол. Рост гемодинамического давления в системе легочного ствола может наступать и при сдавлении легочных капилляров возросшим давлением воздуха в воздухоносных путях и альвеолах. Часто это происходит во время приступа кашля, так что хронический кашель может привести к стойкой гипертензии в малом круге кровообращения. Кровеносные сосуды могут сдавливаться при отеках легких или их отде- лов, при развитии опухоли, спайках. Нередко нарушение адекватного кровоснабжения и аэрации развивает- ся при резком открытии шунтов, благодаря чему часть венозной крови поступает из легочных артериол в вены, минуя капилляры. Чаще всего это происходит при различных пороках сердца и острых нарушениях ге- модинамики. Шунтирование может быть следствием альвеоло-васкуляр- ных и бронхо-васкулярных рефлексов. Указанные выше типы нарушений могут развиваться как во всем лег- ком, так и в отдельных его частях. Регионарная и локальная неравномерность вентиляционно-перфузион- ных отношений может быть также следствием нарушения вентиляции от- дельных участков легких при развитии самых различных патологических процессов в них, начиная от бронхитов и пневмонии до легочно-плев- ральных сращений и одностороннего паралича диафрагмальной мышцы. В результате неадекватности альвеолярной вентиляции и кровотока (см. рис. 14.5) происходит увеличение функционального «мертвого простран- ства», и чем оно выше, тем большая порция венозной крови добавляется к артериализированной и ниже суммарный показатель парциального дав- ления кислорода в левом отделе сердца. 14.13.13. Нарушение диффузионной способности легких Площадь дыхательной поверхности легких и проницаемость аэрогема- тического барьера при многих патологических процессах также могут изменяться, что, несомненно, окажет влияние на уровень газообмена в легких. Толщина аэрогематического барьера может меняться при ряде физиологических и особенно при многих патологических процессах. На ее толщину оказывает влияние конфигурация альвеолярного эпителия и эндотелия сосудов. Кроме того, толщина барьера может увеличиваться и за счет межклеточного вещества при его отеке. На диффузионной способности легких отражается также и качество от- дельных структурных элементов барьера. Так, длительное вдыхание раз- личного рода пыли при работе на вредных производствах вызывает раз- витие фиброза легочной ткани. Склеротические изменения легких в ста- рости и многие другие процессы также ухудшают условия газообмена. Причем поражение интерстициальных структур легких обычно сочетает-
656 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ся с уменьшением количества функционирующих альвеол и капилляров, что уменьшает поверхность для газообмена. Таким образом, поражения респираторных структур, вызывающие ин- фильтративные, деструктивные, дистрофические и склеротические про- цессы, приводят не только к гибели части альвеол и капилляров, но и к нарушению их архитектоники, изменению толщины, ультраструктуры и физико-химических свойств аэрогематического барьера легких. Простейшим функциональным тестом для выявления ухудшения диф- фузионной способности легких является произвольная гипервентиляция последних. При этом гипоксемия, имевшаяся у больного, не устраняется, а, напротив, усугубляется, так как возрастает доля кислорода, используе- мого на работу дыхательных мышц. 14.13.14. Нарушения дыхания при некоторых формах патологии легких Острая пневмония Ярким примером тотального нарушения всех механизмов газообмена в легких является пневмония. Это типичный воспалительный процесс, раз- вивающийся в альвеолах в результате инфицирования легких различными микроорганизмами (пневмококки, стафилококки, стрептококки) и виру- сами. Чаще всего пневмония поражает нижние и задние доли легкого, что определяется особенностями кровообращения здесь в связи с влиянием гидростатического давления. Повреждение альвеол, застой крови и вос- палительная реакция приводят к выпотеванию в межуточную ткань лег- ких и альвеолы жидкости. К отеку присоединяется появление здесь боль- шого количества нейтрофилов и даже эритроцитов и выпадение фибри- новых нитей. Все это наряду с нарушением оксигенации служит основой для распада тканей, чему дополнительно способствует гибель нейтрофи- лов с выходом из них протеолитических ферментов. Весь процесс может распространяться от альвеолы к альвеоле, и в результате захватываются большие отделы легких, целое легкое или даже оба. Функциональное состояние легких в разных стадиях процесса отлича- ется. В остром периоде заболевания резко снижается растяжимость лег- ких, определяемая при спокойном дыхании. Но наиболее существенные нарушения газообмена происходят вследствие отека. Это приводит к то- му, что дыхание становится более частым и менее глубоким, минутный объем дыхания обычно возрастает. Отношение альвеолярной вентиляции к общему объему вентиляции легких (минутному объему дыхания) снижа- ется с 0,6-0,7 до 0,5, а нередко и ниже, что указывает на уменьшение эффективности вентиляции. Однако, несмотря на снижение эффективно- сти вентиляции, для больных острой пневмонией даже при тяжелом ее течении характерна альвеолярная гипервентиляция. Одним из наиболее существенных проявлений острой пневмонии явля- ется артериальная гипоксемия (см. пример I, подразд. 14.13.2). При этом в крови, как правило, наблюдается дыхательный алкалоз.
Глуа 14. ДЫХАНИЕ 657 Обструктивный бронхит В генезе обструкции бронхов ведущая роль принадлежит отеку слизи- стой в результате воспаления и чрезмерной секреции слизи. При бронхи- тах происходит изолированное нарушение проходимости дыхательных пу- тей. Неоднородность механических свойств легких выступает в качестве одного из наиболее характерных проявлений обструктивной патологии. Зоны с различным бронхиальным сопротивлением и величиной растяжи- мости имеют разные временные характеристики, поэтому при одном и том же плевральном давлении процесс их опорожнения и заполнения воздухом происходит с разной скоростью. В результате неизбежно нарушается рас- пределение газов и характер вентиляции в различных отделах легких. Вентиляция зон с низкими временными характеристиками при учаще- нии дыхания значительно ухудшается, и вентилируемый объем умень- шается. Это проявляется снижением растяжимости легких. Прилагаемые больным усилия, ускоряя и учащая дыхание, приводят к еще больше- му увеличению вентиляции хорошо вентилируемых зон и к дальнейшему ухудшению вентиляции плохо вентилируемых отделов легких. Возникает своего рода порочный круг. При дыхании невентилируемые зоны подвергаются компрессии и декомпрессии, на что уходит значительная доля энергии дыхательной му- скулатуры. Возрастает так называемая неэффективная работа дыхания. Сдавление на выдохе и растяжение на вдохе «воздушного пузыря» приво- дят к такому изменению объема грудной клетки, что не обеспечивает воз- вратно-поступательное движение воздуха в легкие и из них. Постоянная хроническая перегрузка дыхательной мускулатуры приводит к снижению ее сократительной способности и нарушению нормального режима ее функционирования. Об ослаблении дыхательной мускулатуры у таких больных свидетельствует также снижение способности развивать боль- шие дыхательные усилия. Обструктивный бронхит, проявляя себя сужением бронхов (а это при- водит к увеличению бронхиального сопротивления), обусловливает сни- жение объемной скорости выдоха за 1 с. Существует мнение, что хрони- ческая форма обструктивного бронхита формируется только тогда, когда возникает стойкая обструкция, длящаяся не менее года и не ликвидирую- щаяся под влиянием бронхолитических средств. Бронхиальная астма При бронхиальной астме в обструкции бронхов ведущую роль играет ак- тивное сужение вследствие спазма гладкой мускулатуры. Поскольку гладко- мышечная ткань представлена главным образом в крупных бронхах, то бронхоспазм выражается преимущественно их сужением. Однако это не единственный механизм бронхиальной обструкции. Большое значение име- ет аллергический отек слизистой бронхов, который сопровождается нару- шением проходимости бронхов более мелкого калибра. Нередко наблю- дается скопление в бронхах вязкого, трудно отделяемого стекловидного секрета (дискриния), при этом обструкция может приобретать чисто обту-
658 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ рационный характер. Кроме того, нередко присоединяется и воспалитель- ная инфильтрация слизистой с утолщением базальной мембраны эпителия. Бронхиальное сопротивление повышается как при вдохе, так и при вы- дохе. При развитии астматического приступа нарушения дыхания могут нарастать с угрожающей стремительностью. У больных бронхиальной астмой чаще, чем при другой патологии лег- ких, наблюдается альвеолярная гипервентиляция как проявление нарушений центральной регуляции дыхания. Она имеет место как в фазу ремиссии, так и при наличии даже выраженной бронхообструкции. Во время присту- па удушья нередко бывает фаза гипервентиляции, которая при нарастании астматического состояния сменяется фазой гиповентиляции. Уловить этот переход чрезвычайно важно, поскольку выраженность дыхательного ацидоза является одним из важнейших критериев тяжести состояния больного, что и определяет врачебную тактику. При повыше- нии РиСС>2 выше 50-60 мм рт.ст. возникает необходимость проведения экстренной интенсивной терапии. Артериальная гипоксемия при бронхиальной астме, как правило, не достигает тяжелой степени. В фазу ремиссии и при легком течении может возникать умеренно выраженная артериальная гипоксемия. Лишь во вре- мя приступа РцОг может снижаться до 60 мм рт. ст. и ниже, что также оказывается важным критерием оценки состояния больного. Основным механизмом развития гипоксемии является нарушение вентиляционно- перфузионных отношений в легких. Поэтому артериальная гипоксемия может наблюдаться и при отсутствии гиповентиляции. Слабые движения диафрагмы, перерастяжение легких и большие колеба- ния внутриплеврального давления приводят к тому, что во время приступа существенно страдает и кровообращение. Кроме тахикардии и выражен- ного цианоза на вдохе, может резко снижаться систолическое давление. Хронические неспецифические заболевания легких Главной особенностью хронических неспецифических заболеваний лег- ких (ХНЗЛ) является преимущественно бронхогенный генез их развития. Именно это и определяет тот факт, что при всех формах данной патоло- гии ведущим синдромом являются нарушения бронхиальной проходимо- сти. Обструктивными болезнями легких страдают 11-13% людей. В так называемых развитых странах смертность от данного типа патологий за каждые пять лет удваивается. Основная причина этого заключается в ку- рении и загрязнении окружающей среды (см. разд. 20.4). Характер ХНЗЛ, выраженность их, как и другие механизмы наруше- ний внешнего дыхания, имеют свои особенности. Если в норме отношение альвеолярной вентиляции к минутному объе- му дыхания составляет 0,6-0,7, то при тяжелом хроническом бронхите оно может снижаться до 0,3. Поэтому для поддержания должного объема альвеолярной вентиляции необходимо значительное увеличение минутно- го объема дыхания. Кроме того, наличие артериальной гипоксемии и
Глава 14. ДЫХАНИЕ 659 обусловленного этим метаболического ацидоза требует компенсаторного усиления вентиляции легких. Увеличение растяжимости легких объясняет сравнительно редкое и глубокое дыхание, склонность к гипервентиляции у больных эмфизема- тозным типом хронического бронхита. Напротив, при бронхитическом типе снижение растяжимости легких обусловливает менее глубокое и бо- лее частое дыхание, что с учетом увеличения «мертвого» дыхательного пространства создает предпосылки для развития гиповентиляционного синдрома. Не случайно, что из всех показателей механики дыхания наи- более тесная корреляция РиСО2 установлена именно с растяжимостью легких, тогда как с бронхиальным сопротивлением такая связь практиче- ски отсутствует. В патогенезе гиперкапнии при этом значительное место, наряду с нарушениями механики дыхания, занимает снижение чувстви- тельности дыхательного центра. Своеобразные различия отмечаются и со стороны кровообращения в малом круге. Бронхитическому типу свойственно раннее развитие легоч- ной гипертензии и легочного сердца. Несмотря на это, минутный объем кровообращения, как в состоянии покоя, так и при нагрузке значительно больше, чем при эмфизематозном типе. Это объясняется тем, что при эм- физематозном типе из-за малой объемной скорости кровотока, даже при меньшей выраженности артериальной гипоксемии, тканевое дыхание страдает больше, чем при бронхитическом, при котором, даже при нали- чии артериальной гипоксемии, но достаточном объемном кровотоке, зна- чительно лучше происходит обеспечение тканей организма О2. Следова- тельно, эмфизематозный тип можно определить как гипоксический, а бронхитический — как гипоксемический. При наличии бронхиальной обструкции закономерно отмечается увели- чение ООЛ и его отношения к ЖЕЛ. ЖЕЛ чаще всего остается в пределах нормы, хотя могут отмечаться ее отклонения, как в сторону снижения, так и увеличения. Как правило, возрастает неравномерность вентиляции. Диф- фузионные нарушения обычно наблюдаются примерно в половине случа- ев. Несомненна в ряде случаев роль снижения диффузионной способности легких в патогенезе артериальной гипоксемии при данном заболевании, однако ведущее значение в ее развитии имеет нарушение вентиляционно- перфузионных отношений в легких и анатомическое шунтирование веноз- ной крови в артериальное русло, минуя легочные капилляры. На ранних стадиях заболевания выраженность артериальной гипоксе- мии невелика. Наиболее характерным сдвигом кислотно-основного со- стояния крови является метаболический ацидоз, обусловленный прежде всего интоксикацией организма. Гиповентиляция, дыхательные наруше- ния кислотно-основного состояния крови и выраженная артериальная ги- поксемия свойственны далеко зашедшей стадии патологического процес- са, в клинической картине которой доминируют уже не бронхоэктазы, а тяжелый бронхит.
660 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Хронический бронхит Наиболее распространенной формой бронхолегочной патологии среди ХНЗЛ является хронический бронхит. Это периодически обостряющийся хронический воспалительный процесс, протекающий с преимуществен- ным поражением дыхательных путей диффузного характера. Одним из частых проявлений этого заболевания является генерализованная бронхи- альная обструкция. Углубленное функциональное исследование позволяет у больных необ- структивным бронхитом выявить начальные нарушения дыхания. Мето- ды, используемые для этих целей, можно разделить на две группы. Одни методы позволяют оценить показатели механической негомогенности легких: снижение объемных скоростей воздушного потока, при форсиро- ванном выдохе второй половины ЖЕЛ, снижение растяжимости легких по мере учащения дыхания, изменение показателей равномерности венти- ляции и др. Другая группа методов позволяет оценить нарушения легоч- ного газообмена: снижение PaOi, рост альвеолярно-артериального гради- ента РОз, капнографические нарушения вентиляционно-перфузионных отношений и др. Именно это и обнаруживается у Дольных с умеренно выраженной патологией легких (необструктивный бронхит, бронхит курильщика) и сочетается с увеличением остаточного объема легких и емкости экспираторного закрытия воздухоносных путей. Ателектазы Две основные причины появления ателектазов: - обструкция бронхов, - нарушение синтеза сурфактантов. При обструкции бронхов развивается коллапс неаэрируемых альвеол в связи с поступлением из них в кровоток газов. Снижение давления спо- собствует фильтрации в альвеолы жидкости. Результатом таких измене- ний является механическое сдавление кровеносных сосудов и снижение кровотока через данные отделы легких. К тому же развивающаяся здесь гипоксия, со своей стороны, приводит к развитию вазоконстрикции. Ре- зультатом возникающего перераспределения крови между интактным легким и пораженным ателектатическими процессами будет улучшение газотранспортной функции крови (см. расчет по типу II, подразд. 14.13.2). Усиливается ателектаз и вследствие снижения образования сурфактан- тов, которые в норме препятствуют действию сил поверхностного натя- жения легких. Нарушения дыхания при туберкулезе легких Эта патология чаще всего развивается в верхних долях легких, там, где обычно снижены и аэрация, и кровообращение. Нарушения дыхания вы- являются у большинства больных активным туберкулезом легких, у зна- чительного числа больных в неактивной фазе туберкулеза и у многих лиц, излеченных от него. Непосредственными причинами развития нарушений дыхания у боль-
Глава 14. ДЫХАНИЕ 661 й"ых активным туберкулезом легких являются специфические и неспецифи- ческие изменения легочной ткани, бронхов и плевры, а также туберкулез- ная интоксикация. При неактивных формах туберкулеза и у излеченных лиц в качестве причины нарушений дыхания выступают специфические и, главным образом, неспецифические изменения легочной ткани, бронхов и плевры. Неблагоприятное влияние на дыхание могут оказывать и наруше- ния гемодинамики в малом и большом круге кровообращения, а также ре- гуляторные расстройства токсического и рефлекторного происхождения. Среди проявлений дыхательных нарушений у больных наиболее часто отмечается снижение вентиляционной способности легких, частота и вы- раженность которой нарастают по мере увеличения распространенности туберкулезного процесса и степени интоксикации. Примерно в одинако- вой степени встречаются три типа нарушений вентиляции: ограничитель- ный, обструктивный и смешанный. В основе рестриктивных нарушений лежит уменьшение растяжимости легочной ткани, обусловленное фиброзными изменениями легких и сни- жением поверхностно-активных свойств легочных сурфактантов. Боль- шое значение имеют также свойственные туберкулезному процессу изме- нения легочной плевры. В основе обструктивных вентиляционных нарушений лежат анатоми- ческие изменения бронхов и перибронхиальной легочной ткани, а также функциональный компонент бронхообструкции — бронхоспазм. Возра- стание бронхиального сопротивления возникает уже в первые месяцы за- болевания туберкулезом и прогрессирует по мере увеличения его продол- жительности. Наиболее высокое бронхиальное сопротивление определя- ется у больных фиброзно-кавернозным туберкулезом и у пациентов с об- ширными инфильтратами и диссеминацией в легких. Бронхоспазм выявляется примерно у половины больных активным ту- беркулезом легких. Частота его обнаружения и выраженность нарастают при прогрессировании туберкулезного процесса, увеличении длительности заболевания и возраста больных. Наименьшая выраженность бронхоспаз- ма отмечается у больных свежим ограниченным туберкулезом легких без распада. Большая выраженность характерна для пациентов со свежими де- структивными процессами, а наиболее тяжелые нарушения бронхиальной проходимости встречаются при фиброзно-кавернозном туберкулезе легких. В целом при туберкулезе легких ограничительные нарушения вентиля- ции имеют большее значение, чем при неспецифических заболеваниях. Частота и выраженность обструктивных нарушений, напротив, несколько ниже. Тем не менее доминирующими являются нарушения бронхиальной проходимости. Они обусловлены главным образом метатуберкулезными неспецифическими изменениями бронхов, которые закономерно возника- ют при длительно существующем специфическом процессе. Кроме того, у ряда больных туберкулез легких развивается на фоне длительно текущего неспецифического воспалительного процесса, чаще всего — хронического
662 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ бронхита, который и определяет характер и выраженность имеющихся нарушений дыхания. Рост эластического и неэластического (преимущественно бронхиально- го) сопротивления дыханию приводит к увеличению энергетической сто- имости вентиляции. Увеличения работы дыхания не отмечено только у больных с очаговым туберкулезом легких. При инфильтративном и огра- ниченном диссеминированном процессе работа дыхания, как правило, увеличена, а при распространенном диссеминированном и фиброзно-ка- вернозном процессах она еще более возрастает. Другим проявлением возникающих при туберкулезе поражений легоч- ной паренхимы, бронхов и плевры является неравномерность вентиляции. Она обнаруживается у больных как в активной, так и в неактивной фазе заболевания. Неравномерность вентиляции способствует возникновению несоответствия между вентиляцией и кровотоком в легких. Избыточная относительно кровотока вентиляция альвеол приводит к увеличению фун- кционального «мертвого» дыхательного пространства, снижению доли альвеолярной вентиляции в общем объеме вентиляции легких, увеличению альвеолярно-артериального градиента РОг, что наблюдается у больных с ограниченным и распространенным туберкулезом легких. Зоны с низким отношением вентиляция/кровоток ответственны за развитие артериальной гипоксемии, что является ведущим механизмом снижения РаОг у больных. У преобладающего числа больных гематогенно-диссеминированным и фиброзно-кавернозным туберкулезом легких обнаруживается снижение диффузионной способности легких. Оно прогрессирует с увеличением распространенности рентгенологически выявляемых изменений в легких и выраженности вентиляционных нарушений по ограничительному типу. Снижение диффузионной способности легких происходит в связи с умень- шением объема функционирующей легочной ткани, соответствующим уменьшением поверхности газообмена и нарушением проницаемости аэрогематического барьера для газов. Артериальная гипоксемия у таких больных выявляется преимуществен- но при физической нагрузке и значительно реже — в условиях покоя. Выраженность ее колеблется в широких пределах, у больных фиброзно- кавернозным туберкулезом легких насыщение артериальной крови О2 может снижаться до 70 % и менее. Наиболее выраженная гипоксемия на- блюдается при хронических процессах большой протяженности, Сочетаю- щихся с обструктивным бронхитом и эмфиземой легких, при развитии резко выраженных и прогрессирующих вентиляционных нарушений. Среди причин развития артериальной гипоксемии ведущую роль игра- ют вентиляционно-перфузионные нарушения. Другой причиной возмож- ного развития гипоксемии является нарушение условий диффузии О2 в легких. В качестве третьего возможного механизма артериальной гипо- ксемии может быть внутрилегочное шунтирование сосудов малого и большого круга кровообращения.
Гдава 14. ДЫХАНИЕ 663 Функциональные исследования В зависимости от характера нарушений вентиляции, выявляемых при спирографическом исследовании, наблюдается характерная перестройка компонентов ЖЕЛ. При ограничительном типе ЖЕЛ, как правило, в той или иной степени бывает снижена. При обструктивных нарушениях ОЕЛ часто бывает увеличена, но может оставаться и в пределах нормы. Более закономерно происходит увеличение ООЛ, который при выраженных обструктивных и смешанных нарушениях вентиляции часто в 2 раза и более превышает норму. Исследование механики дыхания выявляет у больных уменьшение рас- тяжимости легких, что свойственно, прежде всего, распространенному гематогенно-диссеминированному и фиброзно-кавернозному процессу. В ряде случаев растяжимость может быть снижена более чем в 3 раза по сравнению с нормой. Выявлена четкая зависимость между снижением растяжимости легких и степенью развития фиброза, а также протяженно- стью и выраженностью изменений плевры. У значительного числа больных наблюдаются увеличение минутного объема дыхания, снижение коэффициента использования О2 и увеличение дыхательного коэффициента. Увеличение минутного объема дыхания происходит преимущественно за счет возрастания частоты дыхания и ха- рактерно для больных с ограничительным типом вентиляционных рас- стройств. Увеличение вентиляции легких, главным образом за счет возра- стания дыхательного объема, чаще встречается у больных с нарушениями вентиляции обструктивного типа. Рост минутного объема дыхания обус- ловлен снижением эффективности вентиляции, но при различных формах туберкулеза легких встречается и альвеолярная гипервентиляция с разви- тием дыхательного алкалоза. Нередко имеют место и сдвиги кислотно-ос- новного состояния крови в сторону ацидоза, преимущественно метаболи- ческого характера. Только у тяжелых больных с распространенными по- ражениями и длительностью заболевания возникает гиповентиляция и появляется дыхательный ацидоз. Это — свидетельство низкой эффектив- ности вентиляции, резких ограничений резервных возможностей аппара- та вентиляции и нарушения регуляции дыхания. Большую функционально-диагностическую ценность представляют ис- следования дыхания в условиях дозированной физической нагрузки, по- зволяющие уточнить функциональные возможности обследуемых боль- ных, выявить скрытые расстройства и изучить общие закономерности из- менения параметров внешнего дыхания. 14.13.15. Легочное сердце ЕЕаиболее частым изменением со стороны сердца при патологии легких является легочное сердце — гипертрофия правого его отдела. Развивается она в результате гипертензии в сосудах малого круга кровообращения. Отек легких и другие изменения в них могут послужить причиной меха- нического сдавления сосудов. Гипоксия и ацидоз усиливают вазоконст- рикторный эффект. В сосудах малого круга давление начинает повышать-
664 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ся при снижении РаО2 ниже 85 мм рт. ст. Ацидоз и физическая нагрузка усиливают это состояние. В результате постепенно развивается гипертрофия гладких мышц ле- гочных артериальных сосудов. Они, становясь менее ригидными, хуже ре- агируют и на изменения сердечного выброса. Со своей стороны, развива- ющаяся гипертрофия нагрузки правого сердца и рост давления в правом предсердии приводят к появлению периферических отеков и застоя крови в печени. 14.13.16. Оксигенотерапия Обычно в естественных условиях жизни человек встречается лишь с не- достаточным поступлением кислорода, с гипоксией. Однако искусственно можно создать условия для повышенного поступления кислорода — гц- пероксии. Таким условием является дыхание чистым кислородом под обычным или даже повышенным давлением. Физиологическим обоснованием лечения больных с нарушением дыха- ния с помощью подачи в легкие чистого кислорода является то, что в ре- зультате поступления кислорода в альвеолы растет градиент парциально- го давления его между альвеолами и кровью. Если PaOi становится рав- ным 600-700 мм рт. ст., то градиент с обычных 100 мм рт. ст. возрастает в Ю раз: 100 - 40 (в венозной крови) = 60 мм рт. ст., а при 700 уже равен 660 мм рт. ст. В результате: - резко возрастает «дальность стрельбы» кислорода через склерозиро- ванный или отечный аэрогематический барьер; - увеличивается растворимость кислорода, а значит, возрастает доля части кислорода, транспортируемого к тканям. Поэтому подобная терапия рекомендуется как при нарушении состоя- ния аэрогематического барьера, так и при недостаточности газотранс- портной функции эритроцитов. Еще больше эти показатели увеличиваются, если кислород поступает под давлением в несколько атмосфер. Растворимость газа в жидкости зависит от температуры, состава жидкости, давления газа над ней, природы газа. Учитывая, что состав крови и температура ее в организме почти всегда по- стоянны, количество растворенного газа можно определить по формуле /атм где Q — количество растворенного в жидкости газа; g — адсорбционный коэффициент газа при Т 37 °C (для 02 он равен 0,023); V — объем крови; Ратм — давление атмосферы. Так как и в обычных условиях практически весь гемоглобин эритроци- тов уже насыщен кислородом, то рост РаОг приведет лишь к увеличению растворенного в плазме О2. Исходя из указанной формулы, можно видеть, что при повышении давления газа над жидкостью пропорционально воз- растает количество растворенного газа. Если в норме в растворенном виде находится 0,3 мл О2 в 100 мл крови, то в условиях давления I ата раство- ряется уже 2,04 мл, при 2 ата — 4,34 мл, а при 3 ата — 6,65 мл О2. Создать
Глава 14. ДЫХАНИЕ 665 давление выше 1 атм, естественно, можно лишь в специальной барокаме- ре, Указанного выше количества 02 может хватить, чтобы большинство тканей не испытывало кислородной недостаточности даже при отсутствии О2, связанного с гемоглобином. Этот эффект можно использовать при ока- зании помощи тем больным, у которых гемоглобин не в состоянии транс- портировать О2. Например, дыхание чистым О2 показано при отравлении угарным газом, когда образуется прочное соединение карбоксигемоглобин (СОНЬ), диссоциирующий в 1000 раз медленнее, чем НЬОг, MetHb и др. 14.13.17. Дыхание при повышенном атмосферном давлении Увеличение РО2 во вдыхаемом воздухе может привести к снижению, вентиляции легких. Но происходит это лишь при кратковременном пре- бывании в условиях гипербарии О2. При длительном влиянии реакция си- стемы дыхания может быть и противоположной. Дело в том, что рост РО2 для жителей Земли является неестественным. С таким уровнем РО2 живое в эволюции не сталкивалось. И вскоре может проявляться токсиче- ское действие О2 на ткани. Одним из этих проявлений будет образование в клетках большого количества активных соединений кислорода, таких как синглетный кислород, гидроперекиси (см. разд. Ю.П). Результатом этого является стимуляция перекисного окисления липидов, что в первую очередь приведет к нарушению функций клеточных мембран. Нарушение проницаемости мембран может вызвать отек и другие изменения. При длительном дыхании в условиях гипербарии прежде всего страдают ЦНС, легкие, система кровообращения. Время развития этих нарушений и их выраженность у разных людей не одинаковы. Так, например, спустя примерно сутки у подавляющего большинства здоровых людей при дыхании чистым кислородом даже при обычном давлении возникают неприятные ощущения за грудиной. Может разви- ваться ателектаз (спадение части альвеол) или отек легкого, мозга. Еще более значительные изменения могут появиться при дыхании чистым кис- лородом под давлением, превышающим атмосферное. Отек мозга, разви- тие судорог, отек легких — вот первые последствия длительной гиперба- рии в 2-3 ата или даже кратковременного действия слишком высокого (выше 4 ата) давления. Поэтому, например, при отравлении ядами, при- водящими к блокированию гемоглобина, в терапевтических целях можно применять барокамеру лишь в течение считанных часов и при давлении, не превышающем 3 ата. 14.13.18. Водолазные работы С повышенным давлением приходится иметь дело и водолазам. При по- гружении под воду давление увеличивается на I ата с каждыми Ю м глуби- ны. При этом водолаз вынужден больше энергии тратить на выполнение са- мих дыхательных движений, так как воздух становится более плотным. На- против, при всплытии, особенно быстром, в связи с разрежением воздуха может произойти разрыв легких. Кроме того, при быстром всплытии раз- вивается декомпрессионная болезнь. Механизм ее обусловлен наличием в
666 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ тканях и крови инертного газа — азота. N2 растворяется в жидкостях плохо и медленно, однако при пребывании под водой (когда требуется подавать воздух под давлением) его может накапливаться много, особенно в жировой ткани. Извлечение N2 из тканей при всплытии происходит медленно, и тре- буется время, чтобы его излишки, появляющиеся в крови, были выведены через легкие. Поэтому при слишком быстром подъеме в крови образуются пузырьки азота, которые закупоривают мелкие сосуды и нарушают цирку- ляцию крови. В тяжелых случаях это может привести даже к смерти. Исходя из этого, можно дать две рекомендации, которых следует при- держиваться при проведении водолазных работ: - медленный подъем, - в дыхательной газовой смеси азот заменить каким-либо инертным га- зом (лучше всего аргоном). Вопросы для повторения №1 Какой объем воздуха находится в аль- веолах: В конце обычного вдоха В конце обычного выдоха А. 00 +ДО 00 + РОвдоха Б. 00 + ДО = РОввдоха РОвдоха + РОвьщоха В. 00 + ДО + РОвыдоха 00 + РОвыдоха №2 Как изменится дыхание обследуемого, если во вдыхаемом воздухе повысится содержание углекислого газа: А. Возникнет урежение дыхания Б. Увеличится вентиляция легких, дыхание участится В. Дыхание станет более поверхностным №3 Где находятся тела мотонейронов, ак- соны которых иннервируют межребер- ные мышцы: А. В боковых рогах шейных сегментов спин- ного мозга Б. В коре больших полушарий В. В передних рогах 3-4-х шейных сегмен- тов спинного мозга Г. В передних рогах грудного отдела спин- ного мозга Д. В продолговатом мозге на дне 4-го же- лудочка №4 Какое влияние на дыхание оказывает понижение напряжения кислорода в крови: А. Наблюдается временная остановка дыха- ния Б. Дыхание становится более редким и глу- боким В. Дыхание становится более поверхност- ным Г. Возникает урежение дыхания Д. Происходит усиление дыхательных дви- жений №5 Какую функцию в процессах газообме- на выполняет фермент карбоангидраза и где она содержится? Выберите наиболее правильный ответ: А. Ускоряет образование угольной кислоты (в эритроцитах) Б. Ускоряет диссоциацию угольной кислоты (в эритроцитах) В. Ускоряет диссоциацию угольной кислоты (в плазме) Г. Ускоряет отщепление СОг от гемоглоби- на (в эритроцитах) Д. Ускоряет отщепление СОг от гемоглоби- на (в плазме)
Глава 14. ДЫХАНИЕ №6 / Вставьте пропущенные слова. Резервный объем выдоха — это макси- мальное количество воздуха, которое человек может ... после спокойного ... А. Выдохнуть, вдоха Б. Выдохнуть, выдоха В. Вдохнуть, вдоха Г. Вдохнуть, выдоха №7 Как повлияет на процесс выделения уг- лекислого газа из крови дыхание чис- тым кислородом: А. Выделение углекислого газа из крови уменьшится Б. Выделение углекислого газа из крови ускорится В. Выделение углекислого газа не изменится №8 Что произойдет с дыханием, если сде- лать перерезку мозга сразу выше варо- лиева моста: А. Дыхание прекратится Б. Будет глубокое и редкое дыхание В. Существенно не изменится №9 Какую функцию выполняет пневмотак- сический центр: А. Посылает импульсы в кору больших по- лушарий Б. Тонизирует ядро блуждающего нерва В. Участвует в организации правильной пе- риодики дыхания №10 Какое значение для газообмена плода имеет меньшее содержание в его эрит- роцитах 2,3-ДФГ, чем в эритроцитах матери: А. Уменьшается сродство гемоглобина к кис- лороду Б. Увеличивается сродство гемоглобина к кис- лороду В. Существенного значения для газообмена плода не имеет 667 №11 При измерении диаметра эритроцитов артериальной и венозной крови оказа- лось, что они не одинаковы. Нормаль- но ли это явление, и можете ли вы ука- зать, какие эритроциты взяты из арте- рии, а какие — из вены: А. Это явление ненормально. Эритроциты венозной крови крупнее Б. Это явление нормально. Эритроциты ар- териальной крови крупнее В. Это явление нормально. Эритроциты ве- нозной крови крупнее №12 Чем можно объяснить наступающее торможение дыхания у людей при очень быстром повышении давления в легких, как это бывает при натужива- нии: А. Происходит раздражение ирритантных рецепторов дыхательных путей Б. Происходит раздражение механорецепто- ров легких В. Происходит раздражение проприорецеп- торов межреберных мышц №13 В результате травмы спинного мозга произошло выключение грудного дыха- ния с сохранением диафрагмального. При какой локализации травмы это мо- жет быть: А. На уровне варолиева моста Б. На уровне 2-го фудного сегмента спин- ного мозга В. Между шейными и грудными сегментами спинного мозга №14 На какие структуры оказывает свое первоначальное действие углекислый газ: А. Кору больших полушарий Б. Рецепторы легких В. Рецепторы каротидного синуса Г. Инспираторные нейроны Д. Пневмотаксический центр
668 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ №15 У животного разрушен продолговатый мозг. Что в этом случае произойдет с дыханием: А. Дыхание станет поверхностным Б. Дыхание прекратится В. Дыхание станет более редким и глубо- ким №16 Уровень pH венозной крови по сравне- нию с pH артериальной крови: А. Выше из-за большего содержания СОг в крови Б. Меньше из-за большего содержания СОг в крови В. Выше благодаря выделению Ог из орга- низма Г. Ниже благодаря выделению Ог из орга- низма №17 Человек произвел несколько глубоких вдохов. Что происходит при этом с ды- ханием: А. Дыхание усиливается Б. Дыхание существенно не изменяется В. Дыхание ослабевает №18 Какие дыхательные мышцы принимают участие в спокойном дыхании: А. Диафрагма Б. Внутренние межреберные В. Мышцы живота Г. Наружные межреберные №19 Какие факторы в крови будут способст- вовать смещению кривой диссоциации оксигемоглобина влево: А. Алкалоз, гипокапния, повышение темпе- ратуры тела Б. Ацидоз, гипокапния, снижение температу- ры тела В. Алкалоз, гиперкапния, снижение темпе- ратуры тела Г. Алкалоз, гипокапния, снижение темпера- туры тела №20 Во время пребывания человека в усло- виях высокогорья в его организме на- блюдается: А. Гипоксия, алкалоз, гиперкапния Б. Гипероксемия, ацидоз, гипокапния В. Гипоксия, гипокапния, алкалоз №21 Резервный объем вдоха — это макси- мальное количество воздуха, которое человек может ... после спокойного ... А. Выдохнуть, вдоха Б. Выдохнуть, выдоха В. Вдохнуть, вдоха Г. Вдохнуть, выдоха №22 Для обеспечения нормальной защит- ной функции удаления пылевых частиц из трахеи, бронхов и бронхиол необхо- димы: А. Парасимпатическая иннервация Б. Симпатическая иннервация В. Сурфактант Г. Ирритантные рецепторы Д. Мерцательный эпителий слизистой обо- лочки №23 Какие дыхательные мышцы принимают участие в спокойном выдохе: А. Диафрагма Б. Врутренние межреберные В. Никакие Г. Мышцы живота №24 Основные нейроны дыхательныого цен- тра находятся: А. В среднем мозге Б. В продолговатом мозге В. В спинном мозге Г. В гипоталамусе №25 Угнетение дыхания вследствие дейст- вия барбитуратов или наркотиков есть результат их действия: А. На дыхательный центр Б. На артериальные хеморецепторы
Глава 14/ДЫХАНИЕ 669 №26 Что произойдет с дыханием при пере- резке ствола мозга между продолгова- тым мозгом и варолиевым мостом: •А. Станет редким и глубоким Б. Не изменится В. Остановится совсем №27 При подъеме человека на высоту ин- тенсивность его дыхания: А. Уменьшается Б. Возрастает В. Не изменяется №28 Рецепторы, участвующие в рефлектор- ной регуляции дыхания, имеются: А. В легких Б. В среднем мозге В. В кровеносных сосудах Г. В промежуточном мозге №29 Как изменится дыхательный объем, если соединить плевральную полость с атмосферным воздухом: А. Станет меньше Б. Станет больше В. Не изменится №30 Рецепторы растяжения, которые дают начало рефлексу Геринга — Брейера, расположены: А. В легких Б. В венах В. В каротидном синусе Г. В дуге аорты №31 Какую роль играет блуждающий нерв в регуляции системы дыхания: А. Берет участие в выработке слизи Б. Расширяет бронхи В. Суживает бронхи Г. В его составе идут волокна к дыхатель- ным мышцам Д. В его составе идут волокна от рецепто- ров растяжения легких №32 Где находится 2,3-ДФГ и какую функ- цию он выполняет: А. В лейкоцитах, увеличивает сродство ге- моглобина к Ог Б. В эритроцитах, уменьшает сродство ге- моглобина к Ог В. В эритроцитах, увеличивает сродсто ге- моглобина к Ог Г. В лейкоцитах, уменьшает сродство ге- моглобина к Ог №33 На какие зоны разделяют дыхательные пути и какие генерации бронхов входят в каждую зону? Выберите наиболее правильные ответы: А. Кондуктивная 1-16 Б. Проводящая 1-4 В. Дыхательная 17-23 Г. Транзиторная 17-19 Д. Переходная 16-23 №34 С каких рецепторов зарождается чиха- тельный рефлекс: А. Слизистой глотки Б. Слизистой носа В. Рецепторов легких Г. Слизистой трахеи Д. Слизистой бронхов №35 С каких рецепторов зарождается каш- левой рефлекс: А. Слизистой носа Б. Слизистой трахеи В. Рецепторов легких Г. Слизистой бронхов Д. Слизистой глотки №36 Что произойдет с дыханием, если пере- резать спинной мозг ниже 12-го грудно- го сегмента: А. Станет поверхностным Б. Не изменится В. Прекратится Г. Станет более глубоким
670 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ №37 Какие дыхательные мышцы принимают участие в форсированном выдохе: А. Диафрагма Б. Внутренние межреберные В. Наружные межреберные Г. Мышцы живота №38 Как называется объем воздуха в легких при полностью расслабленных дыха- тельных мышцах: А. 00 Б. ФОЕ №39 Какие из перечисленных легочных объ- емов нельзя измерить с помощью про- стого спирометра: А. ЖЕЛ Б. ФОЕ В. 00 Г. до Д. РОвыдоха №40 Вставьте пропущенное. Каждый грамм гемоглобина максималь- но связывается с ... кислорода. А. 1,1 мл Б. 0,34 мл В. 1,34 мл №41 Какие рецепторы отвечают за стимуля- цию дыхательного центра при гипоксии: А. Только центральные хеморецепторы Б. Только периферические хеморецепторы В. И те и другие Г. Ни те, ни другие №42 Вставьте пропущенные слова. Угарный газ по сравнению с кислоро- дом имеет способность соединяться с гемоглобином ... и соединяется с ... А. Большую, гемом молекулы гемоглобина Б. Меньшую, глобином молекулы гемогло- бина В. Большую, глобином молекулы гемоглоби- на Г. Меньшую, гемом молекулы гемоглобина №43 Эластическое сопротивление легких создают: А. Коллагеновые волокна стенки альвеол Б. Эластичёские волокна стенки альвеол В. Сурфактанты №44 Интегральный дыхательный центр на- ходится на уровне: А. Спинного мозга Б. Продолговатого мозга В. Среднего мозга Г. Коры больших полушарий Д. На всех уровнях ЦНС, нейроны которых участвуют в регуляции дыхания №45 Вставьте пропущенные слова. Объем воздуха, который проходит через легкие за минуту, называется ... и в среднем равен ... А. ДО, 3 л Б. МОД, 6-8 л В. АВ, 12 л №46 Альвеолярная вентиляция равна: А. Вентиляции «мертвого пространства» Б. Минутной вентиляции легких В. Минутной вентиляции минус вентиляция «мертвого пространства» №47 Вставьте пропущенные слова. Кривая диссоциации оксигемоглобина плода лежит ... от стандартной кривой и показывает, что сродство к кислороду у плода ... , чем у материнской крови: А. Правее, ниже Б. Левее, ниже В. Правее, выше Г. Левее, выше №48 Диффузия СОг в легких осуществляет- ся соответственно градиенту парци- ального давления и парциального на- пряжения по обе стороны легочной мембраны, который равен: А. 60 мм рт. ст. Б. 6 мм рт. ст. В. 9 мм рт. ст.
Глава 14. ДЫХАНИЕ 671 №49 Вставьте пропущенные слова. Внутриплевральное давление во время спокойного вдоха ... А. Нечюменяется Б. На 4-9 мм рт. ст. ниже атмосферного В. На 4-9 мм рт. ст. выше атмосферного №50 Какие механизмы обеспечивают конди- ционирование воздуха: А. Согревание Б. Увлажнение В. Очищение Г. Фильтрация №51 Механизм углубления и учащения ды- хания после его задержки связан с из- менениями в крови ... А. Напряжения СОг Б. Напряжения Ог В. Сдвига pH в щелочную сторону №52 Разница между анатомическим и фи- зиологическим пространством отвечает объему: А. Нефункционирующих альвеол Б. Остаточному объему легких В. Дыхательному объему Г. Трахеи и бронхов №53 Что произойдет с дыханием, если жи- вотному ввести миорелаксанты? А. Не изменится Б, Станет глубоким В. Станет поверхностным Г. Прекратится №54 Вставьте пропущенные слова. Центральные хеморецепторы располо- жены в .... и ведущим фактором раз- дражения этих рецепторов является ... А. Таламусе, недостаток кислорода Б. Продолговатом мозге, концентрация ионов водорода В. Гипоталамусе, концентрация углекислого газа №55 Вставьте пропущенные слова. Из периферических хеморецепторов для регуляции дыхания ведущая роль принадлежит ... , которые обладают высокой чувствительностью к... А. Аортальным тельцам, уменьшению Н Б. Каротидным тельцам, уменьшению РаОг В. Аортальным тельцам, увеличению СОг Г. Каротидным тельцам, увеличению Н+ №56 Импульсация от каротидных хеморе- цепторов достигает инспираторных нейронов продолговатого мозга и: А. Урежает дыхание Б. Углубляет дыхание В. Дыхание существенно не изменяется №57 Важнейшей компенсаторной реакцией на гипоксию является: А. Гиповентиляция Б. Гипервентиляция В. Форсированное дыхание №58 Ирритантные рецепторы располагаются: А. В эпителиальных слоях воздухоносных путей Б. В области корня легких В. В каротидных и аортальных тельцах Г. В субэпителиальных слоях воздухонос- ных путей №59 Возникающие у спокойно дышащего человека глубокие «вздохи» обуслов- лены рефлексами: А. С центральных хеморецепторов Б. С периферических хеморецепторов В. С ирритантных рецепторов Г. С механорецепторов легких №60 Основными инспираторными мышцами являются: А. Наружные межреберные Б. Внутренние межреберные В. Внутренние межхрящевые Г. Диафрагма Д. Мышцы живота
Глава 15 ПИЩЕВАРЕНИЕ Сложно устроенная система пищеварения (желудочно-кишечный тракт) обеспечивает поступление в организм воды, электролитов и ве- ществ, необходимых для пластического и энергетического обмена. Боль- шинство пищевых веществ должно расщепляться, чтобы потерять свою генетическую или иммунную специфичность, иначе они могут быть встре- чены системой иммунитета как чужеродный объект. Лишь после этого продукты расщепления могут всасываться и поступать в кровоток. Одна- ко при расщеплении желательно сохранить как можно большую молеку- лу, чтобы в организме не синтезировать все вещества заново, начиная с их отдельных элементов. Такими годными к использованию «кирпичика- ми» для белков являются аминокислоты, для углеводов — моносахара, для нуклеиновых кислот — нуклеотиды. Жиры в меньшей степени обла- дают иммунной антигенностью, поэтому могут поступать в кровоток ма- ло измененными. Без расщепления всасываются также витамины и веще- ства с относительно небольшой молекулой, минеральные соли, вода. Для осуществления процессов пищеварения ЖКТ представляет собой своеобразный конвейер, где выполняются следующие функции: - движение пищи через весь тракт, - секреция соков, - абсорбция продуктов переваривания и нерасщепляемых веществ, - соответствующий крово- и лимфоток. Все это происходит под контролем сложной нервной и гуморальной регуляции. Каждый из органов ЖКТ приспособлен для выполнения своих функци- ональных обязанностей. Так, желудок, являясь органом депо пищи, позво- ляет принимать ее дробно большими порциями. А основное переваривание, усвоение веществ (всасывание их) происходит главным образом в тонком кишечнике. Всасывание происходит постепенно, в течение многих часов, что обеспечивает более постоянное пополнение запасов. Свой вклад в орга- низацию системы пищеварения вносит кровообращение органов ЖКТ: кровь служит для образования пищеварительных соков, обеспечивает процессы всасывания и транспорта веществ ко всем органам и системам организма. На начальных этапах производится механическое перетирание твердой пищи зубами, а затем — химическое расщепление. Процессы расщепления и последующего всасывания происходят в пищеварительной трубке — своеобразном конвейере, вдоль которого пища передвигается, подвергаясь поэтапной обработке. Для выполнения всех указанных функций в органах ЖКТ имеются соот- ветствующие структуры. Так, захват и механическая обработка пищи осу- ществляются в ротовой полости с помощью зубов. Кроме того, в ротовой полости располагается большое количество рецепторов, которые «оценива- ют» качественный состав пищи. Это определяет ее дальнейшую «судьбу»:
Глава 15. ПИЩЕВАРЕНИЕ 673 непищевые вещества или пищевые с необычным вкусом могут быть отвергнуты; - запускаются рефлекторные механизмы регуляции сокообразования как в железах самой ротовой полости, так и в нижеследующих отделах пищеварительного тракта; - запускаются двигательные рефлексы, Обеспечивающие жевание, гло- тание, рвоту. В дальнейшем пищевой комок перемешивается с различными соками и перемещается вдоль пищеварительной трубки. Химическая обработка (пе- реваривание) происходит под влиянием выделяемых железами секретов, содержащих различные фермен- ты. Пищеварительные железы разбросаны почти вдоль всего пищеварительного тракта. Вса- сывание обеспечивается соот- ветствующим строением слизи- стой оболочки, наличием густой сети кровеносных и лимфатиче- ских капилляров, тесно прилега- ющих к эндотелию слизистой. Все указанные выше процес- сы не изолированы, а сопряже- ны друг с другом. Так, уже при пережевывании твердой пищи в ротовой полости необходимо ее смачивание слюной, чтобы пище- вой комок мог быть проглочен. В кишечнике сопряжены процессы переваривания, всасывания и пере- мешивания пищи. Время нахож- дения пищи в определенном уча- стке ЖКТ не строго постоянно, а регламентировано переварива- нием конкретного вида пищи. Органы пищеварительной трубки отделены друг от друга сфинктерами (рис. 15.1)—цир- кулярно расположенными мы- Схема органов ЖКТ: 1 — верхний сфинктер пищевода; 2 — пищевод; 3 — нижний сфинк- тер пищевода; 4—пилорический сфинктер; 5, 14—duodenum; б, 11 — тонкий кишечник; 7, 13 — ободочная кишка; 8 — сигмовидная кишка; 9—прямая кишка; 10—червеобраз- ный отросток; 12 — гаустры толстого ки- шечника; 15 — anus шечными волокнами,которые в отсутствие пищи или при ее не- достаточной переработке в предыдущем органе закрывают из него выход. Все эти процессы — перева- ривания, передвижения и вса-
674 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ сывания — регулируются соответствующими механизмами. Различают следующие виды пищеварения: - внутриклеточное (у людей сохранилось в виде переваривания неболь- шой части олигопептидов и липидов в энтероцитах тонкого кишечни- ка и фагоцитоза), - полостное (происходит в полости пищеварительной трубки), - мембранное или контактное (совершается на мембране клеток). 15.1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РЕГУЛЯЦИИ ПРОЦЕССОВ ПИЩЕВАРЕНИЯ Пищеварительный конвейер правильно функционирует благодаря сложной системе регуляторных механизмов, состоящих из нервно-рефлек- торных и гуморальных звеньев. Эти механизмы обеспечивают процессы сопряжения моторики, сокоотделения, контроля за перевариванием и вса- сыванием веществ. Еще 100 лет назад И. П. Павлов указал на три типа эффекторных воздействий регуляторных механизмов: - функциональные, - сосудодвигательные, - трофические. Первый тип воздействий заключается в запуске или изменении, коррекции той или иной основной функциональной активности органа. Второй — в изменении уровня кровоснабжения, адекватном функциональ- ной активности органа. Третий тип воздействий включает в себя разнообразные изменения трофи- ческих процессов в секреторных клетках, приведение их в соответствие конкретному уровню функционального состояния органа. 15.1.1. Рефлекторная регуляция Процессы пищеварения регулируются комплексом безусловных и услов- ных рефлексов. Безусловные рефлексы начинаются с раздражения различ- ных рецепторов ротовой полости и других отделов ЖКТ. Можно отме- тить следующие закономерности, связанные с распространенностью ре- флекторного ответа при раздражении рецепторов: - чем оральнее расположен рецептор, тем большая часть нижележащих отделов пищеварительного тракта вовлекается в ответную реакцию; - чем каудальнее раздражаемый отдел, тем более локальным становится его рефлекторное влияние. В кишечнике, например, роявляются преимущественно местные рефлексы. Условно-рефлекторная регуляция формируется на вид, запах пищи, об- становку и время ее приема. Подобные рефлексы выражены в большей мере в верхней части пищеварительного тракта. По мере удаления от ро- товой полости значимость этих рефлексов постепенно снижается. Так, ус- ловные рефлексы в наибольшей мере регулируют выделение слюны, не- сколько меньше — сока желудочных желез, печени, поджелудочной желе- зы. Практически отсутствует условно-рефлекторная регуляция выделения сока кишечными железами. Общую закономерность влияния механизмов регуляции на функции пи-
Глава 15. ПИЩЕВАРЕНИЕ 675 щёварительного аппарата можно сформулировать следующим образом: раздражитель (сама пища, ее запах, вид) как непосредственно в месте дей- ствия, так и в каудальном направлении усиливает активность моторного и секреторного аппаратов, способствует непосредственному процессу пище- варения и развитию состояния готовности органа к последующему поступ- лению пищи (превентивное влияние). В краниальном направлении, откуда пища уже ушла, напротив, вызывается торможение всех процессов пище- варения. Но если пища в любой отдел ЖКТ поступает недостаточно под- готовленной, то есть недостаточно переработанной на предыдущем этапе, то эвакуация последующих частей пищевого химуса задерживается. При этом увеличивается секреция соков здесь и в вышележащем отделе, что, по возможности, компенсирует недостаточное предшествующее переварива- ние пищи и способствует лучшей обработке следующих порций. Рефлекторная регуляция процессов пищеварения осуществляется: - местными рефлексами (рефлекторные дуги замыкаются в ганглиях, расположенных в самом органе или поблизости от него); - рефлексами с участием различных структур ЦНС, с помощью «мозго- вого пищевого центра». Точно очертить местоположение центра пищеварения трудно. Для каждого отдела пищеварительной трубки он может быть локализован в различных структурах ЦНС, начиная от коры больших полушарий до сакрального отдела спинного мозга, где расположены нейроны, коорди- нирующие процесс дефекации. Однако особо следует выделить роль ствола мозга, места расположения нейронов, дающих начало блуждаю- щему нерву. Этот нерв является как сенсорным, так и эффекторным для большинства отделов ЖКТ. Для регуляции процессов пищеварения в конкретном отделе ЖКТ «составляется» свой центр регуляции. Так, процессы захвата, жевания и глотания, а также дефекации (в их осуществлении участвуют поперечно- полосатые мышцы) могут происходить как без участия сознания, так и при активном вмешательстве коры больших полушарий. Участие коры в регуляции других отделов пищеварения менее значимо. Однако и здесь можно выработать условные рефлексы, что свидетельствует о «доступно- сти» и этих отделов корковому влиянию. Эфферентными путями рефлекторных влияний являются симпатиче- ские и парасимпатические нервы. Кроме адренергических и холинергиче- ских рецепторов, на мембранах нейронов и эффекторных клеток, находя- щихся в органах, обнаружены и пуринергические рецепторы (к АТФ и аденозину). Это свидетельствует об участии соответствующего типа цен- тробежных нервов в регуляции пищеварения. 15.1.2. Гастроинтестинальные гормоны Химические и механические раздражители пищи служат также стимулом для синтеза гормонов в самом ЖКТ. Они получили название гастроин- тестинальные гормоны (ГИГ). Обнаружено более десятка разновидностей
676 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ клеток, относящихся к APUD-системе, расположенных диффузно в слизи- стой желудка, тонкого кишечника, поджелудочной железы (табл. 15.1). Таблица 15.1 Основные биологические свойства ряда гастроинтестинальных гормонов Гормон Место образования Характер влияния Транспорт Г астрин G-клетки, antrum Секреция HCI, моторика желудка, трофика Циркулирующий Секретин S-клетки, duodenum, тонкая кишка Секреция бикарбонатов, угнетение секреции HCI Холецистокинин- панкреозимин 1-клетки, duodenum, тощая кишка Моторика желчного пузыря, желчеобразование, ферменты pancreas, эелудочный сок Панкреатический пептид Pancreas Секреция HCI, сока pancreas, желчи Бомбезин Желудок, тонкая кишка Секреция HCI, сока pancreas, гастрина и ХЦК Нейро- трансмиттер Соматостатин D-клетки, pancreas Тормозит секрецию соков желудка и pancreas, гастрина, инсулина и глюкагона Циркулирующий и паракринный Желудочный инги- бирующий пептид К-клетки, тонкая кишка Торможение секреции HCI, стимуляция секреции кишечного сока, инсулина Циркулирующий Мотилин Ес-клетки, duodenum, тощая кишка Стимуляция эвакуации из желудка и перистальтики кишечника Субстанция Р Ес-клетки, нейроны Стимуляция перистальтики кишечника, выделение сока pancreas, слюны Нейро- трансмиттер Еще не все ГИГ выделены в чистом виде. Изученные в настоящее вре- мя гормоны являются пептидами. Структурная особенность многих из них наличие общих последовательностей аминокислот. В связи с этим возможно некоторое дублирование функций: одни и те же функции могут выполнять близкие по структуре гормоны. В ЖКТ гормоны влияют на секрецию ионов и воды, регулируют синтез и секрецию пищеварительных ферментов. Ряд гормонов воздействует на трофику и моторную актив- ность различных органов, участвует в регуляции всасывания. Эти гормоны могут оказывать местное, паракринное влияние путем диф- фузии от места образования к соседним клеткам-мишеням самого ЖКТ и кровеносных сосудов. Но, всасываясь в кровь, они в течение нескольких минут (это короткоживущие соединения) циркулируют и могут поступать к относительно отдаленным клеткам или органам ЖКТ. Влияние ГИГ на клетки опосредуется путем взаимодействия их с соответствующими рецеп- торами мембран. После связывания гормона с рецептором меняется состо- яние систем внутриклеточных посредников (цАМФ, кальция и др.). Если эти процессы происходят в секреторных клетках, то их актив- ность усиливается. Любопытно, что при действии двух факторов на одну
Глава 15. ПИЩЕВАРЕНИЕ 677 клетку секреторный эффект значительно выше, чем при простой сумма- ции (явление потенцирования). Рецепторы к перечисленным пептидам обнаружены и на нейронных структурах органов пищеварения, что указывает на их соучастие в ре- флекторной регуляции. Кроме того, в ЖКТ образуются и другие биологически активные сое- динения, такие, как кинины, простагландины, которые принимают участие в регуляции процессов пищеварения. Они регулируют кровоток, мотори- ку, секреторные процессы. Гастроинтестинальные гормоны с кровью могут поступать и к другим системам организма. Участвуя в регуляции функций ЦНС, других эндо- кринных желез, влияя на обмен веществ, гормоны ЖКТ являются «пол- ноправными» гормональными регуляторами функций всего организма. Такие гормоны ЖКТ, как гастрин, холецистокинин-панкреозимин (ХЦК- ПЗ), ВИП, вещество Р, энкефалины, бромбензидиноподобный пептид, ней- ротензин, обнаружены в клетках ЦНС. Здесь, а также в структурах сер- дечно-сосудистой системы имеются рецепторы к ГИГ. В нейронных цепях они выполняют функцию вспомогательных медиаторов, модулирующих действие «основных» медиаторов. Таким образом, в ЖКТ регуляторную функцию выполняет сложный комплекс биологически активных соединений, собственных гормонов, ме- стных рефлекторных дуг и четырех типов эфферентных нервов (симпати- ческих, парасимпатических, пептидергических и пуринергических). 15.2. СЕКРЕТОРНЫЕ ПРОЦЕССЫ ОРГАНОВ СИСТЕМЫ ПИЩЕВАРЕНИЯ 15.2.1. Общие механизмы образования и выделения соков При продвижении пищи вдоль пищеварительной трубки происходят процессы последовательной химической обработки ее, заключающиеся в денатурации и деполимеризации белков, жиров и углеводов. Эти процес- сы обеспечиваются тремя основными группами ферментов — протеаза- ми, липазами и карбоангидразами. Действующий в ЖКТ конвейер последо- вательного расщепления компонентов пищи приводит к образованию мо- номеров, способных проникать через слизистую оболочку — всасываться. Секреторные клетки образуют компактные органы — слюнные желе- зы, поджелудочную железу, печень. Кроме того, железистые клетки раз- бросаны среди других клеток слизистой ротовой полости, пищевода, же- лудка, тонкого кишечника. Некоторые вещества пищи перерабатываются бактериальной флорой кишечника. Функциональная характеристика секреторных клеток Строение секреторных клеток существенно отличается от нервных и мышечных. В них: - четко выражена полярность — базальная, латеральная и апикальная мембраны и прилежащие отделы самой клетки различаются как струк- турно, так и функционально; - приспособленность этих клеток к синтезу и выделению секрета выра-
678 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ жается в виде значительного развития в них эндоплазматического ре- тикулума, комплекса Гольджи, рибосом, митохондрий; - для образования секрета необходимо близкое соседство этих клеток с кровеносными капиллярами, кровоток через которые резко активиру- ется во время процессов синтеза. У большинства клеток потенциал покоя — около -30...-35 мВ. К тому же базальная и апикальная мембраны поляризованы не одинаково. Возникно- вение секреторного потенциала усиливает это различие, что способствует ускорению продвижения к апикальной мембране секреторных продуктов. Механизмы сокообразования Принципиальная схема образования отдельных компонентов соков пи- щеварительных желез основана на следующих механизмах (рис. 15.2): - Материал для образования компонентов, секреции сока поступает путем диффузии или активного транспорта из кровеносных капилляров. - Подавляющее большинство митохондрий в клетке расположено вблизи мембраны, обращенной в сторону капилляра, что свидетельствует о вы- сокой энергетической зависимости процессов, происходящих в этих уча- стках клеток. Схема типичной секреторной клетки ЖКТ: / — кровеносный капилляр; 2 — базальная мембрана; J — эндоп- лазматический ретикулум; 4 — аппа- рат Гольджи; 5 — окончание нервно- го волокна; б — митохондрии; 7 — рибосомы; 8 — гранулы зимогена; 9 — секреция - Образующаяся здесь энергия (АТФ) используется для синтетических про- цессов. - С базальной стороны клетка получа- ет й регулирующие сигналы от нерв- ных волокон и биодогически актив- ных соединений, приносимых с кровью. - Синтезированный секрет в клетке скапливается в виде гранул. - Гранулы секрета выделяются из клетки с противоположного конца (через апикальную мембрану). При этом происходит слияние липопро- теиновой оболочки гранулы с мемб- раной клетки, и после выделения секрета клетка возвращается к преж- нему состоянию. - Гранулы секрета выделяются под влиянием нервной или гормональ- ной стимуляции. - Контролирующие сигналы внутри клетки опосредуются через ионы свободного кальция, концентрация которых в клетке повышается в свя- зи с повышением проницаемости мембраны.
Глава 15. ПИЩЕВАРЕНИЕ 679 Основой выделяемого секрета является вода. В ней растворены элект- ролиты и ферменты. Вода в секреторные клетки поступает по градиенту осмотического давления из кровеносных капилляров. Осмотическое дав- ление в клетках повышается при поступлении различных ионов (для каж- дого отдела ЖКТ ведущими является свои ионы). Образование и выделение соков/активируется гормональными сигнала- ми, а также безусловными и условными рефлексами, эфферентами кото- рых являются волокна вегетативных нервов. Продолжительность их выде- ления, соответствие состава характеру поступающей пищи регулируется: - рефлекторными механизмами; - гормонами и биологически активными соединениями, образующими- ся в самом ЖКТ; - ингредиентами пнщи, соков. 15.2.2. Методы исследования секреторных процессов органов ЖКТ Представления о функциях органов ЖКТ получены как при изучении в эксперименте на животных, так и при исследовании человека. Экспери- ментальные исследования проводятся в острых и хронических опытах. Острые исследования основаны на выделении органа или его части и про- ведении соответствующих экспериментов в условиях in situ или in vitro. Хронические исследования прово- дятся на животных, которым произве- дена та или иная подготовительная операция (рис. 153). Соответствую- щие исследования выполняются спу- стя какое-то время, по достижении послеоперационного восстановления. В основе их лежит максимально воз- можное сохранение естественных свя- зей, обеспечивающих как непосредст- венное выполнение функций, так и путей регуляции (нервных и сосуди- стых связей). Для изучения секреторных процес- сов применяется выведение на кожу выводных протоков желез или же от- дельных участков органа. Так, на ще- ку можно вывести проток слюнной железы или на брюшную стенку — общий желчный проток. Для получе- | Рис. 15.3 Примеры экспериментальных иссле- дований функций ЖКТ: а — фнстула желудка для получения чистого сока; б — схема формирования «малого же- лудочка», в котором сохранены нерв- ные волокна; в — эзофагостомия и фистула желудка (по И. П. Павлову) ния желудочного сока изолируют часть желудка, а для сохранения ин- нервации оставляют серозно-мышеч- ный «мостик» со стороны кардии. Изолированный отдел выводят нару- жу через фистулу. Для получения чис-
680 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ того желудочного сока производят еще и эзофаготомию. На подготовлен- ном таким образом животном можно воспроизвести «мнимое» кормле- ние, когда пища в желудок не поступает, или, напротив, вкладывать пищу непосредственно в желудок, минуя ротовую полость. Исследование кишечной секреции можно производить на изолирован- ном отрезке кишечника, выводя наружу один или оба конца. При исследовании всасывания применяются методы острой катетери- зации кровеносных и лимфатических сосудов или предварительное вжив- ление катетеров в сосуд. Можно также вводить с пищей меченые нуклиды и наблюдать за их дальнейшим движением. Ряд описанных выше методов применяется и при исследовании чело- века. Кроме того, используются методы получения сока или пищевого химуса из любых отделов пищеварительного тракта с помощью зондов. В последние годы широкое распространение получил метод эндоскопии, который позволяет совместить возможности визуального наблюдения с получением биопсийного материала. Подробно методы исследования излагаются в специальных руководст- вах по гастроэнтерологии. 15.2.3. Секреторная функция слюнных желез В ротовую полость открываются выводные протоки трех пар крупных слюнных желез — околоушной (серозной), подчелюстной (серозно-слизи- стой) и подъязычной (слизистой). Кроме того, в слизистой рта разбросано большое количество мелких желез, которые вместе с подъязычной посто- янно выделяют водянистую слюну. В отличие от них околоушная и под- челюстная железы секретируют слюну только при возбуждении. Слюна служит: - для смачивания твердой пищи и обеспечения формирования пищевого комка, способного пройти через пищевод; - для растворения ряда ингредиентов, обеспечивая рецепторам возмож- ность определить вкусовые качества пищи; - для начала гидролиза некоторых пищевых веществ (например, углево- дов); - для выполнения защитных функций (слюна содержит бактерицидные вещества, обеспечивающие санацию ротовой полости; она может час- тично нейтрализовать желудочную кислотность при попадании сока в пищевод). В грудном возрасте слюна обеспечивает герметичность между губами младенца и соском матери, без чего сосание невозможно. Состав слюны различных желез не одинаков. Околоушные железы вы- деляют самую жидкую слюну, а подъязычные — наиболее вязкую. Важ- ным фактором, определяющим состав слюны, является скорость секре- ции. Суммарная интенсивность секреции всех желез колеблется от 1,0 до 200,0 мл/ч. За сутки в среднем выделяется 0,5-2,0 л слюны. Количество образующейся слюны зависит от сухости и степени измельченности
Глава 15. ПИЩЕВАРЕНИЕ 681 пищи, химического состава и т.п. Во время сна выделяется около 0,05 мл/мин слюны. У человека, несмотря на некоторые отличия состава слюны отдельных желез, суммарный состав ее мало зависит от принимаемой пищи. Осно- вой слюны является вода (99,5 %). В ней растворен широкий спектр неор- ганических и органических соединений: мукополисахариды, гликопроте- ины, белки и электролиты (Na+, К+, Са2+, J', СГ, НСО3, Н2РО4 и др.). Уровень pH смешанной слюны колеблется в пределах 6,0-7,4. Но при рез- ком увеличении скорости секреции слюна может становиться щелочной (pH до 7,8). Осмотическое давление слюны ниже такового плазмы крови. Муцин, придавая слюне вязкость, облегчает проглатывание пропитан- ного слюной пищевого комка. В слюне обнаружены ферменты: а-амилаза, протеаза, липаза, кислая и щелочная фосфатаза, РНКазы. Но активность большинства их невелика. Слюна содержит также ряд биологически активных соединений. Так, лизоцим слюны оказывает бактерицидное действие, а калликреин участву- ет в образовании сосудорасширяющих кининов. Кинины наряду с нерв- ными влияниями обеспечивают повышение кровотока в слюнных железах при приеме пищи. Кроме того, слюнные железы образуют гормоноподоб- ные вещества, которые участвуют в регуляции фосфорно-калъциевого об- мена костей, зубов и регенерации эпителия слизистой ротовой полости, пищевода и желудка. Концентрация электролитов в слюне и плазме крови различна. Движе- ние Na+, К+ и ряда других ионов происходит против электрохимического градиента с помощью активного транспорта (рис. 15.4). Об активности процессов слюнообразования в железах свидетельствует повышение по- требления ими кислорода, глюкозы, аминокислот при приеме пищи. Вна- чале ингредиенты слюны фильтруются из плазмы крови, а затем, при прохождении по выводным протокам, происходят процессы реабсорбции и секреции. При высокой скорости образова- ния слюны активность процессов реабсорбции и секреции снижается, и поэтому ионный со- став слюны приближается к таковому плазмы крови. Синтезируемые органические соединения накапливаются вблизи аппарата Гольджи в гранулах, которые по мере созревания смеща- ются к вершине клетки. Содержимое гранул затем выводится в ацинусы желез, образуя пер- вичный секрет. Ионы здесь находятся в кон- центрации, близкой к внеклеточной жидкости. По мере продвижения по протоку ионы натрия реабсорбируются, а калия — секретируются. Одновременно эпителием протоков усиливает- ся и секреция ионов бикарбоната. Схема слюнной железы
682 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Регуляция секреции слюнных желез Образование и выделение слюны регулируются нейрогуморальными механизмами. Вне процесса пищеварения выделяется не так много слабо- кислой слюны. При потреблении пищи комплекс условных и безусловных рефлексов обеспечивает резкое увеличение выделения слюны. Безуслов- ные рефлексы возникают при раздражении обонятельных, вкусовых, так- тильных, температурных рецепторов (рис. 15.5). От них импульсы переда- ются по волокнам тройничного, лицевого, языкоглоточного и блуждаю- щего нервов в продолговатый мозг. Отсюда по парасимпатическим нер- вам (через VII, IX пары черепных нервов) сигналы направляются к слюн- ным железам. Симпатические нервные пути начинаются с боковых рогов 2-4-го грудных сегментов спинного мозга, а затем через верхний шейный симпатический ганглий достигают желез. Оба типа нервов являются сек- реторными. Условно-рефлекторный механизм обеспечивает выделение «запальной» слюны на вид, запах, время и другие сигналы скорого приема пищи. Со- ответствующие условные сигналы, эмоции могут и затормозить процесс выделения слюны. Медиатор парасимпатических нервов — ацетилхолин — через М-холи- Механизмы рефлекторной регуляции выделения слюны: I — подъязычная железа; 2—подчелю- стная железа; 3 — околоушная железа; 4 — верхний шейный узел; 5 — подчелюстной узел; 6 — слуховой узел; 7, 10—парасимпатические нервы; 8— «центр слюноотделения»; 9— chorda timpani норецепторы базолатераль- ных мембран клеток активи- рует поступление кальция, ко- торый при участии кальмоду- лина запускает ряд реакций, конечным итогом которых является выделение большого количества слюны с низкой концентрацией органических соединений. Медиатор сим- патических нервов — норад- реналин — через активирова- ние аденилатциклазы и воз- росшее содержание цАМФ приводит к секреции неболь- шого количества слюны, бо- гатой органическими соеди- нениями. Для образования слюны необходимым условием явля- ется увеличение кровотока. При приеме пищи кровоток в слюнных железах резко, порой в 5 раз, возрастает, что обусловлено действием парасимпатических сосудо-
Глава 15. ПИЩЕВАРЕНИЕ 683 расширяющих нервов, а также образующихся местно кининов. Синтезу кининов способствует секретирующиейся со слюной из клеток фермент калликреин, под влиянием которого активируется кининоген плазмы. 15.2.4. Секреторная функция пищевода Среди эпителиальных клеток пищевода разбросаны секреторные клет- ки. В верхней части пищевода находятся отдельные слизистые клетки, а в нижней они сгруппированы в своеобразные железки. Пищеводные желе- зы секретируют сок, наподобие слюны. Железы нижней части пищевода секретируют сок, богатый муцином, благодаря которому слизистая защи- щается от возможного попадания содержимого желудка, что может про- исходить во время глотания, при отрыжке. 15.2.5. Секреторная функция желудка Слизистая желудка содержит несколько типов железистых клеток. Сложно устроенные железы фундального отдела желудка содержаТ глав- ные, париетальные и добавочные клетки. Активные компоненты желудоч- ного сока секретируются преимущественно здесь. Главные клетки выра- батывают пепсиногены, обкладочные — хлористоводородную кислоту (рис. 15.6). Добавочные клетки (покровного эпителия) выделяют мукоид- ный секрет. Клетки пилорического отдела наряду с пепсиногенами секре- тируют гормон гастрин. Желудочные железы секретируют небольшое ко- личество липазы, амилазы Желудочная липаза расщепляет эмульгиро- ванные жиры на глице- рин и жирные кислоты при pH 5,9-7,9. Она вы- полняет свою функцию главным образом у де- тей при вскармливании молоком, расщепляя до 60% его. Суммарная деятель- ность этих желез обес- печивает выделение в сутки 2,0-2,5 л сока. Плотность его 1,002— 1,007 г/см3. Натощак и желатиназы. Слизистая оболочка желудка: а, б — железа дна же- лудка; в — секреторная клетка в активном состоянии (7) среди обкладочных; 2 — секреторный каналец секретируется немного (5-15 мл/ч) сока, pH которого близка к нейтраль- ной. Он состоит преимущественно из слизи и электролитов. Потребление пищи резко усиливает сокообразование и изменяет его состав. Кислую ре- акцию (pH 0,5-1,5) соку придает присутствие НО. Причем, чем выше ско- рость секреции, тем сок становится более кислым, так как при этом все большее число обкладочных клеток начинает выделять свое содержимое наружу.
684 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Пепсиногены Главные клетки синтезируют и выделяют семь неактивных пепсиноге- нов. Пепсиногены первой группы (их насчитывают 5) образуются клетка- ми свода, второй (2 профермента) — привратниковой частью желудка и начальным отделом двенадцатиперстной кишки. В клетке протеазы син- тезируются постоянно и запасаются в виде гранул диаметром 0,5-2,0 мкм. По мере необходимости гранулы зимогена подходят к поверхности клет- ки и выделяют свое содержимое наружу. В процессе пищеварения усили- вается не только выделение, но и синтез пепсиногенов. Активация пепсиногенов происходит в полости желудка, где от их мо- лекулы (мол. масса — около 42500) отщепляется ингибирующий поли- пептид с молекулярной массой около 3200. Процесс активации запускает- ся НС1, а в дальнейшем протекает аутокаталитически, под действием об- разовавшихся первых порций пепсина. Собственно пепсинами принято называть те формы, которые гидролизуют белки при рЙ 1,5-2,2. Те фрак- ции, гидролитическая активность которых максимальна при pH 3,2-3,5, называются гастриксинами. Протеазы желудочного сока расщепляют белки до крупных полипептидов лишь в кислой среде. В нейтральной сре- де (при pH 7,2) они разрушаются сами. Часть пепсина (около 1 %) поступает в русло крови и, обладая малой молекулярной массой, выделяется с мочой (уропепсин). Определение со- держания пепсина в моче служит косвенным показателем протеолитиче- ской активности желудочного сока. Хлористоводородная кислота Хлористоводородная кислота желудочного сока выполняет ряд важ- ных функций: - вызывает денатурацию и набухание белков, способствуя их последую- щему расщеплению пепсинами; - создает кислую среду, в которой активны пепсины; - запускает реакцию активации пепсиногенов; - створаживает молоко; - участвует в регуляции поступления пищевого химуса из желудка в двенадцатиперстную кишку; - обладает бактерицидными свойствами; - участвует в регуляции выработки 5-клетками слизистой оболочки две- надцатиперстной кишки гормона секретина и фермента энтерокиназы. В первые месяцы жизни НС1 образуется в небольшом количестве. К концу первого года секреция кислоты постепенно возрастает, но уров- ня взрослых достигает лишь к 7-12 годам. Механизм образования и секреции HCI Секреция НО — сложный процесс, происходящий в париетальных клетках (рис. 15.7). В этих клетках имеется большое количество митохондрий, что свиде- тельствует о высокой потребности в энергии процесса биосинтеза (около
Глава 15. ПИЩЕВАРЕНИЕ 685 | Рис. 15.7 Механизм секреции НС1 1500 ккал/л сока). НС1 в клетках обра- зуется постоянно, но выделяется, как пра- вило, при пищеваре- нии, а до этого нахо- дится в специальных тубовезикулах (кон- центрация кислоты в клетках — около 160 мМ/л, pH— 0,8). При секреции мемб- рана везикул слива- ется с апикальной плазматической мем- браной, образуя сек- реторный каналец (см. рис. 15.6). В это время резко увеличи- вается число контак- тов канальцевых мембран с митохонд- риями, являющимися не только поставщи- ками энергии, но и ионов водорода для НО. Для этого в клетках исполь- зуются реакции аэробного гликолиза и окисления жирных кислот. Процесс секреции происходит при поступлении соответствующих регу- ляторных сигналов, приводящих к повышению концентрации свободного внутриклеточного Са2+ и взаимодействия его с кальмодулином. При синтезе НС1 между содержимым везикул и плазмой крови создается высочайший градиент концентрации Н+ — примерно 1:1000000. В отличие от этого содержание СГ в желудочном соке около 150 ммоль/л, а в плазме лишь немного меньше— 105 ммоль/л. Таким образом, ведущим механиз- мом образования НО является создание высокой концентрации Н+ Механизм образования НО схематично сводится к взаимодействию следующих процессов. Высокая концентрация Н+ определяется: 1. Образованием в клетках при диссоции воды. Появляющиеся ионы Н+ активно выделяются в каналец в обмен на К+. В этом процессе уча- ствуют Na ,К+-АТФаза и Н ,К+-АТФаза. Н+,К+-насос, расположен- ный на секреторной мембране, закачивает в клетку К+ в обмен на выводимый Н+. 2. Продукты гидролиза воды — ионы ОН образуют с СО2 угольную кислоту. Образование угольной кислоты в секреторных клетках акти- вируется ферментом карбоангидразой. 3. Угольная кислота нестойкая и легко диссоциирует на ионы Н+ и НСОз.
686 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ 4. Во время синтеза НС1 между плазмой крови и клетками наряду с ин- тенсивным обменом воды (поступающей в клетку по осмотическому градиенту) происходит обмен ионов НСОз. Они выделяются через ба- золатеральную мембрану, а затем поступают в кровь. В результате оттекающая от желудка кровь содержит меньшее количество СО2, но имеет значительное большую концентрацию НСОз, чем притекающая артериальная. СО2 поступает как из протекающей крови, так и обра- зуется в самих клетках, при их метаболизме. Поэтому интенсивной секреции НС1 сопутствует рост в крови и моче ионов НСОз. 5. Перенос СГ является пассивным процессом, зависящим от концентра- ционного и электрического градиентов между плазмой и желудочным соком: - они обмениваются с кровью на HCOJ; - этому же процессу способствует отрицательный потенциал секретор- ных клеток (его возрастание с -40 до -70 мВ), создающийся поступле- нием внутрь клетки ионов К+. Мукоиды Важным компонентом желудочного сока являются мукоиды. Выделяясь слизистыми клетками, муцин создает оболочку, которая выполняет функ- цию защиты слизистой от «активных» факторов желудочного сока. Кроме муцина эти же клетки образуют бикарбонаты, которые местно нейтрализуют хлористоводородную кислоту. Муцин, с одной стороны, механически разъединяет слизистую оболоч- ку и содержимое желудка, а с другой — сорбирует и тем самым нейтра- лизует значительное количество кислоты и ферментов. Межмолекуляр- ные взаимодействия мукоидов обеспечивают формирование слизистого геля. Концентрация протеинов, необходимая для формирования геля, со- ставляет 30-50 мг/мл. В результате 1 г его занимает в растворе около 40 мл объема, в то время как 1 г глобулярного белка— менее 1 мл. Вяз- кость слизи зависит от уровня pH. она максимальна при pH 5,0. При бо- лее низких и высоких уровнях pH вязкость слизи снижается. Менее вязкая слизь легче удаляется с поверхности слизистой оболочки, обнажая по- следнюю. Поэтому при повышенной секреции НС1 эпителий слизистой становится более уязвимым. В желудке кроме слизи и бикарбонатов имеется еще один механизм за- щиты слизистой от самопереваривания^клетки покровного эпителия спо- собны обратно всасывать водород и тем самым уменьшать концентрацию кислоты. При хроническом гастрите, когда атрофируются добавочные клетки, образование муцина снижается. Атрофия слизистой и некоторые факто- ры (алкоголь, соли желчных кислот, аспирин) нарушают указанные барь- ерные механизмы, что может привести к язве желудка. При атрофии сли- зистой снижается секреция таких компонентов сока, как хлористоводо- родная кислота и пепсиногены. А если указанные проферменты и секре- тируются, то в отсутствие НС1 они не активируются.
Глава 15, ПИЩЕВАРЕНИЕ 687 Таким образом, желудочный сок состоит из двух компонентов — кис- лотного и основного (слизь). Уровень pH сока зависит от соотношения этих компонентов, содержание которых существенно зависит от процес- сов пищеварения: натощак сок близок к нейтральному, а после поступле- ния пищи он становится кислым. Внутренний фактор Касла Париетальными клетками наряду с хлористоводородной кислотой вы- рабатывается внутренний фактор Касла. Он обеспечивает всасывание в тощей кишке поступающего с пищей витамина Bi2, необходимого для биосинтеза гемоглобина эритробластами костного мозга. Указанный фактор в желудке соединяется с витамином В12, что и предохраняет по- следний от расщепления в кишечнике. В слизистой тощей кишки на мем- бране эпителиальных клеток имеются рецепторы к внутреннему фактору. В результате после абсорбции комплекса на мембране витамин В12 всасы- вается и поступает в кровоток. Без внутреннего фактора всасывается не более */5о витамина, поступившего с пищей. При этом, при практическом отсутствии витамина В12, нарушается гемопоэз, что приводит к заболева- нию — пернациозной анемии. Для ее лечения приходится вводить витамин парентерально. При нарушении механизма синтеза НС1 (ахилических со- стояниях) также может развиваться пернациозная анемия. Регуляция желудочной секреции Натощак железами же- лудка выделяется немного слизистого сока, в кото- ром практически отсутст- вуют хлористоводородная кислота и ферменты. При- ем пищи резко стимулиру- ет секреторные процессы. Это происходит под влия- нием комплекса нервно- рефлекторных и гумо- ральных факторов. Про- должительность секреции, ее интенсивность обуслов- лены синергизмом или ан- тагонизмом воздействия различных регуляторов (рис. 15.8). Механизмы регуляции желу- дочной секреции Механизмы регуляции Гипогликемия, психогенные стимулы, запах, вкус и др.
688 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Основным секреторным нервом является блуждающий: Он обладает двойным механизмом влияния на секреторные клетки. Так, прямой путь влияния медиатора блуждающего нерва — ацетилхолина — на парие- тальные клетки опосредован взаимодействием его с М-рецепторами и за- ключается в стимуляции секреции готовой НС1. Вагусная импульсация способствует также выделению готовых зимогеновых гранул из главных клеток и мукоидов — из слизистых. Во всех этих клетках ацетилхолин-ре- цепторное взаимодействие опосредуется увеличением поступления в клет- ки Са2+. Кроме того, ацетилхолин влияет на секреторные клетки и опосредован- но через стимуляцию образования гастрина и гистамина. Образующийся при этом в G-клетках слизистой оболочки пилорического отдела гастрин выделяется в трех формах: G-34, G-17, G-14 (в зависимости от содержания аминокислот в молекуле). Гастрин, в свою очередь, оказывает воздействие на секреторные про- цессы двумя путями — прямым и опосредованным. Прямой путь регуляции гастрином секреции НС1 заключается в стимуляции проницаемости мем- браны париетальных клеток к кальцию и усилению процессов секреции готовой кислоты. Непрямой путь лежит через индукцию белкового син- теза в секреторных клетках. За счет этого механизма максимум влияния гастрина на выделение ингредиентов сока повышается постепенно к кон- цу первого часа после приема пищи. Гастрин стимулирует синтез и выделение пепсиногенов главными клет- ками и слизи — покровными. Влияние на эти клетки проявляется также двумя формами ответа: быстрым и медленным. Быстрый ответ заключает- ся в стимуляции процесса секреции, а медленный — синтеза. Последний путь приводит к постепенному возрастанию выхода протеаз и заканчива- ется к 6-му часу. Гастрин стимулирует также обновление слизистой оболочки желудка. Образование самого гастрина кроме блуждающего нерва стимулируется под влиянием продуктов гидролиза белков, алкоголя, экстрактивных ве- ществ пищи. Кроме того, гастрин опосредует свой эффект и через стимуляцию обра- зования гистамина. В основе влияния гистамина лежит процесс вовлече- ния внутриклеточного цАМФ — его образование ускоряется. Рост содер- жания цАМФ инициирует белковосинтетические и секреторные процес- сы. Усиливается активность гистидиндекарбоксилазы, повышающей в слизистой оболочке желудка содержание гистамина, и под воздействием блуждающего нерва. Три стимулятора желудочной секреции (ацетилхолин, гастрин и гиста- мин) взаимно усиливают действие друг друга. В клинике применяются препараты, которые блокируют секрецию НС1 несколькими путями. Так, бензогексоний является ганглиоблокатором, атропин — блокатором М-холинорецепторов, а циметидин — блокатором Нг-гистаминовых ре- цепторов.
Глава 15. ПИЩЕВАРЕНИЕ 689 Ингибирование процессов секреции в желудке происходит как посредст- вом торможения образования гормональных стимуляторов, так и непос- редственным влиянием на секреторные клетки. В обоих случаях большин- ство ингибиторов тормозит внутриклеточные процессы образования цАМФ и поступления Са2+. Секреция желудочной НО снижается, когда pH в двенадцатиперстной кишке под влиянием пищевого химуса закисля- ется ниже 4,0. В этих условиях слизистая двенадцатиперстной кишки вы- деляет гормон секретин, тормозящий образование НО. Угнетает секре- цию желудочного сока и жирный химус, поступивший в кишечник. Дан- ное воздействие опосредуется выделением желудочно-ингибирующего пептида (ЖИП) и ХЦК-ПЗ. Все указанные гормоны, образуясь в двена- дцатиперстной кишке, поступают к железам желудка через кровоток. Сек- ретин и ХЦК-ПЗ, тормозя секрецию НО, напротив, стимулируют выде- ление цецсиног.енов': Продукты распада пищи (особенно белков) после всасывания в кровь также стимулируют железы желудка. Они влияют на секреторные клетки как прямо, так и опосредованно через образование гастрина и гистамина. Тормозящее влияние на секрецию желудочного сока оказывают такие гормоны, как соматостатин, энтерогастрин, буль- богастрон, серотонин. Кроме того, секрецию пепсиногенов ослабляют местные тканевые факторы — кинины и простагландины. Причем их со- держание в зоне секреторных клеток увеличивается в период активного секреторного процесса, что несколько сдерживает влияние стимуляторов и способствует наиболее целесообразному и экономичному функциональ- ному ответу. Возбуждение симпатической нервной системы (сильные эмо- ции, интенсивная физическая работа, боль) также угнетает желудочную секрецию. Этот эффект обусловлен, по-видимому, вазоконстрикторным влиянием. Фазы желудочной секреции Резкое усиление секреции желудочного сока в процессе пищеварения, обусловленное комплексом вышеуказанных механизмов, происходит в несколько этапов. Основы их изучения заложены И. П. Павловым, выде- лившим три, перекрывающиеся во времени, фазы желудочной секреции, для каждой из которых характерны свои механизмы регуляции: - мозговая, - желудочная, - кишечная. Мозговая фаза включает условные и безусловные рефлексы. Запускает- ся процесс соковыделения условными рефлексами на вид, запах пищи или даже представление о ней. Поступление пищи в рот, возбуждая рецепто- ры, приводит к выделению не только слюны, но и желудочного сока. В результате этого желудок заранее, еще до принятия пищи, подготав- ливается к ней. Афферентами здесь являются те же нервы, что и для слю- ноотделения. Центры секреции желудочного сока находятся в области промежуточного мозга, в лимбических структурах и гипоталамусе. Эффе- рентным нервом является блуждающий нерв.
690 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ На первую фазу желудочной секреции накладывается вторая — желу- дочная фаза. Обусловлена она присутствием пищи в желудке и продолжает- ся несколько часов. Секреторная активность желудочных желез, стимули- рованная одним лишь наличием пищи в желудке, относительно невелика. Однако, несмотря на то, что объем желудочной секреции, происходящей, например, после прямого вкладывания пищи в желудок, в 2-3 раза меньше, чем при естественном приеме пищи, эта фаза важна для коррекции соковы- деления. Продолжительность выделения сока при принятии пищи той или иной консистенции определяется во многом благодаря соответствующим импульсам с рецепторов желудка. Эфферентами этих рефлексов также явля- ются волокна блуждающего нерва. Во вторую и особенно третью фазы же- лудочной секреции к нервным путям присоединяются эндокринные и пара- кринные механизмы. Как прямое, так и опосредованное гастрином влияние блуждающего нерва на секрецию желудочного сока усиливаются продукта- ми гидролиза белка и других пищевых веществ. Особенно заметно стимули- руют выделение гастрина аминокислоты, дипептиды, алкоголь, экстракты овощей. Кишечная фаза желудочной секреции обусловлена нервными и гумо- ральными механизмами. Нервные влияния с механо- и хеморецепторов кишечника усиливают секреторные процессы в желудке, если сюда посту- пает еще недостаточно переваренный химус. Однако наибольшее значе- ние, особенно в плане коррекции желудочной секреции, принадлежит не нервно-рефлекторным механизмам, а гастроинтестинальным гормонам и продуктам гидролиза пищевых белков. Комплексное влияние медиаторов, гормональных и экстрактивных ве- ществ пищи обеспечивает соответствующее принятой пище время секре- ции и состав выделяемого сока (рис. 15.9). мл 72 г 60 120 0 60 120 0 60 120 мии |Рис. 15.9|. Количество и продолжительность выделения желу- дочного сока при еде: а — мяса; 6 — молока; в — хлеба (по Курцину) Поэтому если человек в течение продолжитель- ного времени питается ка- ким-либо одним типом пищи, то характер секре- тируемого сока может су- щественно измениться. При приеме растительной пищи уменьшается секре- торная активность во вто- рую и третью фазы, не- сколько увеличиваясь в первую. Белковая пища, напротив, стимулирует выделение сока особенно во вторую и третью фа?ы. Причем может трансфор- мироваться и состав сока.
Глава 15. ПИЩЕВАРЕНИЕ 691 15.2.6. Секреторная функция поджелудочной железы Основные процессы переваривания пищевых веществ так же, как и вса- сывания, происходят в тонком кишечнике. Гидролиз различных соеди- нений здесь осуществляется ферментами панкреатического и кишечнрго соков при участии желчи. Особенно велика роль начального участка — двенадцатиперстной кишки, куда открываются выводные протоки поджелудочной железы и печени. Ингредиенты этих соков участвуют в процессах пищеварения не только в этом отделе, но и вдоль всего тонкого кишечника. В тонком ки- шечнике различают два типа пищеварения: полостное и пристеночное. Вначале происходит частичный гидролиз пищевых веществ в полости ки- шечной трубки, а затем эти вещества на мембране эпителия ворсинок рас- щепляются до таких компонентов, которые могут здесь же и всасываться. Состав сока поджелудочной железы Внешнесекреторная деятельность поджелудочной железы заключается в образовании в ацинарных клетках и клетках протоков за сутки 1,5-2,0 л сока, выделяемого в двенадцатиперстную кишку. Сок поджелудочной же- лезы содержит наиболее полный состав ферментов, переваривающих бел- ки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты: несколько пептидаз, липазы, амилазы и нуклеазы. Все они активны в слабощелочной среде (pH 7,0-8,0). Поэтому поступивший сюда кислый химус должен быть доведен до указанного pH. Для нейтрализации кислого желудочного химуса в соке поджелудочной железы в большом количестве (до 125 ммоль/л) содержат- ся бикарбонаты, благодаря которым pH сока поддерживается на уровне 7,8-8,5. Кроме того, в соке содержатся катионы Na+, Са2+, К+, Mg2+ и анионы СГ, SOj", HPOj". Механизм образования и секреции Из крови вначале в ацинарные клетки, а затем и в просвет ацинусов поджелудочной железы выделяется раствор электролитов. Электролит- ный состав первичного секрета по мере нахождения его во внутридолько- вых протоках изменяется. В клетках имеется фермент карбоангидраза, под влиянием которого из СОг и Н2О образуется Н2СОз. Эта нестойкая кис- лота диссоциирует на Н+ и HCOj. В клетках происходит активный обмен НСОз на СГ. Выделяемые в просвет двенадцатиперстной кишки бикарбо- наты нейтрализуют кислоту: NaHCO3 + HCI -* NaCl + Н2СО3. Вместе с электролитами в просвет ацинусов из пузырьков выливаются и зимогены. Амилазы, липазы и нуклеазы поступают из клеток в секрет сра- зу в активном состоянии, а протеазы образуются в ацинусах и хранятся в виде неактивных зимогенов. Предшественниками протеаз являются трипсиноген, химотрипсиноген, прокарбоксипептидазы Ли В, проэластаза, профосфорилаза. В двенадцатиперстной кишке под влиянием образую- щегося здесь специального фермента энтерокиназы трипсиноген превра- щается в трипсин: от С-конца отщепляется гектапептид — ингибитор
692 Раздел Ш. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ трипсина. В последующем уже сам трипсин катализирует процесс актива- ции как следующих порций трипсиногена, так и остальных протеаз. Трипсин, химотрипсин, эластаза расщепляют преимущественно внут- ренние пептидные связи белков пищи. В результате образуются низкомо- лекулярные пептиды и аминокислоты. Прокарбоксипептидазы А иВ рас- щепляют С-концевые связи в белках и пептидах. Альфа-амилаза поджелудочной железы расщепляет полисахариды до олиго-, ди- и моносахаридов. Нуклеиновые кислоты расщепляются рибо- и дезоксирибонуклеазами. На липиды действуют панкреатическая липаз#, фосфолипаза А и эстераза, расщепляющие их до моноглицеридов и жир- ных кислот. Гидролиз жиров усиливается в присутствии Са2+ и солей желчных кислот. При патологии, когда затруднен отток сока или возникает воспаление, происходит преодоление эффекта ингибитора трипсина. В результате трипсин становится активным уже в самой железе, что вызывает ее де- струкцию — панкреатит. Регуляция образования и выделения панкреатического сока Регуляция панкреатической секреции осуществляется комплексом ней- рогуморальных механизмов. Различают три фазы секреции: мозговую, желудочную и кишечную. Вид, запах пищи, ее поступление в ротовую по- лость и желудок рефлекторно запускают выделение панкреатического со- ка. Эфферентным путем, передающим условные и безусловные рефлек- торные сигналы от нервного центра продолговатого мозга, является блуждающий нерв (рис. 15.10). Механизмы регуляции образования и выделе- ния сока поджелудоч- ной железы и желчи: 1— ферменты; 2 — би- карбонаты; 3 — подже- лудочная железа; 4 — печень; 5 — желчеобра- зование; 6 — пища; 7 —ХЦК-ПЗ; 8 — сек- ретин; 9—всосавшие- ся желчные кислоты; 10— двенадцатиперст- ная кишка
Глава 15. ПИЩЕВАРЕНИЕ 693 Секреция начинается уже спустя 1-2 мин после начала принятия пищи. В мозговую фазу выделяется умеренное количество сока, содержащего не- которое количество ферментов, но мало воды и электролитов. Симпати- ческие нервы оказывают трофическое влияние на железу. Их импульсы усиливают синтез органических веществ, но при этом угнетают выделе- ние. Поэтому эмоции и другие состояния, при которых возбужден симпа- тический отдел ВНС, тормозят выделение сока. Во время желудочной фазы продолжается безусловно-рефлекторное выделение сока, но здесь уже активно присоединяются и гуморальные факторы. Им принадлежит ведущая роль в регуляции панкреатической секреции. Под влиянием поступившего в двенадцатиперстную кишку хи- муса образуются два основных ГИГ — секретин и ХЦК-ПЗ. Оба гормона резко усиливают выделение сока. Но если секретин стимулирует выделе- ние сока, богатого бикарбонатами, то ХЦК-ПЗ — богатого ферментами. Как и в желудке, наиболее сбалансировано выделение панкреатического сока при совместном влиянии блуждающего нерва и гормонов секретина и ХЦК-ПЗ. Секрецию поджелудочной железы усиливают также ^гастрин, серото- нин, бромбезин, субстанция Р, инсулин. ^Тормозится выделение сока /ЖИП, панкреатическим пептидом (ПП), глюкагоном, кальцитонином, соматостатином. ? Характер принятой пищи влияет на выделение сока поджелудочной же- лезой опосредованно через выработку соответствующих гастроинтести- нальных гормонов. Так, продукты начального гидролиза белков, жиров стимулируют образование ХЦК-ПЗ, который, в свою очередь, обеспечи- вает ферментообразование. Продукты, вызывающие секрецию НО в же- лудке, стимулируя образование секретина, приводят к выделению сока, богатого бикарбонатами. В результате длительного одностороннего пи- тания состав сока может несколько изменяться: при углеводном питании в наибольшей мере повышается образование амилаз, белковом — проте- аз, жировом — высокой активности липолитических ферментов. 15.2.7. Секреторная функция печени Печень как орган Основными функциями печени являются: - «сосудистая», заключающаяся в создании депонирующей функции и фильтрации крови; - метаболическая; - секреторная; - экскреторная (образование желчи). Печень является биологическим фильтром (барьером) для крови, кото- рая к ней притекает от органов пищеварительного тракта. В ней обезвре- живаются ядовитые соединения, поступившие с пищей или образовав- шиеся в кишечнике, инфекционные и токсические агенты и некоторые лекарственные вещества путем их окисления, присоединения к ним дру-
694 Раздел Ш. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ гих молекулярных групп либо путем выделения с желчью. Важнейшее значение в процессах обезвреживания токсинов имеют ферменты микро- сом гепатоцитов, которые окисляют или восстанавливают токсические вещества. Хотя иногда продукты окисления некоторых веществ (напри- мер, метилового спирта) являются еще более токсичными, чем само ядо- витое вещество. Печень принимает участие в обмене гормонов и витаминов. В ней про- исходит инактивация стероидных гормонов, инсулина' глюкагона, анти- диуретического гормона, гормонов щитовидной железы. Печень является местом синтеза гормона соматомедина, витамина А. Кроме того, для всасывания в кишечнике жирорастворимых витаминов A, D, Е и К необ- ходима желчь. Печень участвует в механизмах свертывания крови. В ней образуются многие факторы свертывающей и противосвертывающей систем крови. Она активно участвует в обмене белков, жиров, углеводов. В ней об- разуется большинство белков плазмы крови, происходит образование мочевины, глутамина. Существенна роль печени в обмене липидов, в ней синтезируются триглицериды, фосфолипиды, холестерин. Важной является также гликогенообразователъная функция печени. Наряду с мышцами, в ней содержатся значительные запасы углеводов. За- пасы гликогена в печени могут достигать 20 % веса органа. Здесь также происходит интенсивное расщепление гликогена. Во внутриутробном периоде жизни печень является органом кроветво- рения, а в постнатальном периоде — депо антианемического фактора, од- ним из органов, где синтезируются некоторые регуляторы кроветворения (эритропоэтин, тромбоцитопоэтин). Кроме того, печень — один из основ- ных органов выработки тепда в организме. Наконец, это один из орга- нов, в которых происходит разрушение эритроцитов, проживших свой срок жизни (печень — кладбище эритроцитов), и где происходит детокси- кация продуктов разрушения гемоглобина. Важной является также экскреторная функция печени, заключающаяся в выведений из организма более 40 соединений, которые синтезируются в самой печени или являются метаболитами крови (холестерин, желчные кислоты, билирубин, щелочная фосфатаза, мочевина, спирты и др.). Морфофункциональной единицей печени являются печеночные дольки, отделенные друг от друга фиброзными капсулами (см. рис. 13.6), пред- ставляющими собой цилиндрики диаметром 0,8-2 мм и длиной несколько миллиметров. В печени их — от 50000 до 100000. Эндотелиальная оболочка кровеносных синусов имеет большие поры (до 1 мкм), которые обеспечивают высокий уровень фильтрации плазмы крови в пространство Disse. Отсюда начинаются лимфатические сосуды. В портальной вене и печени давление крови составляет около 9 мм рт. ст., а в нижней полой вене — около 0 мм рт. ст. Этот градиент давлений обес-
Глава 15. ПИЩЕВАРЕНИЕ 695 печивает ток крови с объемной скоростью до 1,45 л/мин. Кровь, оттека- ющая из кишечника, может содержать микроорганизмы, которые фаго- цитируются активными купферовскими клетками. Наличие пор в синусоидах печени создает высокую проницаемость их для плазмы крови и появления здесь большого количества белков (в нор- ме до 6 г/100 мл). Отток этой жидкости происходит в лимфатические со- суды печени. В норме лимфоотток из печени очень высок — до половины всей лимфы составляет лимфа печени. Развитие соединительной ткани (цироз печени), гибель клеток паренхи- мы создают затруднение для печеночного кровотока. В результате за- трудняется отток крови из селезенки, ЖКТ. Здесь растет кровяное давле- ние (до 15-20 мм рт. ст.), что приводит к переполнению кровью соответ- ствующих вен, их варикозному расширению, увеличению селезенки. При этом также возможна транссудация абдоминальной жидкости через серо- зу органов ЖКТ. Это происходит до возникновения коллатерального от- тока крови. Развитие коллатералей через вены желудка и пищевода не- сколько компенсирует затруднение оттока крови через печень. Желчеобразование В печени за одни сутки образуется около 1,0 л желчи. Она участвует в усвоении жира (без желчи усваивается лишь около 60% жира, поступив- шего с пищей), в регуляции моторики, выведении некоторых продуктов обмена (желчных пигментов, холестерина и др.). Гепатоциты секретируют желчь в просвет желчных капилляров, из ко- торых через внутри- или междольковые протоки она поступает в желчные сосуды. Печеночный проток, образующийся при слиянии желчных сосу- дов, направляет желчь через желчный проток в желчный пузырь или че- рез общий желчный проток сразу в двенадцатиперстную кишку (см. рис. 15.10). Желчь образуется постоянно, а направление ее движения за- висит от процесса пищеварения: в отсутствие пищи желчь направляется в желчный пузырь, а при наличии ее — непосредственно в двенадцатипер- стную кишку. Основным регулятором направления тока желчи является сфинктер Одди, расположенный в устье общего желчного протока. Вне процесса пищеварения сфинктер закрыт, и желчь поступает в желчный пузырь. Концентрационная способность желчного пузыря объемом 50- 80 мл позволяет собирать постоянно образующуюся желчь даже в течение 12 ч (до 400-450 мл печеночной желчи). В кишечнике желчь выполняет следующие функции: 1) эмульгирует жиры, увеличивая их поверхность для гидролиза липа- зами; 2) образует комплексы с жирными кислотами, обеспечивая их всасы- вание; 3) повышает активность панкреатических и кишечных ферментов; 4) регулирует процесс желчеобразования; 5) оказывает бактериостатический эффект.
696 Раздел Ш. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Образование желчи — сложный процесс, включающий активные и пас- сивные механизмы. Поступление воды и различных ионов происходит следующим образом. В просвет канальцев активно (с использованием энергии специальных переносчиков) секретируются соли желчных кислот и Na+. За ними по градиенту осмотического давления диффундирует во- да. Так, в желчь поступает до 60% воды, остальные 40% ее поступают вслед за другими компонентами. К+ и С1' свободно обмениваются между желчью и плазмой крови. В отличие от этого обмен НСОз так же, как и в поджелудочной железе, происходит активно за счет образования боль- шого количества угольной кислоты при участии внутриклеточного фер- мента карбоангидразы. Бикарбонаты обеспечивают слабощелочную среду печеночной желчи (pH 7,3-8,0). Желчные пигменты Желчные пигменты (билирубин, биливердин) являются конечными продуктами распада гемоглобина, который обычно происходит в селезен- ке. Нерастворимый в воде билирубин переносится к печени в связи с аль- бумином. Он имеет красно-желтый цвет, придающий желчи характерную окраску. Зеленого цвета биливердин содержится в желчи в небольшом ко- личестве. В гепатоцитах билирубин образует водорастворимые конъюга- ты с глюкуроновой кислотой. С желчью в кишечник за сутки выделяется 200-300 мг билирубина, 10-20% которого реабсорбируется в виде уроби- линогена, а остальная часть выделяется с калом. Желчные кислоты В гепатоцитах из холестерина образуются желчные кислоты (холевая и хенодезоксихолевая). В желчи они соединяются с гликоколом и таурином. Обычно печеночная желчь содержит 75% гликохолевых и 25% таурохо- левых кислот. Но при углеводсодержащей пище увеличивается количест- во гликохолевых кислот, а при высокобелковой диете — таурохолевых. Желчные кислоты являются необходимыми компонентами пищеварения, обеспечивающими процессы усвоения жира. С калом их выводится лишь около 10-15%. Остальные 85-90% желчных кислот в кишечнике активно реабсорбируются и по портальным сосудам возвращаются к печени. В печеночно-кишечном круговороте участвует в сутки 2,0-4,0 г желч- ных кислот. В течение суток весь цикл повторяется 6-10 раз. За этр время с калом выводится около 0,6 г желчных кислот, которые заменяются их ресинтезом. В желчи находится также и свободный холестерин. Желчный пузырь В желчном пузыре состав желчи существенно изменяется (табл. 15.2), здесь желчь концентрируется.
Глава 15. ПИЩЕВАРЕНИЕ 697 Таблица L5.2 Состав печеночной и пузырной желчи . 1 Компоненты желчи Печеночная желчь Пузырчатая желчь Вода, % 95-98 86-92 Сухой остаток, г/л: 26 133,5 соли желчных кислот 10-11 30-100 жирные кислоты и липиды 1,4 3-12 пигменты и муцин 5,3 9-20 холестерин 0,6 2,6-9,0 неорганические соли 8,4 6,5 Ионы, моль/л: Na+ 145 130 Fe2+ 5 9 Mg2+ 2,5 6 К 100 75 Са2+ 28 10 рн 7,3-8,0 6,0-7,0 Из поступившей в желчный пузырь желчи реабсорбируются вода и ряд компонентов. В результате резко возрастает концентрация других компо- нентов желчи. Перенасыщенный раствор создает возможность образова- ния здесь нерастворимых осадков — желчных камней. Чаще всего встре- чаются холестериновые камни. Холестерин нерастворим в воде, однако присутствие желчных солей и лецитина способствует комбинации холе- стерина в желчи в виде растворимых мицелл. Таким образом, раствори- мое состояние холестерина зависит от соответствующей пропорции солей желчных кислот, холестерина и лецитина. Изменение пропорций их в свя- зи с всасыванием желчных кислот и лецитина в желчном пузыре может привести к желчнокаменной болезни. Этому способствуют: большая сек- реция холестерина (при длительном потреблении большого количества жира), повреждение эпителия желчного пузыря, его воспаление. Регуляция секреции и выделения желчи В печеночных клетках желчь образуется постоянно. Движение ее по желчевыводящим путям зависит от скорости образования, состояния вне- печеночных желчных путей и сфинктеров. С одной стороны, степень на- полнения всех желчных путей, а с другой — сокращение гладких мышц протоков и желчного пузыря создают определенный уровень давления. В общем желчном протоке давление может колебаться от 4 до 300 мм вод. ст. При отсутствии пищи в кишечнике давление в пузыре находится на уровне 60-180 мм вод. ст. В период пищеварения за счет сокращения мышц желчного пузыря давление в нем повышается до 150-260 мм
698 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ вод. ст. В результате при открытом сфинктере Одди желчь из пузыря вы- ходит в полость двенадцатиперстной кишки. Условные и безусловные рефлексы, связанные с приемом пищи, способ- ствуют выделению небольшого количества желчи. Этот период продол- жается 7-10 мин. Затем начинаются более активные попеременные сокра- щения и расслабление желчного пузыря, что при открытом сфинктере Од- ди приводит к выделению пузырной желчи в кишечник. После опорожне- ния желчного пузыря в кишечник поступает менее концентрированная желчь прямо из печени. Во время пищеварения интенсивность образования желчи возрастает вдвое. Основной механизм регуляции образования и выделения желчи при этом — гуморальный. Сокращение мышц желчного пузыря и желчных протоков при одновременном расслаблении сфинктеров вызывает ХЦК- ПЗ^ Секреция богатой бикарбонатами желчи стимулируется секретином ’ Усиливают желчевыделение и поступающие в двенадцатиперстную киш- ку жиры, яичный желток, сульфат магния, сама желчь] Ведущая роль при этом принадлежит ХЦК, образование которого стимулируется под влия- нием большинства из указанных выше веществ. 15.2.8. Секреторная функция тонкого кишечника Вдоль всей тонкой кишки в слизистой оболочке располагаются кишеч- ные железы. Выделяемый ими сок представляет собой мутную, вязкую жидкость. К соку примешивается содержимое клеток активно обновляю- щегося кишечного эпителия. На их мембранах содержится много фикси- рованных ферментов, поступивших в кишечник из поджелудочной желе- зы. Поэтому происхождение ферментов кишечного сока трудно отдиффе- ренцировать. Из более 20 ферментов кишечного сока, обеспечивающих конечные стадии переваривания всех пищевых веществ, можно выделитьХлеишида- зы, щелочную фосфатазу, нуклеазу, амилазы, липазы, лактазу, сахаразу. В кишечном секрете содержится много бикарбонатов, а также хлори- дов и фосфатов натрия, кальция, калия. Уровень pH сока колеблется от L2 до 9,0: чем интенсивнее секреция, тем более щелочной сок выделяется. Из органических веществ можно выделить слизь, белки, аминокислоту. В начальной части двенадцатиперстной кишки, между привратником и фатеровым сосочком, располагаются бруннеровы железы. Эти железы вы- рабатывают щелочной сок, который нейтрализует поступающее сюда же- лудочное содержимое. Сок выделяется быстро в ответ: - на тактильную стимуляцию слизистой; - на импульсы блуждающего нерва; - на влияние ГИГ, особенно секретина. Ингибитором секреции бруннеровых желез является медиатор симпа- тического нерва НА. Поэтому при возбуждении симпатической нервной системы возможно образование пептических язв двенадцатиперстной кишки.
Глава 15. ПИЩЕВАРЕНИЕ 699 В либеркюновых криптах имеется два типа секреторных клеток: - бокаловидные клетки секретируют слизистый сок, функция которого заключается в предохранении слизистой от самопереваривания; - энтероциты, способные секретировать большое количество ионов и воды (до 1800 мл/сут). Эти ингредиенты в норме здесь же активно всасываются вместе с про- дуктами гидролиза пищи. Активируются эти железы так же, как и брун- неровы, местными механизмами: механическое раздражение химусом, пе- ристальтикой и гормонами — ХЦК-ПЗ и секретином. 15.2.9. Толстый кишечник Остатки принятой пищи, непереваренные в тонком кишечнике (300- 500 мл/сут), поступают через илеоцекальную заслонку в слепую кишку. В толстом кишечнике путем всасывания воды происходит концентрирова- ние химуса. Здесь продолжается также всасывание электролитов, водора- створимых витаминов, жирных кислот, углеводов. В отсутствие механического раздражения, то есть при отсутствии в ки- шечнике химуса, выделяется очень небольшое количество сока. При раз- дражении сокообразование увеличивается в 8-Ю раз. Сок содержит слизь и "отторгнутые эпителиальные клетки. Кроме того, эпителиальные клетки слизистой оболочки выделяют бикарбонаты и другие неорганические со- единения, создающие pH сока около 8,0. Переваривающая функция сока незначительна. Основное назначение сока — защита слизистой оболочки от механических, химических повреждений и обеспечение слабощелочной реакции. Регуляции секреторных процессов в тонком и толстом кишечнике На уровне тонкого кишечника отсутствует мозговая фаза регуляции секреторных процессов (сам по себе прием пищи не оказывает стимули- рующего влияния). Выделение кишечного сока обусловлено местными нейро-рефлекторными механизмами, а также действием гуморальных ре- гуляторов и ингредиентов пищевого химуса. Стимуляция обусловлена влиянием химуса через тактильные рецепторы и химические раздражите- ли (кислоты, панкреатический сок, продукты гидролиза белков и жиров). Химические регуляторы обеспечивают приспособление состава сока к конкретному пищевому рациону. Стимуляторами сокообразования в тон- ком кишечнике являются такие гормоны, как секретин, ВИП, ХЦК-ПЗ, мотилин. Соматостатин, напротив, тормозит секрецию. В толстом кишечнике секреция также определяется местными рефлек- сами, обусловленными механическим раздражением. В результате секре- торные процессы усиливаются в 8-Ю раз. 15.2.10. Микрофлора толстого кишечника Существенную роль в процессах пищеварения в толстом кишечнике иг- рает микрофлора. Если в тонком кишечнике встречается относительно небольшое количество микробов, то микрофлора толстого кишечника яв-
700 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ляется необходимым условием нормального существования организма. До 90 % всей микрофлоры составляют бесспоровые анаэробы, остальные 10% — молочнокислые бактерии, кишечная палочка, стрептококки и спороносные анаэробы. Микрофлора кишечника осуществляет: - конечное разложение остатков непереваренных пищевых веществ и компонентов пищеварительных секретов; - синтез витаминов (группы В, К) и других биологически активных ве- ществ; - участие в обмене веществ; - создание иммунного барьера путем подавления патогенных микроор- ганизмов; - стимуляцию развития иммунной системы организма. Под воздействием микробов непереваренные углеводы сбраживаются до молочной и уксусной кислот, алкоголя, СОг и Н2О. Сохранившиеся белки подвергаются гнилостному разложению с образованием токсичных соединений и газов: индола, скатола, водорода, сернистого газа, метана, а также таких биологически активных соединений, как гистамин, тира- мин. Сбалансированное питание уравновешивает процессы гниения и брожения. К примеру, образующиеся при брожении кислые продукты препятствуют процессу гниения. Одностороннее питание приводит к рас- стройству указанных процессов с преобладанием одного из них. У новорожденных толстый кишечник стерилен. Он заселяется микроор- ганизмами в течение первых дней жизни. Чрезмерное увлечение антибиотикотерапией может привести к исчез- новению некоторой части микрофлоры кишечника, что отрицательно от- разится на здоровье человека. Взаимосвязь кишечной микрофлоры и слизистой Сапрофиты толстого кишечника находятся в тесном функциональном взаимодействии с организмом хозяина. Это может проявляться как во взаимосвязанном метаболическом обмене между микрофлорой и эпители- альными клетками стенки кишечника, так и в синтезе микроорганизмами веществ, способных оказывать регулирующее влияние на функцию ки- шечника и организма в целом. Так, ряд продуктов метаболизма анаэробных микроорганизмов может служить основой синтеза в эпителии слизи. Примером таких соединений могут быть летучие жирные кислоты, которые в эпителиоцитах могут ис- пользоваться в качестве энергетических источников окисления и быть пла- стическим материалом для образования муцина. В свою очередь, соедине- ния, входящие в слизь, могут использоваться микроорганизмами. Поэтому в принципе возможно двустороннее нарушение указанных взаимосвязей: - гибель микрофлоры приведет к изменению функции эпителиоцитов; - поражение кишечного эпителия приведет к изменению соотношения между различными микроорганизмами кишечника.
Глава 15. ПИЩЕВАРЕНИЕ 701 Микроорганизмы участвуют и в синтезе таких биологически активных соединений, как ГАМК и глутамат, которые синтезируются многими ана- эробами ZB. fragilis, Ё. colijt Вполне вероятно, что эти соединения, всасы- ваясь слизистой, могут оказывать регулирующее влияние как на сам кишечник, так и на другие органы и системы (вплоть до ЦНС), содержа- щие рецепторы к ним. Так, известно, что ГАМК угнетает перистальтику кишечника, а глутамат повышает его тонус. Естественно, нарушение синтеза микрофлорой указанных соединений может соответствующим образом сказываться и на состоянии указанных органов. 15.3. ДВИГАТЕЛЬНАЯ ФУНКЦИЯ ОРГАНОВ СИСТЕМЫ ПИЩЕВАРЕНИЯ Стенка пищеварительной трубки на всем протяжении имеет примерно однотипное строение. Мышцы ее расположены в три слоя: наружные и внутренние — продольные, а средние — циркулярные. В начальном (полость рта, глотка и начальная часть пищевода) и ко- нечном отделах (наружный сфинктер прямой кишки) пищеварительного тракта передвижение пищи или оставшейся части пищевого химуса совер- шается поперечно-полосатыми мышцами, а в остальных участках — гладкими мышцами. Эти особенности отражаются на механизмах регуля- ции моторики: поперечно-полосатые мышцы управляются как местными рефлексами, так и сознательно, а гладкие мышцы — комплексом цент- ральных и местных нейро-рефлекторных и гуморальных механизмов. Перенос пищи в орально-анальном направлении, ее перемешивание происходят с помощью различного типа волнообразно распространяю- щихся согласованных сокращений циркулярных и продольных мышеч- ных слоев — перистальтических движений (рис. 15.11). Разновидность движений тонкого кишечника: а — маятникообразное; б — сегмента- ция; в — перистальтика
702 Раздел Ш. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ В местах перехода различных отделов ЖКТ (глотки — в пищевод, пи- щевода — в желудок, желудка — в тонкий кишечник, тонкого кишечни- ка — в толстый кишечник и выхода из него) имеется длительное тониче- ское сокращение циркулярных мышц, которые выполняют функцию сфинктеров. Они обеспечивают функциональное разграничение отдель- ных участков пищеварительного тракта и, как правило, препятствуют об- ратному движению пищи (рефлюксу). 15.3.1. Механизм возникновения ритмической активности По ходу пищеварительной трубки имеется три узла — места скопления особого типа гладкомышечных клеток, выполняющих пейсмекерную функцию: - в области кардии желудка на большой кривизне, - в тонком кишечнике сразу за привратником, - в начальном отделе подвздошной кишки. Часть мышечных волокон кишечника образует тонкие сети проводя- щей системы. Одной из характерных особенностей гладких мышц, нагляднее всего представленной в тонком кишечнике, является способность к спонтанной медленной деполяризации и возникающим на их волне спайкам (рис. 15.12). У человека ритмика спонтанной деполяризации возникает с удивитель- ным постоянством около Ю имп./мин. Спонтанная деполяризация обус- ловлена ритмическим изменением активности Na,K-Hacoca. Эта деполя- ризация (5-15 мВ) может распространяться затем к другим гладкомышеч- ным клеткам. Но, в отличие от миокарда, не каждый цикл деполяризации приводит к мышечному со- кращению. Для инициации сокращения необходимо на- кладывание на спонтанную деполяризацию спайкового ПД. Спонтанная деполяриза- ция здесь выражает состоя- ние готовности к последую- щему сокращению. Уровень потенциала по- коя в гладких мышцах ЖКТ -50...-60 мВ. Истинным ПД является спайковый потенци- ал, который возникает при деполяризации мембраны до порогового уровня в -40 мВ. Потенциал действия возни- кает при поступлении ионов кальция через кальциевые Ритмическая активность и ПД гладких мышц каналы. тонкой кишки (по Guyton) По ходу кишечной трубки
Глава 15. ПИЩЕВАРЕНИЕ 703 спонтанный ритм деполяризации постепенно снижается. Электрические контакт^! позволяют клеткам с более быстрым ритмом управлять более медленными клетками (иерархическое соподчинение). 15.3.2. Нейронные структуры ЖКТ Между мышечными слоями имеется межмышечное нервное сплетение, регулирующее моторику. Подслизистое нервное сплетение регулирует не только моторную, но и секреторную функции ЖКТ. Причем в указанных нервных сплетениях имеются все структурные элементы, необходимые для местной рефлекторной регуляции. К органам ЖКТ подходят также и нервы ВНС (симпатические и парасимпатические). А там, где имеются скелетные мышцы, иннервация осуществляется соматическими нервами. Внутристеночные нервные сплетения содержат многочисленные ганглии и нервные связи, соединяющие сплетения как друг с другом, так и с нервны- ми элементами, расположенными в вышележащих отделах ЦНС. Внутрен- ние нервные сплетения обеспечивают также и электрофизиологические контакты гладкомышечных волокон, что позволяет волне деполяризации распространяться через всю массу нейронов и гладкомышечных клеток, согласовывая их сокращения. Для перемешивания и передвижения пищи по ЖКТ вовсе не обязательно вмешательство вышележащих центров симпатического и парасимпатического отделов ЦНС. Здесь ведущая роль принадлежит местным рефлекторным дугам. Об их значимости, формиро- вании «настоящих» нервных центров, вынесенных на периферию, свиде- тельствует и присутствие в этом отделе нервной системы глиальных клеток. Нервные сплетения самого кишечника имеют как афферентные, так и эфферентные механизмы, обеспечивающие возникновение местных ре- флексов. И в них, при поступлении пищи, зарождаются ПД, запускающие перистальтические сокращения мышц. Значение вышележащих отделов ВНС сводится к коррекции местных рефлексов в зависимости от состоя- ния других отделов ЖКТ, всего организма. Афферентные волокна блуж- дающего нерва восходят в продолговатый мозг к ядру одиночного пути (st. Solitarius). Из соседнего двигательного дорсального ядра начинается эфферентный путь блуждающего нерва. Импульсы блуждающего нерва усиливают, а симпатического — ослабляют перистальтику. В нормаль- ном состоянии существует сбалансированность между холинергическими и адренергическими влияниями. Роль внутренних нервных сплетений не сводится только к возникнове- нию ПД. Они служат и для распространения этого возбуждения. Так, по- сле перерезки и последующего восстановления целостности кишечной трубки вначале прерывается передача возбуждения. Развивающаяся сое- динительная ткань блокирует передачу возбуждения через мышечные во- локна. Электрические контакты восстанавливаются лишь после прораста- ния нервных волокон. Кроме того, в регуляции моторики принимают участие гормоны, образу- ) ющиеся в эндокринных органах или самом ЖКТ. Так, мотилин повышает частоту возникновения спайков в гастродуоденальных пейсмекерных узлах.
704 Раздел Ш. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ 15.3.3. Ротовая полость Ротовая полость выполняет несколько функций, связанных с процессом пищеварения. Она служит для захвата пищи, ее пережевывания и анализа. В ротовой полости начинается первичная обработка пищи, выражающая- ся в механическом раздроблении ее при жевании и смачивании слюной. Жевание происходит при движении нижней челюсти, согласованном с пе- ремещением пищи по ротовой полости с помощью языка и мышц щек. Все указанные движения выполняются поперечно-полосатыми мышцами. Жевание — рефлекторный акт, контролируемый рецепторами слизистой оболочки. Импульсы от них передаются по чувствительным волокнам тройничного нерва в продолговатый мозг, к центру жевания. Эфферента- ми являются двигательные ветви тройничного нерва. К жевательному цен- тру подходят пути от моторной зоны коры больших полушарий, благода- ря чему процесс жевания может быть сознательно скорректирован. При жевании происходит перемешивание пищевого комка и пропиты- вание его слюной до консистенции, которая обеспечивает возможность глотания. Сформировавшийся пищевой комок проталкивается в началь- ные отделы глотки. Глотание является рефлекторным актом. Глотательный рефлекс начина- ется с раздражения рецепторов корня языка, нёба или задней стенки глотки. К центру глотательного рефлекса в продолговатый мозг возбуждение поступает по языкоглоточному нерву. Эфферентными путями являются подъязычный, языкоглоточный, тройничный и блуждающий нервы, на- правляющиеся к мышцам полости рта, языка, глотки, гортани и пищевода. Начальная часть глотания производится сокращением поперечно-по- лосатых мышц, поэтому может быть как непроизвольной, так и произ- вольно управляемой. Глоточная и пищеводная фазы глотания непроиз- вольны и совершаются по типу самопроизвольной перисталь- тики. Глоточная фаза быстрая, а пищеводная — медленная (рис. 15.13). При этом происхо- дит согласование сокращения мышц. Сокращение циркуляр- ных мыщц над пищевым ком- ком проталкивает его в ниже- лежащий участок, который расширяется за счет сокраще- ния продольных мышечных во- локон. Координированное сокраще- ние многих мышц проталкивает пищевой комок сначала в ниж- ние отделы глотки, а затем в Изменение давления при глотании пищевод. На своем пути пище- 1 1 2 | Рис. 15.13 [
Глава 15. ПИЩЕВАРЕНИЕ 705 вой комок пересекает дыхательные пути, но в норме не попадает в них. Этому препятствует рефлекторное поднятие мягкого нёба, закрывающее носоглотку, и опускание надгортанника, что при смещении подъязычной кости перегораживает вход в гортань. Центр глотания через ретикулярную формацию ствола мозга связан с другими находящимися здесь и в спин- ном мозге центрами. И при его возбуждении тормозится деятельность ды- хательного центра и снижается тонус vagus'a. Это сопровождается оста- новкой дыхания и урежением сердечных сокращений. При нарушении со- гласованности этих рефлекторных актов или при разговоре, смехе во вре- мя еды может произойти попадание пищевого комка в дыхательные пути. 15.3.4. Моторика пищевода Вне глотательных движений входы как в пищевод, так и желудок за- крыты спастическим состоянием расположенных здесь мышц, образую- щих сфинктеры. Верхний пищеводный сфинктер (ВПС) — участок пищеварительного тракта, находящийся между глоткой и пищеводом (около 2-4 см). Он представлен перстнеглоточной частью и мышечными отделами глотки и пищевода, то есть поперечно-полосатой мускулатурой. Электромиографи- ческие исследования перстнеглоточной мышцы показывают постоянную спайковую активность ее в состоянии покоя. Это свидетельствует о том, что вне процесса глотания указанная мышечная группа находится в состо- янии тонического сокращения, что и обеспечивает закрытие просвета. Указанные мышцы иннервируются соматическими нервами, которые выходят из ядер блуждающего нерва. Процесс глотания прекращает поступление импульсов по данным нервам (команды исходят из центра глотания), благодаря чему обеспечивается релаксация мускулатуры и от- крытие ВПС. Нижний пищеводный сфинктер (НПС) при отсутствии глотательных со- кращений перекрывает вход в желудок. Когда перистальтическая волна докатывается до сфинктера, тонус мышц кардии желудка понижается и пища поступает в полость желудка. Перистальтика пищевода регулируется собственным богатым рецеп- торным аппаратом. Сокращение мышц происходит при поступлении им- пульсов из продолговатого мозга по волокнам возвратного и блуждаю- щего нервов. Типичная перистальтическая волна, распространяясь со ско- ростью 2-5 см/с в сторону желудка, проталкивает пищевой комок. Мыш- цы поддерживают пищевод в тонусе, который в торакальной его части почти в 3 раза ниже, чем в шейной. Этот градиент является одним из ме- ханизмов, сопутствующих продвижению пищевого комка. Дисфункция ВПС вызывает рото-глоточную дисфункцию, выражающу- юся в виде (чувстве) затруднения при глотании, возможности аспирации пищи, или носоглоточный рефлюкс заглатываемой пищи. Зачастую это сопряжено с расстройствами других мышц глотки. Расстройства могут быть как мышечного, так и нейрогенного происхождения. Наиболее час- той причиной нервного нарушения являются сосудистые поражения ство-
706 Раздел HI. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ла мозга (задняя нижняя артерия мозжечка). К аналогичному эффекту мо- гут привести полиомиелит и другие поражения данного отдела ЦНС. Диффузный спазм пищевода Нарушение моторики, именуемое диффузным спазмом пищевода, за- ключается в одновременном единичном пропульсивном сокращении все- го пищевода или в непоследовательном сокращении различных участков его. Такое сокращение отличается большой амплитудой либо продолжи- тельностью, доходящей до 30 с. Эта патология относится к тому отделу пищевода, стенка которого обра- зована гладкой мускулатурой. Дисфагия часто провоцируется приемом го- рячей или очень холодной пищи. В основе спазма пищевода лежит первич- ное поражение мышцы, в которой заложена «программа» пропульсивной перистальтической волны, проходящей при глотании. Нервные влияния из центра глотания участвуют в модуляции и запуске данной программы. Ахалазия — характеризуется неспособностью нижнего пищеводного сфинктера расслабляться при глотании либо неспособностью нижней ча- сти пищевода к нормальному сокращению. Основным механизмом ее яв- ляется дефицит ганглиозных клеток в интрамуральных нервных сплетени- ях пищевода. Одной из причин гибели этих клеток является высокая чув- ствительность их к действию различных токсических агентов. Изменения находящихся здесь волокон блуждающего нерва также приводят к нару- шению нормальной перистальтики пищевода. Развивается своеобразная денервация, приводящая к разъединению и перестройке миофибрилл. При этом, как и при любой денервации, мышечные волокна реагируют сверхактивно на гуморальные и другие медиаторные стимулы. 15.3.5. Моторика желудка Желудок человека может вмещать до 3 л, за счет чего он выполняет функцию депо принятой пищи. Кроме того, в желудке продолжается ме- ханическая и химическая обработка пищи, он является одним из органов APUD-системы (гормонообразующий). Находясь в желудке в течение не- скольких часов, пища перемешивается, набухает, разжижается. Некото- рые ее компоненты растворяются и подвергаются гидролизу ферментами желудочного сока и слюны. Для полноценного выполнения функций следующими за желудком от- делами ЖКТ необходимо дробное поступление химуса в них. Желудок, являясь составной частью пищеварительного конвейера, и выполняет ука- занную задачу. В соответствии с функциональным назначением желудка его гладкие мышцы обеспечивают депонирование, перемешивание и пор- ционную эвакуацию химуса. Мышечная оболочка желудка состоит из трех слоев гладких мышц. Внешний продольный слой наиболее развит вдоль малой и большой кри- визны. Средний круговой слой одинаково хорошо представлен во всех отделах. В пилорической части желудка волокна кругового и продольно- го слоев образуют сфинктер.
Глава 15. ПИЩЕВАРЕНИЕ 707 По своим физиологическим свойствам внутренний косой слой близок к проводящей системе сердца. Скопление мышечных клеток на большой кривизне в проксимальной части тела обладает пейсмекерной активно- стью. В них самопроизвольно генерируется ПД с частотой около 3,2 в минуту, распространяющийся по «проводящей системе» — миоцитам внутреннего слоя желудка. Межмышечные контакты — нексусы обеспе- чивают объединение миоцитов в единый функциональный синцитий. Как и в миокарде, возникновение ПД в пейсмекерных клетках связано с поступлением Са2+. После возникновения деполяризации внутри клетки активируется кальмодулин, а затем и аденилатциклаза. Рост внутрикле- точной концентрации цАМФ — активирует процесс удаления Са2+ из ци- тозоля, что приводит к реполяризации мембраны. После этого цикл по- вторяется. Поскольку ионный транспорт и образование цАМФ процессы энергоемкие, то спонтанная электрическая активность пейсмекерных кле- ток находится в прямой зависимости от уровня АТФ в них. Пустой желудок обладает некоторым тонусом, создающим постоянное, как бы зафиксированное в течение длительного времени, внутриполост- ное давление. Без пищи желудок находится в спавшемся состоянии. Мускулатура желудка может не только сокращаться, но и растягивать- ся. Во время приема пищи происходит постепенная релаксация гладких мышц стенки, так что поступление даже больших порций мало отражает- ся на внутриполостном давлении. Релаксация обеспечивается свойством пластичности самих волокон гладких мышц, а также расслабляющим ре- флекторным влиянием, поступающим по блуждающему нерву. Спустя некоторое время после приема пищи (продолжительность зави- сит от вида поступившей пищи) по желудку начинают прокатываться волны сокращения. Волна зарождается в области расположения карди- ального водителя ритма. Отсюда сокращения мышц распространяются со скоростью 10-40 см/с, постепенно усиливаясь, к пилорическому отделу. Сокращения, как правило, неодинаковой силы и продолжительности. Можно выделить три типа волн: - первый тип — волны низкой амплитуды длительностью 5-20 с; - второй тип — более высокой амплитуды, продолжительностью 12- 60 с. Эти волны удерживают тонус желудка и способствуют медленно- му перемешиванию химуса, непосредственно прилежащего к стенке, с желудочным соком. Они обычно затухают в пилорическом отделе; - волны третьего типа характерны в основном для пилорического от- дела. Они высокой амплитуды, носят пропульсивный характер и спо- собствуют эвакуации химуса в двенадцатиперстную кишку. В течение первого часа после приема пищи перистальтические волны еще слабые. В дальнейшем они усиливаются. При этом, в первую очередь, к привратнику сдвигается пристеночная часть пищи, которая желудоч- ным соком пропитана значительно лучше, чем остальная часть. Если в желудок поступило довольно много пищи, то внутренние слои ее в те- чение 4-6 ч могут оставаться непропитанными желудочным соком. Эти
708 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ части пищевого комка эвакуируются в последнюю очередь. Понятно, что жидкая пища покидает желудок значительно быстрее. Каждое перистальтическое сокращение продвигает пищевой комок к выходу из желудка. Но поскольку они попутно закрывают просвет желуд- ка перед привратником, то лишь часть содержимого проталкивается в двенадцатиперстную кишку. Это самая жидкая часть желудочного содер- жимого, которая находилась около стенки его и была лучше обработана соком. Остальная же часть возвращается в желудок, что способствует по- степенному измельчению плотных пищевых масс. Поэтому после резек- ции антрального отдела желудка пища из него эвакуируется в виде более плотных компонентов. Сокращение фундального отдела желудка имеет малое значение для продвижения пищи. Оно создает такой уровень внутриполостного давле- ния, который позволяет содержимому проходить в антральный отдел. Эта часть играет важную роль в освобождении желудка от жидкой пищи: сокращение его ускоряет прохождение жидкости через желудок. Косой мышечный слой дистального отдела слабо выражен, исключе- ние составляют два широких пучка, лежащие вдоль малой кривизны. Циркулярная мышца по направлению к привратнику постепенно утолща- ется. В этом отделе мембранный потенциал мышечных клеток выше и по- степенно дрейфует. Возникающая в пейсмекере деполяризация (генера- торный потенциал), распространяясь кольцеобразно по дистальной части желудка, определяет характер мышечных сокращений. На частоту и ско- рость возникновения генераторного потенциала оказывают регулирую- щее влияние нервные и гуморальные механизмы. В желудке можно выделить два отдела, которые различаются по функ- циональному назначению и механизмам регуляции моторики. Типичны- ми перистальтическими сокращениями характеризуется антральный от- дел, где волна перистальтики направлена в сторону привратника. Дно же- лудка характеризуется медленными сокращениями, создающими измене- ние тонического напряжения желудка. В этих отделах существенно отли- чается внутренний (косой) мышечный слой. Тонус фундального отдела желудка создается двумя типами мышечных сокращений. Гладкомышеч- ные клетки их имеют ПП около 50 мВ. Они медленно деполяризуются без возникновения ПД. Сокращения их, продолжающиеся в течение 1-3 мин, повышают внутрижелудочное давление до 40-50 см вод. ст. На них на- слаиваются более быстрые фазовые сокращения, продолжающиеся лишь 10-15 с, повышающие давление только на 5-15 см вод. ст. Сокращения указанного отдела желудка подобны тоническим сокращениям нижней части пищевода, и здесь происходит непосредственный межмышечный контакт этих отделов ЖКТ. Регуляция моторики желудка Приходящие нервные волокна способны менять тонус фундального от- дела желудка: Vagus содержит возбуждающие (холинергические) и тормозя- щие (неадренергические) нервные волокна. Посредством ваго-вагального
Глава 15. ПИЩЕВАРЕНИЕ 709 рефлекса, афферентная часть которого расположена в дистальной части же- лудка и тонком кишечнике, стимулируется сокращение проксимального от- дела желудка. Так осуществляется торможение опорожнения желудка в слу- чае поступления в кишечник кислот, осмотически активных веществ. В связи с тем, что основным ионом, инициирующим как возбуждение, так и сокращение гладких мышц желудка, является Са2+, скорость на- растания концентрации его в миоплазме влияет на силу и частоту волн перистальтики. Поэтому, как правило, все воздействия, увеличивающие пропускную способность Са -каналов, усиливают сокращения желудка. Поэтому тормозят моторику желудка те механизмы регуляции, которые приводят к снижению скорости трансмембранного обмена Са2+. Ритм активности местного пейсмекерного водителя модулируется под влиянием механизмов нейрогормональной регуляции. Раздражение рецеп- торов полости рта, пищевода, желудка, кишечника и ряда других органов запускает соответствующие рефлексы. Через посредство периферических и центральных образований ВНС импульсы по парасимпатическим и сим- патическим нервам достигают гладких мышц желудка. Движения желуд- ка стимулирует парасимпатический нерв. Взаимодействие ацетилхолина с М-холинорецепторами увеличивает поток Са2+. Но в составе постганглио- нарных волокон блуждающего нерва имеются нервные окончания, выде- ляющие еще и аденозин. В отличие от ацетилхолина, аденозин, взаимодей- ствуя со специфическими рецепторами, ускоряет выход Са2+ из миоцитов, что обеспечивает расслабление желудка — оптимальную базальную релак- сацию его. Симпатический нерв, напротив, тормозит перистальтику. Постганглио- нарные симпатические волокна оканчиваются как на интрамуральных ганглиях, так и непосредственно на миоцитах. Это определяет механизм торможения. Так, норадреналин, воздействуя на нейронные структуры, блокирует влияние ацетилхолина на них. Действуя непосредственно на ми- оциты, норадреналин тормозит фосфоролитический путь расщепления гли- когена, что сопровождается снижением уровня АТФ и концентрации Са2+. В регуляции моторики желудка принимают участие гастроинтести- нальные гормоны, другие биологически активные вещества и продукты . гидролиза пищи. Моторику стимулируют гастрин, ХЦК-ПЗ, мотилин, се- ротонин, инсулин. Причем гастрин, ХЦК влияют преимущественно на желудочный пейсмекер, а мотилин — на пилорический отдел. Ацетилхо- лин повышает чувствительность миоцитов желудка к мотилину. Тормо- зится моторика желудка секретином, ЖИП, ВИП, бульбогастроном и эн- терогастроном. Продукты гидролиза жира при поступлении в кровь так- же тормозят моторику. Таким образом, регуляция моторики желудка обеспечивается комплек- сом нейрогуморальных факторов. Их взаимодействие наблюдается в есте- ственных условиях жизнедеятельности. Усиление моторики после приня- тия пищи, начавшееся с раздражения п. vagi, подхватывается гормональ- ными регуляторами. Выход пищи из желудка приводит к прекращению
710 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ раздражения нервных окончаний и постепенной ликвидации гумораль- ных раздражителей. В результате мышечный аппарат желудка возвраща- ется к уровню базальной активности. Переход химуса в двенадцатиперстную кишку Когда пища становится жидкой, начинается порционная эвакуация ее в двенадцатиперстную кишку. Смешанная пища в желудке задерживается до 3-8 ч, что определяется: - консистенцией желудочного содержимого, - его осмотическим давлением, - химическим составом пищи, - степенью наполнения двенадцатиперстной кишки. Пища, богатая углеводами, эвакуируется быстрее, а жирами — с наи- меньшей скоростью. Важную роль в порционном поступлении пищевого химуса в кишечник играет сфинктер привратника. Однако и при его удалении скорость эва- куации мало отличается от нормы. Процесс перехода пищи регулируется комплексом механизмов. В пер- вую очередь, имеет значение пропульсивная перистальтика желудка, со- здающая высокое давление в пилорическом отделе желудка. Чем больше градиент давления между желудком и кишкой, тем быстрее эвакуируется содержимое привратника. Пустая двенадцатиперстная кишка ускоряет эвакуацию. Проявление указанных механизмов обусловлено согласован- ным влиянием механорецепторов желудка (ускорение) и двенадцатипер- стной кишки (замедление). Немаловажная роль в регуляции эвакуации принадлежит также согла- сованному действию химических агентов пищи и гастроинтестинальных гормонов. Присутствие в двенадцатиперстной кишке соляной кислоты и жиров тормозит эвакуацию пищи из желудка. Поступление жиров и кис- лого желудочного химуса вызывает высвобождение секретина, ХЦК-ПЗ и ЖИП. Все они тормозят опорожнение желудка. Продвижение жирного или кислого химуса из двенадцатиперстной кишки, нейтрализация его ки- шечным соком облегчают открытие сфинктера и поступление новой пор- ции химуса. Ускоряют эвакуацию пищи мотилин и соматостатин. 15.3.6. Физиопатология моторики желудка Желудочно-пищеводный рефлюкс Наиболее часто встречающейся патологией моторики ЖКТ является заброс пищи из желудка в пищевод. В норме заброс пищи из желудка в пищевод предупреждается рядом механизмов. Главным из них является физиологическая неполноценность нижнего сфинктера пищевода (цирку- лярная гладкая мышца). Тонус сфинктера дополняется сжимающим вли- янием внутрибрюшного давления на дистальную часть пищевода, кото- рая находится в брюшной полости, и давлением на пищевод мышечных стенок пищеводного отверстия диафрагмы. В норме заброс небольшого количества желудочного содержимого в пищевод может быть в момент
Глава 15. ПИЩЕВАРЕНИЕ 711 глотания. Снижение тонуса сфинктера вместе с некоторыми другими со- путствующими факторами (грыжа пищеводного отверстия, нарушение моторики желудка, желудочная гиперсекреция, дуоденальный заброс) приводит к рефлюксу и вне акта глотания. Механизмами, сопутствующи- ми снижению тонуса пищеводного сфинктера, являются: курение, прием алкоголя, употребление большого количества кофе, шоколада, ряда ле- карственных препаратов (атропина, дофамина, фентоламина, нитратов, нитритов и т. д.). Гастроэзофагальный рефлюкс может имитировать ряд патологий, к при- меру ИБС, так как при ней нередко возникают загрудинные боли. Данный рефлюкс может даже послужить причиной развития хронических неспецифи- ческих бронхолегочных заболеваний. Основной механизм обусловлен за- бросом желудочного содержимого в бронхи. Для этого необходима еще и функциональная неполноценность верхнего пищеводного сфинктера, од- ной из физиологических функций которого является предупреждение имен- но такого заброса. Заброс содержимого желудка может служить не только причиной, но и быть отягощающим механизмом некоторых заболеваний бронхолегочного дерева. Полагают, что у каждого десятого больного брон- хиальной астмой может возникать указанная ситуация. Атония желудка Это состояние может быть следствием нарушения механизмов регуля- ции или миогенного происхождения. Среди основных физиопатологиче- ских механизмов атонии можно выделить следующие: - Дизритмия медленных волн приводит к нарушению перистальтики и эвакуации пищи из желудка. - Фиброз мышечного слоя (например, при склеродермии), замещение его коллагеном приводит к нарушению распространения ПД, а значит, и сократимости. - Нарушение вегетативной иннервации (вегетативная невропатия). К примеру, этот вид нарушения перистальтики желудка играет веду- щую роль при диабетическом поражении его. - Изменение метаболизма. Так, генераторный потенциал возникает ре- же, если pH внеклеточной жидкости приближается к 7,0. Столь же часто встречающейся патологией является нарушение эваку- ации пищи из желудка. Рвота Рвота — сложнорефлекторный акт, направленный на удаление наружу желудочного или даже кишечного содержимого через пищевод и полость рта. Защитный рвотный рефлекс возникает в результате раздражения ре- цепторов корня языка, глотки, слизистой желудка, кишечника, брюшины. От указанных органов по различным афферентам симпатических, пара- симпатических и соматических нервов поступают сигналы к центру рвот- ного рефлекса, находящемуся в ретикулярной формации продолговатого мозга. Он расположен вблизи tr. solitarius на уровне моторного ядра
712 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ блуждающего нерва. Эфферентные импульсы идут по волокнам блужда- ющего и чревного нервов к мышцам пищевода, желудка, кишечника, а по двигательным нервам — к мышцам брюшной полости, диафрагмы. Вы- зывают рвоту различные токсические вещества, образующиеся в организ- ме или введенные извне, и некоторые лекарственные соединения (напри- мер, апоморфин), поступающие к центру с кровью. Этому способствует то, что область центра рвоты не имеет выраженного гематоэнцефали- ческого барьера. Кроме того, здесь есть хеморецепторы, к которым по- ступают вещества и из цереброспинальной жидкости. Большое значение имеют и присутствующие здесь серотониновые рецепторы, которые реа- гируют на данное соединение, поступающее через жидкость или выделяю- щееся из нервных окончаний. Кроме того, рвоту могут вызвать импульсы от вестибулярного анализатора и даже условно-рефлекторные механиз- мы, то есть импульсы коры больших полушарий. Акту рвоты предшествуют изменения функции как самого ЖКТ (тош- нота, слюноотделение), так и других систем организма, особенно дыхания (медленное и глубокое дыхание), кровообращения (сужение сосудов) и по- тоотделения. Это обусловлено структурной близостью соответствующих нервных центров и центра рвотного рефлекса. Рвота происходит за счет антиперистальтических движенияй кишечни- ка, желудка. Если перистальтические движения регулируются главным образом местными рефлексами, то в осуществлении ретроградных рвот- ных движений самая активная роль принадлежит центральным сигналам из продолговатого мозга. При чрезмерном раздражении или растяжении стенки кишки (вплоть до подвздошной) начинаются антиперистальтиче- ские волны, которые, распространяясь со скоростью 2-3 см/с, могут воз- вращать кишечный химус в duodenum и желудок. Сильное растяжение этих органов, приводя к резкому сокращению их мускулатуры и расслаб- лению желудочного и пищеводных сфинктеров, при закрытых дыхатель- ных путях выбрасывает пищевые массы наружу. В осуществлении рвот- ного рефлекса принимают участие не только мышечные движения самого ЖКТ, но и мышцы, задействованные в осуществлении дыхательных дви- жений, и мышцы туловища. При этом имеет место синергизм активности тораколюмбального отдела мотонейронов, осуществляющих дыхатель- ные движения (мощные сокращения и расслабление диафрагмы, сокра- щения мышц брюшного пресса), благодаря чему повышается давление в брюшной и грудной полостях. 15.3.7. Моторика тонкого кишечника Моторика тонкой кишки должна обеспечить: - перемешивание содержимого; - продвижение химуса со скоростью, которая необходима для экспози- ции его на поверхности слизистой оболочки для осуществления про- цессов переваривания и всасывания; - перемешивание остатков пищевого химуса в толстый кишечник;
Глава 15. ПИЩЕВАРЕНИЕ 713 - соучастие моторики в предотвращении миграции микрофлоры тол- стого кишечника в проксимальном направлении. Поэтому двигательная функция кишечника должна постоянно адапти- роваться к различному по объему, консистенции и химическому составу содержимому. В связи с тем, что основной механизм переваривания пищи в тонком кишечнике — полостной — осуществляется главным образом под влия- нием сока поджелудочной железы, движения тонкого кишечника должны обеспечивать полное перемешивание порций поступающего химуса с со- ком поджелудочной железы и секретом кишечных желез. Перемешивание обеспечивается перистальтикой, ритмической сегментацией, маятникооб- разными движениями и сокращениями микроворсинок (см. рис. 15.11). Все сокращения происходят на фоне общего тонуса стенок. Ритмическая сегментация заключается в сокращении циркулярного слоя~мышц на участках шириной 1,0—1,5 см, отстоящих друг от друга на 15-20 см. Для маятникообразных движений характерно сокращение не- большого участка продольных мышц, благодаря чему стенка кишки сме- щается по отношению к химусу. При попеременно повторяющихся ука- занных сокращениях химус перемещается «вперед— назад» и тем самым тщательно перемешивается. Продвижение пищи происходит путем перистальтических движений, заключающихся в согласованном сокращении циркулярных и продоль- ных мышечных слоев. При этом выше химуса образуется перехват, а ни- же — расширение полости кишки. Такие волнообразные движения могут распространяться на относительно небольшой отрезок кишечника, сдви- гая в анальном направлении поверхностные слои химуса. Так как почти все пищевые вещества всасываются в тонком кишечнике, то в толстый ки- шечник поступают лишь остатки пищевого химуса. Это происходит пу- тем мощных волн пропульсивной перистальтики. Они появляются обыч- но к концу пищеварения, распространяясь вдоль всего тонкого кишечни- ка. В результате первые порции пищи в толстый кишечник поступают уже спустя 3,5-4 ч, а через 8-10 ч после приема пищи переход химуса в толстый кишечник завершается. Регуляция перистальтики кишечника Движения кишечника происходят под влиянием комплекса регулятор- ных механизмов. Гладкие мышцы стенки обладают автоматией, обуслов- ленной спонтанной деполяризацией пейсмекерных клеток. Ритмика со- кращений создается двумя «узлами», один из которых находится при впа- дении желчного протока в двенадцатиперстную кишку, другой — в под- вздошной кишке. Рефлекторную регуляцию моторики осуществляет главным образом межмышечное сплетение. Раздражителем является растяжение стенки хи- мусом. Местные рефлекторные дуги обеспечивают координированное со- кращение продольных и циркулярных мышц. И если вырезанный участок кишечника вшить обратно, перепутав при этом оральный и анальный
714 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ концы, то естественное направление перистальтики сохранится, и пище- вой комок будет задерживаться выше вшитого отрезка. Автоматия и местные рефлексы корректируются вышележащими цент- рами ВНС, различными нейротрансмиттерами и гормональными факто- рами. Кроме влияния парасимпатических и симпатических нервов, в нер- вных сплетениях кишки обнаружены нейроны, медиаторами которых не является ни ацетилхолин, ни норадреналин. Определенную роль играют серотонинергические волокна (их значение еще не совсем ясно). Парасим- патические нервы преимущественно возбуждают, а симпатические — тор- мозят сокращения тонкой кишки. Усиливают моторику вазопрессин, ок- ситацин, брадикинин, серотонин, гистамйн7~гастрин, мотилин, ХЦК-ПЗ, вещество Р, а также кислоты, щелочи, продукты переваривания/^ Кроме того, в течение всего процесса пищеварения наблюдается посто- янное сокращение и расслабление, то есть движение ворсинок кишечника. Это обеспечивает соприкосновение их с новыми порциями химуса, улучша- ет всасывание и отток лимфы. Движение ворсинок регулируется подслизистым нервным сплетением. Под влиянием кислого химуса в слизистой кишечника появляется гор- мон — дилликинин, усиливающий движение ворсинок. 15.3.8. Моторика толстого кишечника Илеоцекальная заслонка Тонкий кишечник заканчивается илеоцекальным сфинктером — участ- ком длиной около 4 см. Обычно он находится в состоянии тонического возбуждения, создавая давление около 22 мм рт. ст. Растяжение концево- го отдела подвздошной кишки способствует расслаблению, а рост давления в слепой кишке — сокращению сфинктера. Сфинктер «укреп- лен» еще двумя полулунными складками, образующими илеоцекальный клапан. Он выдерживает давление до 40 мм рт. ст. Одним из главных фи- зиологических назначений этих образований является создание барьера для попадания бактерий в тонкий кишечних. Перистальтика толстого кишечника Продвижение остатка пищи в толстом кишечнике происходит относи- тельно медленно: если химус проходит весь ЖКТ за 2-3 суток, то основ- ное время (1,5-2 суток) приходится на толстый кишечник. То есть можно говорить о том, что толстый кишечник выполняет функцию депо непере- варенных и неусвоенных остатков пищевого химуса (резервуарную), фор- мирования каловых масс. Задержка химуса, обеспечивая длительный кон- такт со стенкой кишки, создает благоприятные условия для окончания всасывания преимущественно воды и солей. Наружный продольный слой мышц толстого кишечника располагается в виде полос и находится в постоянном тонусе. При этом сокращение от- дельных участков циркулярного мышечного слоя образует складки и вздутия (гаустры). Волны гаустрации медленно прокатываются по тол-
Глава 15. ПИЩЕВАРЕНИЕ 715 стому кишечнику. В сутки 3-4 раза возникает сильная пропульсивная пери- стальтика, продвигающая содержимое в каудальном направлении. Регуляция движений толстого кишечника осуществляется главным об- разом интрамуральными нервными сплетениями. Местное растяжение толстого’ кишечника также вызывает перистальтические сокращения. Ме- ханические и химические раздражители повышают двигательную актив- ность и ускоряют продвижение химуса по кишке. Поэтому присутствие плохо перевариваемой растительной клетчатки стимулирует перистальти- ку. Вышележащие центры ВНС корректируют местные рефлексы: пара- симпатические нервы стимулируют, а симпатические угнетают моторику толстого кишечника. Регуляция моторики толстой кишки во многом оп- ределяется и рефлексами с других отделов ЖКТ (см. ниже). Гуморальные механизмы также принимают участие в регуляции мо- торики толстой кишки. К примеру, серотонин возбуждает, а адреналин тормозит перистальтику. 15.3.9. Дефекация В сутки образуется 100-200 г кала, состоящего на 75-80% из воды. Сухой остаток содержит целлюлозу и другие непереваренные вещества, 10-30% бактерий, 10-15% неорганических веществ, около 5% жира, сли- зи, спущенногодйителия. Цвет каловых масс обусловлен продуктами раз- ложения желчных пигментов, а запах — H2S, органическими кислотами, индолом и скатолом. Раздражение рецепторов прямой кишки вызывает позыв к дефекации, когда давление повышается до 40-50 мм вод. ст. Вне дефекации оба сфин- ктера закрыты. Внутренний сфинктер образован гладкими мышцами и иннервирован ВНС, а наружный — поперечно-полосатыми мышцами, иннервированными соматическими нервами. Рефлекторная дуга акта дефекации начинается от рецепторов прямой кишки, идет по срамным и тазовым нервам к крестцовому отделу спин- ного мозга в центр дефекации. Эфферентные импульсы по парасимпати- ческому нерву поступают к внутреннему анальному сфинктеру. В свою очередь, расслабление внутреннего сфинктера может запустить рефлексы усиления перистальтики прямой кишки, расслабления наружного сфинк- тера, сокращения мыщц брюшной стенки и диафрагмы. Участие скелет- ных мышц в акте дефекации обеспечивает возможность сознательного влияния на процесс дефекации (этот рефлекс устанавливается в течение первого года жизни). Произвольное сдерживание акта дефекации приводит к увеличению порога возбуждения, так что для возникновения рефлекса необходимо большее наполнение прямой кишки. В связи с этим частое подавление по- зывов может привести к постепенному увеличению порога возбудимости и функциональным запорам. Рефлекс дефекации оказывает ряд рефлекторных влияний на различ- ные другие органы и системы организма. Особенно важно его влияние на сердечно-сосудистую систему: сердечные сокращения учащаются до
716 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ 20 уд./мин, возможен прирост диастолического давления до 20 мм рт. ст., а систолического до 60 мм рт. ст. 15.3.10. Основные моторные рефлексы ЖКТ В желудочно-кишечном тракте имеются межорганные рефлексы, то есть такие рефлексы, которые начинаются раздражением рецепторов од- ного органа, а заканчиваются в другом. Причем конечный эффект может быть двояким: сокращение или, наоборот, торможение. Адекватное раз- дражение любого участка ЖКТ приводит к возбуждению моторики в раз- дражаемом и нижележащих отделах и ускоряет продвижение содержимо- го в каудальном направлении. А в вышележащих отделах моторика мо- жет тормозиться. Основные моторные рефлексы следующие. Пищеводно-кишечный рефлекс. Возникает при росте давления в пищево- де до 2-9 см вод. ст. Через волокна блуждающего нерва стимулируется моторика верхнего отдела тонкой кишки. Это происходит на фоне пред- ыдущего покоя или слабых сокращений кишечника. При сильных сокра- щениях кишечника этот рефлекс не проявляется. Желудочно-кишечный рефлекс. Начинается с раздражения механорецеп- торов желудка. Посредством интрамуральных нервных элементов, vagus’a импульсы достигают тонкого кишечника и проксимальных отделов тол- стого кишечника. К дистальным отделам толстого кишечника импульсы поступают не только по блуждающему нерву, но и по тазовым. В резуль- тате наполнение желудка усиливает перистальтику как тонкого, так и толстого кишечника. Кишечно-кишечный рефлекс возникает при сильном раздражении любо- го отдела ЖКТ и сопровождается угнетением перистальтики других час- тей (исключение — илеоцекальный сфинктер). Рефлекс осуществляется при поступлении пищевого химуса в тонкий кишечник. При этом с уча- стием интра- и экстрамуральной нервной системы усиливается перисталь- тика нижележащих отделов кишечника. Замыкается рефлекс через спин- ной мозг. Эффекторным путем служат чревные нервы. Кроме возбуждающих, здесь имеются и тормозные рефлексы. Рецеп- торное торможение возникает во время еды и проявляется торможением или снижением тонуса верхних отделов тонкой кишки. Афферентный путь рефлекса — рецепторы глотки и корня языка, а эффектор — волокна чревного нерва. Ректо-энтералъный рефлекс является следствием раздражения прямой кишки и сфинктера ампулы и проявляется торможением моторики тол- стой и тонкой кишок. Рефлекторная дуга данного рефлекса начинается чувствительными волокнами блуждающего нерва, передающими возбуж- дение в спинной мозг. Эфферентными волокнами являются симпатиче- ские нервные волокна.
Глава 15. ПИЩЕВАРЕНИЕ 717 15.3.11. Физиопатология моторики толстого кишечника Запоры При ухудшении продвижения пищи через толстый кишечник происходят запоры. В связи с тем, что в толстом кишечнике продолжается всасывание жидкости, длительное нахождение здесь каловых масс приводит к увеличе- нию сухости его. Кроме механических причин (например, развивающаяся опухоль) запор может быть обусловлен и функциональной гипотонией кишечника, обусловленной ослаблением соответствующих рефлексов. В результате со временем может развиться и атония толстого кишечника. Диарея Результатом многих заболеваний кишечника, когда движение химуса ускоряется так, что содержимое его не успевает всасываться, является ди- арея. Кроме того, при диарее реабсорбция воды может снижаться. Наи- более частыми причинами диареи являются бактериальные или вирусные энтериты. Чаще всего поражается толстый кишечник и дистальные отде- лы подвздошной кишки. В результате раздражения слизистой происходит не реабсорбция, а, напротив, даже секреция жидкости и электролитов из крови в кишечник. Возрастание объема содержимого при снижении про- цессов всасывания и приводит к выделению обильного жидкого кала. Кроме того, среди причин развития поноса можно назвать: - повышение осмомолярности содержимого при интенсивном брожении в толстом кишечнике и образовании большого количества углеводов, которые здесь не успевают всасываться; - поступление с пищей большого количества жира, что может привести к образованию жирных кислот с длинной цепью, которые толстым кишечником стимулируют процесс секреции; - увеличение образования простагландинов приводит к снижению ак- тивности процессов реабсорбции. 15.4. ВСАСЫВАНИЕ Основные процессы гидролиза и всасывания происходят в тонком ки- шечнике. В начальной части пищеварительного конвейера (ротовая по- лость и желудок) и конечном отделе (толстый кишечник) эти процессы лишь начинаются или завершаются. Так, например, под влиянием а-амилазы слюны начинается перевари- вание глеводов. Этот процесс происходит в полости рта и в центре пи- щевого комка в желудке до тех пор, пока химус не пропитался HCI и pH его остается нейтральной или щелочной. Здесь же моносахара могут час- тично всасываться. Кроме того, в желудке может всасываться алкоголь, вода, некоторые ионы. Низкая активность абсорбции в желудке обуслов- лена, с одной стороны, изолирующим слоем мукоида, а с другой — высо- кой плотностью соединения эпителиальных клеток, слабой выраженно- стью межклеточных щелей. В толстом кишечнике заканчивается всасывание воды с растворенцы-
718 Раздел Ш. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ми в ней соединениями. Этим обстоятельством можно воспользоваться при нарушении естественного питания, применяя питательные клизмы. 15.4.1. Мембранное пищеварение Функциональная анатомия энтероцитов Всасывание веществ пищи происходит двумя путями: - через энтероцит, - через межклеточное пространство. Два соседних энтероцита слизистой ЖКТ и межклеточное простран- ство между ними составляют единую функциональную единицу, лежащую на базальной мембране. На апикальной поверхности энтероцита имеются микроворсинки, плотность которых в кишечнике уменьшается от орально- го отдела к анальному (от 3500 до 650 на клетку). С этой стороны две соседние клетки соединены плотными контактами. Через межклеточную щедь может проходить вода и растворенные в ней малые молекулы. Этот путь транспорта играет существенную роль во всасывании в верхних от- делах ЖКТ. Указанная функциональная единица существенно изменяется в зависи- мости от активности соответствующего отдела. Так, когда кишечник пустой, то энтороциты плотно прилегают друг к другу. При прступлении пищи плотность контактов между энтероцитами снижается. Во время процесса всасывания часть жидкости и осмотически активных вещертв поступает через межклеточное пространство. Рост гидростатического давления, происходящий как за счет пассивного поступления ионов, так и активного чрезклеточного транспорта (механизм см. ниже) служит дви- жущей силой для поступления воды и минеральных солей в капилляры и лимфатические сосуды, находящиеся в субэпителии. В результате увели- чения межуточного пространства объем энтероцитов уменьшается. В верхних отделах ЖКТ до 90 % веществ транспортируется через сли- зистую путем прохождения через межклеточное пространство. Интенсив- ность этого вида транспорта зависит: - от размеров межклеточного пространства, - от его электрического заряда, - от градиента осмотического давления между внутрикишечным химу- сом и межуточным пространством. Плотные контакты между энтероцитами препятствуют прохождению лишь частиц размером более 0,8 нм. Этот диаметр постепенно уменьша- ется и в толстом кишечнике составляет лишь 0,22—0,25 нм. В результате межклеточный транспорт воды в двенадцатиперстной кишке раза в три более интенсивен, чем в толстой кишке. Поверхность эпителиальных клеток и плотных контактов несет фикси- рованные отрицательные заряды. Поэтому катионы здесь проходят луч- ше, чем анионы. Одной из характерных особенностей энтероцитов является наличие в них большого количества митохондрий, что свидетельствует о высоком уровне энергозависимых механизмов транспорта веществ через клетки.
Глава 15. ПИЩЕВАРЕНИЕ 719 Мембранное пищеварение тонкого кишечника Процессы окончательного гидролиза и всасывания совершаются на мембране эпителиальных клеток кишечника. Сюда поступают частично переваренные ингредиенты после первоначального расщепления под вли- янием ферментов пищеварительных соков в полости кишечника. Фермен- ты, участвующие в расщеплении олигосахаридов и олигопептидов, обра- зовавшихся при внутриполостном пищеварении, располагаются на повер- хности энтероцитов. Микроворсинки энтероцитов тонкого кишечника покрыты слоем глико- каликса (-)то мукополисахариды). На гликокаликсе адсорбированы фёрмен- тыТобразующие своеобразный «малый конвейер». Располагающиеся ближе к полости кишки ферменты переваривают относительно большие молекулы пищевых веществ, которые, проваливаясь между «волосками» гликока- ликса, подвергаются действию следующих гидролаз. У основания глико- каликса ферменты встроены в клеточную мембрану, здесь происходит окончательное разрушение связи в молекулах. Здесь же на мембранах энте- роцитов располагаются системы транспорта, обеспечивающие их всасыва- ние. Этот «малый конвейер» получил название мембранное пищеварение. Ферменты, осуществляющие мебранное пищеварение, образуются сами- ми энтероцитами, а также поступают сюда с химусом. Среди них имеются: а-глюкрзидазы (мальтаза, треглаза), р-галактозидаза (лактаза), глюкоами- лаза, инвертаза — гидролизующие углеводы; пептидазы и щелочная фос- фатаза — гидролизующие пептиды; липазы — гидролизующие липиды. Сам гликокаликс покрыт тонким слоем воды, который не удаляется даже при сильных перистальтических сокращениях. Этот «неперемеши- вающийся водный слой» облегчает всасывание растворимых гидрофильных частиц, препятствуя прохождению липофильных веществ. Наличие складок слизистой кишечника, ворсинок и микроворсинок резко увеличивает общую активную площадь тонкого кишечника, кото- рая у взрослого человека доходит до 200 м2. 15.4.2. Механизмы всасывания Всасывание заключается в переносе веществ из полости кишечника в кровь и лимфу. Каждый тип пищевых веществ имеет свои механизмы всасывания. В то же время в процессах, обеспечивающих всасывание, используются некоторые механизмы, подобные тем, которые участвуют в выполнении других функций, к примеру процессы реабсорбции при мо- чеобразовании. Высокая эффективность всасывания в тонком кишечнике обеспечивается, с одной стороны, благодаря огромной суммарной повер- * хности, с другой — сопряжением процессов гидролиза и всасывания на одной апикальной мембране энтероцитов. Определенное значение в обеспечении всасывания имеет сокращение ворсинок, интенсивность кровотока и лимфотока в них. Причем сбкращё- ние ворсинок, сжимая находящиеся внутри их лимфатические капилляры, способствует оттоку лимфы. А расправление ворсинки создает присасы- вающее действие, облегчающее всасывание. Всасыванию способствует
720 Раздел П1. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ также перистальтика кишечника, которая, повышая внутриполостное давление, обеспечивает прирост фильтрационного давления. В процессе пищеварения резко усиливается кровоснабжение слизистой кишечника. Если вне приема пищи через слизистые проходит около 200 мл/мин крови, то в разгар пищеварения кровоток увеличивается до 500— 600 мл/мин. Обильное кровообращение обеспечивает энтероциты энергией для активных механизмов всасывания. Интенсивный кровоток, кроме того, постоянно поддерживает градиент концентрации веществ и воды между межклеточным содержимым ворсинок и быстро протекающей кровью. Многие вещества всасываются путем активной деятельности энтеро- цитов, вначале поступая в клетку, а затем уже пассивно — из нее в меж- клеточное вещество ворсинок. Другие соединения проходят по межкле- точным промежуткам. Всасывание обеспечивают механизмы пассивного осмоса, диффузии и активного энергозависимого транспорта. При перехо- де веществ через энтероцит имеет значение их растворимость в липидах мембран. При плохой растворимости должны включаться системы специ- альных переносчиков. Поступившие внутрь ворсинки соединения затем проникают в крове- носные или лимфатические капилляры. Кровь от желудка и кишечника оттекает по портальным венам в печень, а затем попадает в общую цир- куляцию. Лишь от слизистой рта и прямой кишки кровь, минуя печень, сразу поступает в общее русло. Сюда же вливается лимфа. 15.4.3. Всасывание продуктов гидролиза углеводов Углеводы всасываются в виде моносахаридов, главные из которых — глюкоза, фруктоза и лактоза. Амилаза слюны расщепляет до 20-40% крахмала, а 50-80 % ее расщепляется панкреатической амилазой. При этом могут образовываться и полимеры глюкозы, которые «дорасщепляются» Расщепление и всасывание углеводов в области гликокаликса эпителиальных клеток тон- кого кишечника. Наиболее активно вса- сываются глюкоза и га- лактоза. Их всасывание обеспечивается сопряжен- ным с Ма+-трансмембран- ным транспортом. Можно выделить два последова- тельных этапа транспорта (рис. 15.14). На базолатеральных мембранах энтероцита ак- тивно функционирует энер- гозависимый натриевый на- сос. Благодаря ему внутри клетки поддерживается низ-
Глава 15. ПИЩЕВАРЕНИЕ 721 кая концентрация Na+. В результате у апикальной мембраны создается электрохимический градиент, и Na+ пассивно, хотя и с помощью специаль- ных переносчиков, проникает внутрь клетки. Этот переносчик имеет «два места»: на одно «садится» натрий, а на другое — глюкоза. На внутренней поверхности мембраны переносчик освобождается от Na+ и глюкозы и «всплывает» наружу. Na+ вначале по градиенту концентрации достигает базолатеральной мембраны, а затем откачивается насосом. Глюкоза пере- ходит через базолатеральные мембраны по концентрационному градиенту. Из межклеточного пространства ворсинок по градиенту концентрации Na+ и глюкоза поступают в кровь и уносятся от кишечника. При высокой концентрации глюкозы часть ее проникает по концентра- ционному градиенту через межклеточные щели. Концентрационный ме- ханизм всасывания глюкозы обеспечивает ее всасывание и в отсутствие Na+ или при блокаде насоса, но происходит это в 100 раз медленнее. Пу- тем простой диффузии в клетки поступает манноза, а облегченной — фруктоза. При этом фруктоза, абсорбируясь на поверхности клетки, поступает внутрь ее по концентрационному градиенту, где может превра- щаться в глюкозу. В разных отделах тонкого кишечника скорость всасывания глюкозы различна, например в тощей кишке она в 3 раза выше, чем в подвздош- ной. На скорость всасывания углеводов влияет диета и ряд других факто- ров. Некоторые аминокислоты тормозят всасывание глюкозы. Всасыва- ние глюкозы усиливают глюкокортикоиды, тироксин, инсулин, серото- нин, Цистамин и соматостатин тормозят всасывание. Парасимпатические нервы усиливают, а симпатические ингибируют всасывание углеводов. 15.4.4. Всасывание продуктов гидролиза белков Аминокислоты и олигопептиды всасываются главным образом по ме- ханизму, сходному с угле- водами, путем сопряжен- ного с Na+ активного транспорта (рис. 15.15). Количество аминокислот, всасывающихся путем простой диффузии, неве- лико. Скорость всасывания различных аминокислот не одинакова. Так, быст- рее других всасываются аргинин, метионин, лей- цин, а медленнее — ала- нин, серин, глютаминовая кислота. L-формы амино- кислот всасываются ак- тивнее, чем D-формы. Расщепление и всасывание белков: 1-4 — транспор- тные белкн различного типа аминокислот; 5 — пеп- тидазы цитозоля
722 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Предполагают наличие четырех типов систем транспорта аминокислот через апикальную мембрану энтероцита: 1) неполярные (гидрофобные) аминокислоты (валин, фенилаланин, аланин и др.); 2) положительно заряженные (основные) аминокислоты (аргинин, ли- зин, гистидин); 3) полярные (гидрофильные) незаряженные аминокислоты (например, глицин); 4) отрицательно заряженные (кислые) аминокислоты (глутаминовая и аспарагиновая кислоты). Также путем активного транспорта внутрь энтероцитов может посту- пать некоторое количество олигопептидов. Но здесь они под влиянием пептидаз цитозоля расщепляются до аминокислот. В области базальной и латеральных мембран аминокислоты по гради- енту концентрации поступают в межклеточное вещество ворсинок. Здесь они всасываются в кровь и по венам оттекают к печени. Нуклеопротеииы гидролизуются и всасываются так же, как и другие белки, а нуклеотиды всасываются с помощью специальных транспортных белков. 15.4.5. Всасывание воды и минеральных солей В сутки через пищеварительный тракт проходит около 10 л воды, из которых 2-3 л поступает с пищей, а 6-7 л — с пищеварительными сока- ми. С калом выделяется лишь 100-150 мл воды, а остальное ее количество всасывается в тонком кишечнике. Небольшая часть воды всасывается в желудке и толстом кишечнике. Вода всасывается преимущественно в верхних отделах тонкого кишеч- ника. Осмотическое давление пищевого химуса на всем протяжении ки- шечника почти всегда равно таковому у плазмы. Всасывание углеводов, аминокислот и особенно минеральных солей способствует одновременно- му всасыванию воды. По осмотическому градиенту вода легко проникает через барьер в обе стороны. И если, к примеру, в луковице двенадцати- перстной кишки находится гиперосмотический химус, то вода уже посту- пает сюда из крови. Вместе с водой абсорбируются и водорастворимые витамины. Поэтому все факторы, нарушающие процесс всасывания пи- щевых веществ, затрудняют и водный обмен организма. Решающую роль в переносе воды через мембраны и межклеточные промежутки играют ионы Na+ и СР. В сутки всасывается около 25-30 г поваренной соли: 5-8 г — из пищи, а остальное — из соков. Как указано выше, Na+ активно абсорбируется из полости кишечника. Вслед за ним гю электрохимическому градиенту поступают ионы СГ. и НСОз. В кишеч- нике происходит также и обменная диффузия Na+ на К+, а СГ на НСОз (рис. 15.16). Минералокортикоид альдостерон повышает активность всасывания
Глава 15. ПИЩЕВАРЕНИЕ 723 Последовательные этапы всасывания воды и солей Na+ и воды. Абсорбция Na* усиливается и под влиянием других кортико- стероидов. Двухвалентные ионы всасываются медленнее одновалентных, а Са2+ — быстрее, чем Mg2*. Всасывание многих двухвалентных ионов совершается активно, с помощью транспортных систем. Функциональная активность этих систем находится под контролем соответствующих механизмов регу- ляции. Так, основное количество Са2+ всасывается активно в зависимости от потребности организма. Для переноса его необходим кальцийсвязыва- ющий белок. При этом всасывание Са2* регулируется соотношением гор- монов гипофиза, надпочечников и, особенно, щитовидной (кальцитонин), паращитовидной (паратгормон) желез и витамином D3. Mg2* всасывается системами, общими с Са2*, и поэтому они взаимо- крнкурентны: один может «мешать» всасыванию другого. Железо, всасы- ваясь активно, в энтероцитах соединяется с транспортным белком — апо- ферритином. Обычно всасывается небольшой процент железа пищи, но при интенсификации кроветворения, в связи с ростом потребности орга- низма в этом микроэлементе, процесс всасывания усиливается. 15.4.6. Переваривание и всасывание жиров Липидная основа мембраны энтероцитов обеспечивает своеобразные механизмы всасывания жиров. Большинство жиров пищи (до 90%) — это триглицериды с длинной (16-18) цепью атомов углерода. Скорость всасы- вания их в тонком кишечнике зависит не только от гидролиза, но и эмульгирования. В желудке жиры образуют капельки диаметром около 100 нм. В тонком кишечнике, в его щелочной среде, при наличии белков, продуктов расщепления, предшествующей порции жиров,. лецитина, желчных кислот образуется эмульсия с размерами частиц до 5 нм; Жиры расщепляются под действием панкреатических липаз. Желудоч- ные и кишечные липазы имеют второстепенное значение. Важную роль в гидролизе жиров играет процесс эмульгирования (рис. 15.17). Количество липазы, поступающей из поджелудочной железы, столь велико, что к то- му моменту, когда химус достигает середины двенадцатиперстной кишки 80% его жира уже гидролизуется. Поэтому при поражении поджелудоч-
724 Раздел Ш. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Схема переваривания и всасывания жиров: I — мицелла; 2 — жирные кислоты со средними це- пями; 3 — встраивание в мембрану клетки; 4— хиломикрон; 5—липопротеины; 6—жирные кислоты ной железы нарушение усво- ения жира не выявляется. Это происходит лишь при полном ее разрушении. Помимо липазы сок под- желудочной железы содер- жит и другие ферменты, ги- дролизующие липиды. Так, под влиянием фосфолипазы А2 в присутствии желчных кислот от лицитина отщеп- ляется жирная кислота и об- разуется лизолецитин. Холе- стеролэстераза высвобож- дает холестерол. Для всасывания имеет значение длина цепи образу- ющихся жирных кислот. - Жиры с короткими и средними цепями (около 30% всех триглицеридов пищи) диффундируют в энтероциты, а затем в кровь в интактном состоя- нии. Поступая в печень, жирные кислоты служат основой синтеза в ней ЛПНП и ЛПВП. - Так как продукты гидролиза большинства липидов плохо растворяются в воде, то в кишечнике они находятся в составе водорастворимых мицелл, которые образуются взаимодествием их с желчными кислотами, Проник- новение через апикальную мембрану внутрь энтероцита жирных кислот с длинными цепями и холестерина происходит в составе мицелл. Для этого в химусе должно содержаться более 2-5 ммоль/л (критиче- ская концентрация) желчных кислот и тогда при pH 6,0-6,5 формируются мицеллы. Мицеллярные комплексы обеспечивают проникновение жир- ных кислот через липидную оболочку энтероцитов. Внутри клетки про- дукты распада жиров ресинтезируются в триглицериды, фосфолипиды, холестерин. В области аппарата Гольджи синтезированные жиры соеди- няются с различными апопротеинами и образуют хиломикроны и ли- попротеины очень низкой плотности. Эти образования накапливаются в секреторных везикулах, которые покидают энтероцит путем экзоцитоза через боковые мембраны, и из соединительнотканного пространства про- никают в лимфатический сосуд. Усвояемость жиров пищи очень высокая (50-95%). Так как основное количество жиров всасывается в лимфу, то через 3-4 ч после приема жир- ной пищи, когда лимфа начинает поступать в кровь, плазма крови стано- вится похожей на молоко. Желчные кислоты, «проведя» через мембрану энтероцитов жирные кислоты, сами почти полностью так же всасываются и затем через русло крови вновь возвращаются в печень. Всасывание желчных кислот проис-
Глава 15, 725 ходит активно в концевом отделе подвздошной кишки либо пассивно — в других отделах кишечника. Но для пассивного всасывания (по концен- трационному градиенту) необходимо расщепление их конъюгатов и деги- дроксилирование под влиянием кишечных бактерий. Всасывание жиров усиливают секретин, ХЦК, а также гормоны коры надпочечников, щитовидной железы, гипофиза. Парасимпатические вли- яния усиливают, а симпатические тормозят всасывание жиров. Всасывание жирорастворимых витаминов (А, D, Е, К) сопряжено с ус- воением жиров. 15.5. ОНТОГОНЕЗ СИСТЕМЫ ПИЩЕВАРЕНИЯ Во внутриутробном периоде основной путь поступления питательных веществ плоду — трансплацентарный. Такой тип питания называется ге- матотрофным. Плацентарная мембрана легко пропускает глюкозу, ами- нокислоты, дипептиды и другие соединения, необходимые плоду для об- менных процессов. Большинство белков, липидов и полисахаридов в пла- центе вначале подвергается ферментативному гидролизу. В кровь плода они поступают в виде мономеров. Но с 4-5-го месяцев внутриутробного развития начинается деятель- ность органов пищеварения. И к гематотрофному питанию присоединя- ется амниотрофное — поступление околоплодных вод. Амниотическая жидкость в ЖКТ плода поступает при сосательных, глотательных и ды- хательных движениях. В последний месяц плод поглощает до 1 л жидко- сти в сутки. Ферментативная активность наиболее важного отдела пище- варительной системы — тонкой кишки формируется раньше, чем других отделов. В период внутриутробного развития постепенно формируется и эндокринный аппарат ЖКТ. Постепенно нарастает число эндокринных клеток, а в них повышается содержание ГИГ. После рождения появляется лактотрофный тип питания. Молочное вскармливание обеспечивает растущий организм необходимым пластиче- ским и энергетическим материалом. С молоком матери поступают витами- ны, ферменты, минеральные вещества, биологически активные соедине- ния, множество защитных факторов. Начиная с 5-6-го месяцев к материн- скому молоку добавляется прикорм, и ребенок постепенно переводится на дефинитивное питание. Процессы последовательного перехода от одного типа питания к другому определяются этапностью формирования системы пищеварения и механизмов регуляции. Более раннее применение смешан- ного питания ускоряет развитие пищеварительной системы. В гидролизе питательных веществ, содержащихся в грудном молоке, участвуют ферменты не только желез пищеварительного тракта ребенка, но и самого молока. Слюна новорожденного служит главным образом для создания герметичности между соском и губами при сосании. Фермента- тивная активность слюны невелика, но достаточна для створаживания молока в желудке. Амилаза слюны новорожденных составляет примерно Ц активности взрослых. В течение первых двух лет ферментативная активность слюны повышается. Ведущее значение для регуляции слюноот-
726 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ деления играют рефлексы с рецепторов языка и слизистой оболочки рта. Условный слюноотделительный рефлекс формируется в течение первого года жизни. Желудок новорожденных имеет емкость 5—10 мл, постепенно увеличи- ваясь к концу года до 250-300 мл. Дифференцировка главных и обкладоч- ных гландулоцитов происходит еще в период внутриутробного развития. Причем главные клетки начинают функционировать раньше обкладоч- ных: пепсиногены появляются раньше, чем хлористоводородная кислота. Развитие секреции НС1 зависит от типа питания. Перевод на искусствен- ное вскармливание увеличивает кислотность сока в 2-4 раза. С возрастом увеличивается также и плотность желез на поверхности слизистой. Фер- ментативная активность сока зависит от типа питания: в первые месяцы практически не расщепляются растительные белки и белки мяса. Длина кишечника у детей по отношению к длине тела больше, чем у взрослых: у новорожденных — в 8,3 раза, а у взрослых — в 5,4 раза. Сек- реторная активность поджелудочной железы и печени более низкая, чем у взрослых. В силу этого у ребенка первого года жизни преобладает при- стеночное пищеварение. В раннем возрасте остается еще относительно высокой проницаемость мембраны тонкого кишечника, и некоторое ко- личество высокомолекулярных веществ пищи продолжает всасываться и поступать в кровоток нерасщепленными. Заселение толстого кишечника микрофлорой начинается уже в течение первых 2-4 суток жизни. Нормальная микрофлора принимает участие в 'пищеварении, формировании иммунологической реактивности, угнете- нии развития патогенной микрофлоры, синтезе ряда витаминов, инакти- вации рядя физиологически активных соединений. На ранних этапах развития формируются гормональные и местные си- стемы регуляции секреторной активности и моторики ЖКТ. Централь- ные нервно-рефлекторные механизмы подключаются на более поздних этапах возрастного развития. Окончательное формирование системы пищеварения заканчивается к возрасту полового созревания. После 40 лет постепенно развиваются про- цессы снижения функциональных резервов большинства органов системы пищеварения. Однако в норме процессы поступления и переработки пи- щи остаются вполне адекватными возрастным потребностям в пищевых веществах. 15.6. КЛИНИЧЕСКИЯ ФИЗИОЛОГИЯ ЯЗВЕННОЙ БОЛЕЗНИ Важную роль в генезе заболеваний органов ЖКТ играют местные за- щитные механизмы слизистой оболочки. К ним относятся: плазматические клетки, межэпителиальные лимфоциты, лимфоциты собственной пластин- ки слизистой оболочки. Эти клетки участвуют в неспецифической защите и иммунных процессах (функция клеток подробно разбиралась в гл. 10.11). Язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки является следст- вием дисбаланса между возрастанием секреторной активности желудоч-
Глава 15. ПИЩЕВАРЕНИЕ 727 ного сока (особенно НО) и снижением защитных барьеров слизистой. К последним относится тесное расположение эпителиальных клеток и вы- сокая устойчивость мукоидных клеток, продуцирующих муцин, а также бикарбонаты соков. Снижение активности этих барьеров, чему особенно способствуют воспалительные заболевания слизистой, приводит к их ос- лаблению. И, например, при гастритах растет проницаемость слизистой для ионов водорода. Диффундируя внутрь слизистой, они дополнительно снижают активность мукоидных клеток. Желудочный секрет вызывает образование пептических язв, которые в дальнейшем могут перейти в яз- ву желудка, двенадцатиперстной кишки. Снижению активности барьеров способствуют и такие факторы, как курение, алкоголь, стресс, прием ас- пирина. Кроме того, у подавляющего большинства больных (около 75- 80 %) в слизистой обнаружен и бактериальный фактор, что свидетельст- вует о нарушении у них и иммунных механизмов. В случае различного рода повреждений слизистой оболочки желудка и двенадцатиперстной кишки, под эпителий начинают активно проникать различные микроор- ганизмы (чаще всего — Helicobacter pylori). К тому же через поврежден- ный эпителий одновременно с микробными антигенами могут проникать и различного рода антигены пищевого происхождения. Кроме патогене- тического влияния на развитие самого язвенного процесса, избыточное поступление антигенов способствует сенсибилизации организма, возник- новению различного рода аллергических реакций. Не вдаваясь в подробности этого специфического вопроса, для приме- ра можно указать на то, что в острой фазе язвенной болезни желудка у больных наблюдается сочетание нарушений местных неспецифических факторов защиты с нарушением в иммунной системе. В острой фазе в слизистой оболочке желудка снижается содержание Т-лимфоцитов, а по- вышается — В-лимфоцитов. В этот период резко возрастает уровень IgG, IgM и IgA, которые вырабатываются иммунными клетками организма; при сниженном по сравнению с фазой рубцевания уровне slgA вырабаты- вается клетками самой слизистой оболочки желудка. В фазе рубцевания язвы происходит противоположная динамика: в слизистой возрастает ко- личество Т-лимфоцитов, снижается их супрессорная разновидность, а воз- растает количество Т-хелперов. Содержание иммуноглобулинов при этом противоположно вышеописанному. Но между реакциями взаимодействия различных иммуноглобулинов с антителами имеется существенное различие. Так, антитела IgA взаимо- действуют с антигенами без вовлечения системы комплемента. Реакция IgG с антигенами происходит при участии комплемента. Но при этом об- разуются иммунные комплексы, обладающие повреждающими ткани свойствами. В гастродуоденальной зоне больных с язвенной болезнью возможны иммунологические реакции по типу феномена Артюса. Такие воспалительные реакции имеют склонность к обострению и непрерывно- му течению с периодами ремиссии и обострения. Лечение язвенной болезни должно основываться на сочетании антиби-
728 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ отикотерапии и угнетения секреции сока, особенно НО, что достигается наиболее эффективно путем блокады гистаминовых (Н2) рецепторов (например, ранитидином). При этом интенсивность секреции снижается на 70-80%. Вопросы д №1 Какие составные части пищи и продук- тов ее переваривания усиливают мото- рику кишечника? Выберите три наиболее правильных ответа: А. Черный хлеб Б. Овощи В. Жиры Г. Белый хлеб Д. Мясо №2 Какова основная роль гастрина: А. Активирует ферменты поджелудочной же- лезы Б. Превращает в желудке пепсиноген в пеп- син В. Стимулирует секрецию желудочного сока Г. Тормозит секрецию поджелудочной же- лезы №3 На какой из собак возможно наблюдать в чистом виде сложнорефлекторную фазу секреции желудка: А. На эзофаготомированной собаке с желу- дочной фистулой Б. На собаке с желудочной фистулой В. На собаке с изолированным по Павлову желудочком №4 Какова реакция слюны и желудочного сока: А. pH слюны 0,8-1,5, pH желудочного сока 7,4-8. Б. pH слюны 7,4-8,0, pH желудочного сока 7,1-8,2 В. pH слюны 7,4-8,0, pH желудочного сока 0,8-1,5 Г. pH слюны 7,1-8,2, pH желудочного сока 7,4-8,0 повторения №5 Роль секретина в процессе пищеваре- ния: А. Стимулирует секрецию НО Б. Тормозит секрецию желчи В. Стимулирует секрецию сока поджелудоч- ной железы №6 Какое вещество из перечисленных при его введении в кровь вызывает обиль- ную секрецию желудочного сока: А. Энтерогастрон Б. Адреналин В. Атропин Г. Гистамин №7 Как влияют указанные ниже вещества на моторику тонкого кишечника? Выберите наиболее правильный ответ: А. Адреналин усиливает, ацетилхолин тор- мозит Б. Адреналин тормозит, ацетилхолин усили- вает В. Адреналин не влияет, ацетилхолин уси- ливает Г. Адреналин тормозит, ацетилхолин не влияет №8 Вставьте пропущенные слова, выбрав наиболее правильные ответы. Стимуляция парасимпатических нер- вов ... величину секреции слюны с ... концентрацией органических соедине- ний. А. Увеличивает, низкой Б. Уменьшает, высокой В. Увеличивает, высокой Г. Уменьшает, низкой
Глава 15. ПИЩЕВАРЕНИЕ 729 №9 Какие условия способствуют открытию пилорического сфинктера в желудке: А. Щелочная среда в пилорусе желудка и кислая в 12-перстной кишке Б. Кислая среда в пилорусе желудка и ще- лочная в 12-перстной кишке В. Щелочная среда как в пилорусе желуд- ка, так и в 12-перстной кишке Г. Кислая среда как в пилорусе желудка, так и в 12-перстной кишке №10 Под действием какого фактора нераст- воримые жирные кислоты превращают- ся в пищеварительном тракте в раство- римые: А. Под действием липазы сока поджелудоч- ной железы Б. Под воздействием липазы желудочного сока В. Под воздействием желчных кислот Г. Под воздействием соляной кислоты же- лудочного сока №11 Что вызывает набухание белков в пи- щеварительном тракте: А. Бикарбонаты Б. Желчь В. Соляная кислота Г. Кишечный сок №12 Как изменяется секреторная функция и моторика тонких кишок, если во время операции кишечник был денервиро- ван? Выберите наиболее правильный ответ: А. Наблюдается гипосекреция сока и усиле- ние моторики Б. Наблюдается гиперсекреция сока и угне- тение моторики В. Секреция сока не меняется и угнетается моторика Г. Наблюдается гиперсекреция сока и уси- ление моторики №13 Собаке в ротовую полость попал песок. Будет ли при этом отделяться слюна: А. Отделяться не будет Б. Будет отделяться в большом количестве, но бедная ферментами В. Будет отделяться незначительно, но бу- дет бедна ферментами №14 Назовите, какие из перечисленных ни- же веществ являются естественными эндогенными стимуляторами желудоч- ной секреции. Выберите наиболее пра- вильный ответ: А. Гистамин, гастрин, секретин Б. Гистамин, гастрин, энтерогастрин В. Гистамин, соляная кислота, энтерокиназа Г. Гастрин, соляная кислота, секретин №15 Будет ли всасываться в кишечнике глюкоза, если в крови концентрация ее равна 100 мг%, а в просвете кишечни- ка— 20 мг%: А. Не будет Б. Будет №16 Как изменится моторная функция ки- шечника, если собаке ввести атропин: А. Моторная функция кишечника не изме- нится Б. Наблюдается ослабление моторной функ- ции кишечника В. Наблюдается усиление моторной функ- ции кишечника №17 В эксперименте на собаке была разру- шена область ядра лицевого нерва. Как отразится на слюноотделении про- изведенная операция: А. Слюноотделение не изменится Б. Будет выделяться слюна только около.уш- ной железы В. Будет выделяться слюна подъязычной и подчелюстной железами №18 Какое вещество при введении в кровь вызывает торможение выделения со- ляной кислоты в желудке: А. Гастрин Б. Гистамин В. Секретин Г. Продукты переваривания белков
730 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ №19 У больного после травмы полностью нарушена связь спинного мозга на гра- нице между грудным и поясничным от- делами. Каким образом это поврежде- ние отразится на акте дефекации: А. Существенно не отразится Б. У больного будет наблюдаться непроиз- вольное отделение кала В. У больного будет увеличено отделение кала №20 Какое из перечисленных ниже веществ усиливает движение ворсинок кишеч- ника: А. Гистамин Б. Адреналин В. Вилликинин Г. Секретин №21 Какое из перечисленных ниже веществ усиливает моторику желудка: А. Гастрин Б. Энтерогастрон В. Холецистокинин-панкреозимин Г. ВИП №22 Выделите из перечисленных ниже ве- ществ гормоны, которые вырабатыва- ются в 12-перстной кишке: А. Секретин, энтерогастрин, вилликинин, га- стрин Б. Секретин, энтерогастрин, виллликинин, холецистокинин В. Секретин, энтерогастрин, глюкагон, гис- тамин №23 В каком из вариантов исчерпывающе и правильно перечислены функции желу- дочно-кишечного тракта? А. Моторная, секреторная, экскреторная, всасывание Б. Моторная, секреторная, всасывание, экс- креторная инкреторная В. Моторная, секреторная, всасывание, инк- реторная №24 Желудочный сок содержит ферменты: А. Пептидазы Б. Липазу, пептидазы, амилазу В. Протеазы, липазу Г. Протеазы №25 Непроизвольный акт дефекации осу- ществляется при участии центра, рас- положенного: А. В продолговатом мозге Б. В грудном отделе спинного мозга В. В пояснично-крестцовом отделе спинного мозга Г. В гипоталамусе №26 Выберите наиболее правильный ответ. Поджелудочный сок содержит: А. Липазу, пептидазу Б. Липазу, пептидазу, нуклеазу В. Липазу, пептидазу, протеазу, амилазу, нуклеазу, эластазу Г. Эластазу, нуклеазу, пептидазу №27 Выберите наиболее правильный ответ. Симпатическая нервная система: А. Тормозит моторику ЖКТ Б. Тормозит секрецию и моторику ЖКТ В. Тормозит секрецию ЖКТ Г. Активирует моторику и секрецию ЖКТ Д. Активирует моторику ЖКТ №28 Произвольный акт дефекации осущест- вляется при участии центров: А. Спинного мозга Б. Продолговатого мозга В. Гипоталамуса Г. Коры больших полушарий №29 В 12-перстную кишку ограничено по- ступление желчи. Это приведет: А. К нарушению расщепления белков Б. К нарушению расщепления углеводов В. К торможению моторики кишечника Г. К нарушению расщепления жиров
Глава 15. ПИЩЕВАРЕНИЕ 731 №30 Какая слюна вырабатывается следую- щими слюнными железами? Выберите правильные ответы:_____ Слюна Слюнные железы А. Слизистая Подчелюстные и подъязычные Б. Смешанная Подчелюстные и подъязычные В. Серозная Околоушные Г. Слизистая Корня языка и нёба д. Смешанная Околоушные №31 Сразу после приема пищи стенка же- лудка: А. Усиленно сокращается Б. Расслабляется В. Не изменяется №32 Центры голода и насыщения распола- гаются: А. В мозжечке Б. В таламусе В. В гипоталамусе №33 Вставьте пропущенные слова. Основным протеолитическим фермен- том желудочного сока является ... , ко- торый образуется в .,. А. Гастрин, активной форме Б. Пепсин, неактивной форме В. Пепсин, активной форме Г. Гастрин, неактивной форме №34 Концентрация ионов водорода в желу- дочном соке обеспечивается секре- цией: А. Главных клеток Б. Париетальных клеток В. Добавочных клеток №35 Стимуляция парасимпатических нервов усиливает секрецию желудочного сока при участии: А. Лишь нервных механизмов Б. Гастрина В. Обоих механизмов №36 Стимуляция симпатических нервов уг- нетает секрецию желудочного сока при участии: А. Лишь нервных механизмов Б. Энтерогастрона В. Обоих механизмов №37 Гастрин образуется в слизистой обо- лочке: А. Тела и дна желудка Б. Антрального отдела В. Большой кривизны №38 Гастрин стимулирует преимущественно: А. Главные клетки Б. Слизистые клетки В. Париетальные №39 Вставьте пропущенные слова. Гастроинтестинальные гормоны отно- сятся к классу ... и регулируют ... А. Стероидов; только состав секретов ЖКТ Б. Полипептидов; только объем секретов ЖКТ В. Стероидов; как состав, так и объем сек- ретов ЖКТ Г. Полипептидов; как состав, так и объем секретов ЖКТ №40 Вставьте пропущенные слова. Введение атропина ... выделение слю- ны и причиной этого является его вли- яние на ... А. Увеличивает, p-адренорецепторы Б. Уменьшает, p-адренорецепторы В. Увеличивает, холинорецепторы Г. Уменьшает, холинорецепторы №41 Моторику желудочно-кишечного тракта стимулирует: А. Парасимпатическая нервная система Б. Симпатическая нервная система
732 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ №42 Вставьте пропущенные слова. Холецистокинин образуется в ... под влиянием ... А. Поджелудочной железе, жиров Б. 12-перстной кишке, белков В. Желудке, жиров и белков Г. Поджелудочной железе, жиров и белков Д. 12-перстной кишке, жиров и белков №43 Вставьте пропущенные слова. Желчь образуется в ... и депонируется в ... А. В поджелудочной железе, печени Б. В печени, желчном пузыре В. В желчном пузыре, печени №44 Деятельность тонкой кишки регулирует- ся главным образом: А. Гипоталамусом Б. Спинным мозгом В. Интрамуральными ганглиями №45 При закупорке камнем общего желчно- го протока нарушается гидролиз и вса- сывание: А. Углеводов Б. Белков В. Жиров №46 Всасывание аминокислот и моносаха- ридов в тонкой кишке осуществляется благодаря: А. Активному транспорту Б. Пассивному транспорту №47 Вставьте пропущенные слова, выбрав наиболее правильные ответы. Стимуляция симпатических нервов при- водит к выделению ... количества слю- ны ... органическими соединениями. А. Большого, богатой Б. Небольшого, бедной В. Большого, бедной Г. Небольшого, богатой №48 При увеличении секреции желчи мото- рика тонких кишок: А. Увеличивается Б. Уменьшается №49 После ваготомии моторика тонких ки- шок: А. Увеличивается Б. Уменьшается В. Не изменяется №50 Медиатор симпатической нервной сис- темы норадреналин влияет на секре- торные клетки ЖКТ через образование мессенжера: А. Кальция Б. цАМФ В. Инозитола №51 Потенциалы действия в гладких мыш- цах желудочно-кишечного тракта обус- ловлены поступлением через кальций- натриевые каналы ионов: А. Натрия Б. Калия В. Кальция Г. Хлора №52 Вставьте пропущенные слова. При увеличении выделения секретина в ... желудочная секреция ... А. Слизистой оболочке 12-перстной кишки, увеличивается Б. Пилорическими железами желудка, уменьшается В. Слизистой оболочке 12-перстной кишки, уменьшается Г. Пилорическими железами желудка, уве- личивается №53 Секрет поджелудочной железы имеет реакцию; А. Щелочную Б. Кислую В. Нейтральную
Глава 15. ПИЩЕВАРЕНИЕ 733 №54 При длительном приеме пищи, богатой углеводами, в соке поджелудочной же- лезы повышается активность: А. Липазы Б. Амилазы В. Трипсина №55 Защитная функция слюны обусловлена содержанием в ней: А. Лейкоцитов Б. Лизоцима В. Антител Г. Ионов водорода №56 Импульсы возникают в водителе ритма желудка, который находится: А. В теле желудка Б. В кардиальной части желудка В. В пилорической части желудка №57 Переход химуса из желудка в 12-перст- ную кишку ускоряется, если pH содер- жимого 12-перстной кишки составляет: А. Выше 3,5-4,0 Б. Ниже 3,5-4,0 №58 Вставьте пропущенное слово. Стимуляция парасимпатической нерв- ной системы вызывает ... мышц желч- ного пузыря. А. Сокращение Б. Расслабление №59 Стимуляция секреции толстой кишки осуществляется преимущественно: А. Местными рефлексами Б. Рефлексом, что замыкается в ЦНС В. Интестинальным гормоном №60 Действие гистамина на париетальные клетки желудка реализуется через: А. Нг-рецепторы Б. Холинорецепторы В. Адренорецепторы №61 Действие гиствмина на париетальные клетки желудка снимается блокадой: А. М-холинорецепторов Б. а-адренорецепторов В. p-адренорецепторов Г. Н-холинорецепторов Д. Нг-рецепторов №62 Вставьте пропущенные слова. Слизь желудочного сока образуется в ... , она имеет ... ревкцию. А. Париетальных клетках, нейтральную Б. Главных, кислую В. Главных, нейтральную Г. Мукоцитах, кислую Д. Мукоцитах, щелочную Е. Париетальных, щелочную №63 Среди ферментов слюны наибольшее значение имеет: А. Липаза Б. Амилаза В. Пептидаза №64 Могут ли в нормальных условиях мик- робы из просвета кишечника попадать между микроворсинками эпителия в кровь? А. Да Б. Нет №65 После резекции пилорического отдела желудка секреция соляной кислоты: А. Уменьшается Б. Увеличивается №66 Вставьте пропущенные цифры. В течение суток образуется сока тонкой кишки до ... л, который имеет pH ... А. 1,0; 6,0-7,2 Б. 2,0; 7,2-8,6 В. 0,5; 8,6-9,0
734 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ №67 Вставьте пропущенные цифры. В течение суток образуется желудочно- го сока приблизительно ... л, который имеет pH... А. 1,0-2,0; 0,5-1,0 Б. 3,4-4,0; 5,0-6,0 В. 2,0-2,5; 1,5-1,8 №68 Вставьте пропущенные цифры. В течение суток образуется около ... л сока поджелудочной железы, который имеет pH... А. 1,2-2,0; 7,8-8,4 Б. 0,5-1,0; 6,0-7,5 В. 2,0-3,0; 8,5-9,0 №69 Вставьте пропущенные слова. Всасывание глюкозы осуществляется в основном в ... А. Желудке при участии транспорта ионов натрия Б. Полости рта без участия транспорта ионов натрия В. Тонкой кишке при участии транспорта ионов натрия Г. Желудке без участия транспорта ионов натрия Д. Тонкой кишке без участия транспорта ионов натрия №70 Моноглицериды и свободные жирные кислоты всасываются с помощью желч- ных кислот, которые принимают уча- стие в образовании: А. Мицелл Б. Хиломикронов В. Коагулянтов №71 Вставьте пропущенные слова. Хиломикроны синтезируются в ... и транспортируются ... А. Главных клетках, кровью воротной вены Б. Эпителиоцитах, лимфой №72 В толстых кишках всасываются: А. Белки Б. Вода В. Глюкоза Г. Электролиты Д. Триглицериды №73 В желчном пузыре осуществляется: А. Образование желчи Б. Всасывание воды В. Секреция слизи №74 Смешанная пища в желудке задержи- вается: А. До 5-6 ч Б. До 6-8 ч В. До 3-4 ч №75 В каком отделе мозга расположен центр вкта жевания: А. Спинном Б. Среднем В. Продолговатом Г. Гипоталамусе №76 В каком отделе мозга расположен центр защитного рвотного рефлекса: А. Спинном мозге Б. Гипоталамусе В. Продолговатом Г. Среднем №77 Укажите места расположения рецепто- ров защитного рвотного рефлекса: А. Корень языка Б. Глотка В. Слизистая желудка Г. Слизистая кишечника Д. Брюшина Е. Трахея
Глава 15. ПИЩЕВАРЕНИЕ 735 №78 Вставьте пропущенные слова, выбрав наиболее правильный ответ. Основой секрета, выделяемого пище- варительными железами, является ... , которая поступает в секреторные клет- ки из ... по градиенту осмотического давления. А. Вода, лимфатических сосудов Б. Электролиты, кровеносных капилляров В. Ферменты, лимфатических сосудов Г. Вода, кровеносных капилляров №79 Какую функцию выполняет калликреин слюны: А. Участвует в образовании сосудорасширя- ющих кининов Б. Повышает кровоток в слюнных железах В. Оказывает бактерицидное действие №80 Вставьте пропущенное слово. Процессы секреции в слюнных железах происходят с помощью ... транспорта. А. Активного Б. Пассивного В. Сопряженного №81 Какие условия необходимы для образо- вания слюны: А. Прием пищи Б. Увеличение кровотока В. Наличие гастроинтестинальных гормонов №82 Вставьте пропущенные- слова, выбрав наиболее правильные-ответы. Основным секреторным нервом желуд- ка является ... , обладающий ... меха- низмом влияния на секреторные клетки. А. Симпатический, прямым Б. Парасимпатический, опосредованным В. Парасимпатический, двойным Г. Симпатический, двойным №83 Вставьте пропущенное слово. Гастрин оказывает воздействие на сек- реторные клетки в желудке ... путем. А. Прямым Б. Опосредованным В. Двойным №84 Вставьте пропущенное слово. Прямой путь регуляции гастрином секреции соляной кислоты заключает- ся в ... А. Стимуляции проницаемости мембраны париетальных клеток к Са2+ Б. Индукции белкового синтеза в секретор- ных клетках №85 Движение ворсинок кишечника регули- руется: А. Межмышечным нервным сплетением Б. Подслизистым нервным сплетением Г. Блуждающим нервом №86 Рефлекторная дуга акта дефекации на- чинается от рецепторов: А. Тонкой кишки Б. Прямой кишки В. Толстой кишки №87 Центр акта дефекации расположен: А. В грудино-поясничном отделе спинного мозга Б. В крестцовом отделе спинного мозга В. В продолговатом мозге Г. В гипоталамусе №88 Вставьте пропущенное слово. Основным ионом, инициирующим воз- буждение и сокращение гладких мышц желудка, является ... А. Кальций Б. Калий В. Натрий Г. Хлор №89 Вставьте пропущенное слово, выбрав наиболее правильный ответ. Ритм активности местного пейсмекер- ного водителя перистальтики желудка модулируется под влиянием механиз- мов ... регуляции. А. Нервной Б. Гуморальной В. Гормональной Г. Нейрогормональной
736 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ №90 Образование гастрина стимулируется под влиянием: А. Блуждающего нерва Б. Продуктов гидролиза белков В. Алкоголя Г. Экстрактивных веществ пищи Д. Симпатического нерва №91 Назовите стимуляторы желудочной секреции: А. Адреналин Б. Ацетилхолин В. Гастрин Г. Секретин Д. Продукты распада пищи №92 Ингибиторами желудочной секреции являются: А. Гастрин Б. Секретин В. Жирный химус Г. Адреналин Д. ХЦК-ПЗ №93 Возникновение потенциала действия в пейсмекерных клетках желудка связано с поступлением в них ионов: А. Натрия Б. Кальция В. Калия Г. Хлора №94 Вставьте пропущенные слова. Релаксация гладких мышц стенки же- лудка обеспечивается свойством ... са- мих волокон гладких мышц, а также расслабляющим рефлекторным влия- нием, поступающим по ... нерву. А. Автоматии, блуждающему нерву Б. Пластичности, блуждающему нерву В. Эластичности, симпатическому нерву Г. Пластичности, симпатическому нерву №95 Пейсмекерные клетки, обуславливаю- щие движения тонкого кишечника, на- ходятся: А. В дистальном отделе тощей кишки Б. В проксимальном отделе тощей кишки В. В подвздошной кишке Г. В при впадении желчного протока в 12-пер- стную кишку №96 Выберите наиболее правильный ответ. Моторика желудка обеспечивается: А. Гуморальными факторами Б. Нервным механизмом В. Комплексом нейрогуморальных факторов №97 Процессу всасывания способствуют: А. Сокращения ворсинок тонкого кишечника Б. Увеличение кровотока в ворсинках В. Увеличение лимфотока в ворсинках Г. Усиление перистальтики кишечника Д. Снижение перистальтики кишечника №98 Высокая эффективность всасывания в тонком кишечнике обеспечивается бла- годаря: А. Огромной суммарной поверхностью мем- бран энтероцитов Б. Сопряжению процессов гидролиза и вса- сывания В. Процессами полостного пищеварения Г. Процессами мембранного пищеварения
Глава 16 ОБМЕН ВЕЩЕСТВ Большинство процессов жизнедеятельности клеток совершается с использованием энергии. Она расходуется на поддержание целостности клеточных структур, ионных градиентов, биосинтетических процессов, обеспечение специфических форм клеточной активности (сокращение, про- ведение нервного импульса, секрецию) и т. д. В процессе образования мак- роэргов часть энергии сразу выделяется в виде тепла — это первичное тепло. После использования АТФ часть энергии трансформируется в теп- ло, называемое вторичным теплом. Валовая энергия, вырабатываемая организмом в единицу времени, является суммой внешней работы, потерь тепла и запасенной энергии. Исходя из этого, можно определить КПД клеток: КПД = и -Внешня^абота------1()0% Выработанная энергия (16.1) К примеру, КПД изолированной мышцы может достигать 35 %, хотя в естественных условиях организма при мышечной работе этот показатель редко может превышать 25%. Теоретически можно выделить три типа метаболических уровней кле- ток (рис. 16.1). Уровень активности — интенсивность обменных процессов при выпол- нении специфической функции клетки (секреция, сокращение и т. д.). Уро- вень готовности — тот уровень метаболизма, который неактивная в дан- ный момент клетка должна поддерживать для того, чтобы в любой момент быть готовой начать функционировать. Уровень поддержания целостно- сти— тот минимум, который достаточен для сохранения клеточной структуры. Для последнего необходимо сохранить в клетке не менее 15% энергии уровня активности. При меньшем уровне энергии клетка погиб- нет. С некоторым приближением о таких же уровнях использования энер- гии можно говорить и для целост- ного организма. Так, например, ес- ли при интенсивной физической ра- боте макроэргов будет израсходо- вано больше, чем этот критический уровень, то организм может не вос- становиться и погибнуть (одно из последствий применения допинга, задерживающего наступление утом- ления у спортсменов). Израсходованные энергетиче- ские ресурсы организм должен по- стоянно восстанавливать за счет приема пищи. Поступающие с пи- щей белки, жиры, углеводы и дру- Метаболические состояния клеток
738 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ гие соединения используются для восстановления структур организма и для восполнения энергетических затрат. Снижение интенсивности этих процессов или полное прекращение приводит к гибели тех структур, в ко- торых это наблюдается. Причем, в первую очередь, организм страдает именно из-за нарушения энергетического обмена. Последнее необходимо учитывать при различного рода нарушениях обменных процессов, при отравлениях, затруднении доставки кислорода. Время сохранения жизне- способности при нарушениях доставки энергии зависит от особенностей образования энергии в органах, относительного уровня метаболизма и филогенетической зрелости структур. Так, при полной ишемии головного мозга, где энергия образуется преимущественно за счет аэробных процес- сов, приблизительно через 10 с наступает потеря сознания, а через 3- 8 мин в клетках коры возникают необратимые изменения. В других орга- нах эти изменения возникают позднее: в сердце, почках — через 30- 40 мин, скелетных мышцах — спустя 1-2 ч. 16.1. ОСНОВНОЙ ОБМЕН Во многих органах интенсивность обменных процессов в различных условиях существования находится на уровне, отличном от состояния го- товности. Так, в дыхательных мышцах, сердце, печени, почках, ЦНС, эн- докринных железах обменные процессы всегда должны превышать уро- вень, который нужен для поддержания их структур. Эти органы выполня- ют внешнюю работу даже при абсолютном покое организма, так как от их функции зависит жизнеспособность всего организма. Именно поэтому указанные органы должны постоянно находиться в некотором активном состоянии. Другие органы (скелетные мышцы, желудочно-кишечный тракт) в течение более или менее длительного времени могут быть в со- стоянии готовности без особого вреда для организма. /Суммарная интенсивность обменных процессов, измеренная в условиях покоя, характеризует основной обмен. Определение величины основного обмена необходимо проводить: - утром; - натощак; - при состоянии физического и психического покоя, лежа; - при условиях температурного комфорта (25-26 °C). Стандартные условия измерения учитывают основные факторы, кото- рые могут влиять на интенсивность процессов обмена у человека. Даже при строгом соблюдении вышеуказанных условий уровень основ- ного обмена у разных людей может отличаться. В первую очередь это обусловлено различием роста, соотношения компонентов тела (костного, мышечного, жирового), массы тела, возраста, пола, а также активностью механизмов регуляции обмена веществ. За основу уровня основного об- мена может быть принята величина 1300-I700'ккал/сут, или 1 ккал/кг/ч (42 кДж/кг/ч). Около половины доли основного обмена приходится на энергопотреб-
Глава 16. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ 739 ление печени и скелетных мышц. Во сне при минимальном тонусе скелет- ных мышц обмен веществ становится ниже уровня основного обмена. При голодании, когда функциональная активность печени снижена, ос- новной обмен также снижается. Интенсивность основного обмена имеет суточный ритм колебаний: с утра она постепенно возрастает, а ночью понижается. В связи с различной массой тела целесообразно определять удельную величину основного обмена на 1 кг массы. Рубнером было отмечено, что не только люди, но и различные животные стоят значительно ближе друг к другу по энергообразованию в пересчете не на единицу массы тела, а на единицу поверхности. Им предложено правило, согласно которому уро- вень обменных процессов пропорционален поверхности, то есть той. час- ти тела, где происходит теплоотдача. При некоторых заболеваниях, особенно при заболеваниях, связанных с нарушением функции щитовидной железы, уровень основного обмена изменяется; при гиперфукции он увеличивается, а при гипофункции — понижается. 16.2. ОБЩИЙ ОБМЕН При выполнении физической и умственной работы, при смене положе- ния тела, при эмоциях, после принятия пищи обменные процессы становят- ся интенсивнее. Уровень обмена в условиях естественной жизни человека называется общим обменом. Наибольший прирост привносят сокращающи- еся скелетные мышцы. Причем состояние скелетных мышц во многом вли- яет на интенсивность обмена и при ряде других физиологических состоя- ний. Так, даже при мысленном решении задачи повышается тоническое напряжение скелетных мышц. При этом в самих клетках ЦНС активность обменных процессов хотя и изменяется, но не настолько, чтобы существен- но повлиять на уровень энергозатрат всего организма. В то же время, если умственная работа сопровождается эмоциональным напряжением, то об- мен активируется в большей степени. Это обусловлено увеличением обра- зования ряда гормонов, которые усиливают обменные процессы. 16.2.1. Специфически-динамическое действие пищи Повышение обмена наблюдается в течение многих часов после употреб- ления пищи (до 10-12 ч). В данном случае энергия тратится не только на сам процесс пищеварения (секреция, моторика, всасывание). Проявляется так называемое специфически-динамическое действие пищи. Оно во многом обусловлено активацией обменных процессов продуктами пищеварения. Особенно выражено это влияние при поступлении белков. Уже через час и в течение последующих 3-12 ч (продолжительность зависит от количества принятой пищи) при поступлении белков активность процессов энергооб- разования возрастает до 30 % к уровню основного обмена. При поступле- нии углеводов и жиров этот прирост составляет не более 15%.
740 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ 16.2.2. Влияние температуры Интенсивность обменных процессов возрастает также при отклонении температуры окружающей среды от комфортного уровня. Наиболее вы- ражен сдвиг интенсивности обмена при понижении температуры, так как для сохранения константной температуры тела энергия из других видов переводится в тепловую. 16.2.3. Обмен энергии при трудовой деятельности Наибольший прирост энергозатрат обусловлен сокращающимися ске- летными мышцами. Поэтому в обычных условиях существования уровень обменных процессов, в первую очередь, зависит от физической активно- сти человека. Взрослое население по уровню общего обмена может быть подразделено на пять групп: 1-я группа — работники преимущественно умственного труда; 2-я группа — работники легкого физического труда; 3-я группа — работники средней тяжести физического труда; 4-я группа — работники тяжелого физического труда; 5-я группа — работники особо тяжелого физического труда. В основу этой классификации положена интенсивность физического труда, нервная напряженность, возникающая при выполнении трудовых процессов, отдельных его операций, и ряд других особенностей. По мере внедрения и распространения новых видов и форм трудовой деятельно- сти, связанных с техническим прогрессом, группы интенсивности труда должны пересматриваться, уточняться и дополняться. Потребность в энергии повышается у лиц, труд которых характеризу- ется не только физической, но и нервно-психической нагрузкой. Причем в современных условиях значение последней во всех трудовых процессах все более возрастает. У женщин в связи с менее интенсивным течением обменных процессов, меньшей мышечной массой потребность в энергии примерно на 15 % ни- же, чем у мужчин. При определении потребности в энергии взрослого трудоспособного населения признано целесообразным все расчеты производить для трех возрастных категорий: (18—29, 30-39 и 40-59/лет. Основанием для этого послужили некоторые возрастные особенности обмена веществ. Так, на- пример, в 18-29 лет еще продолжаются процессы роста и физического развития. С 40 лет, а особенно после 50 развиваются процессы, когда ка- таболизм постепенно начинает преобладать над анаболизмом. При разработке критериев потребности в энергии для населения в воз- расте от 18 до 60 лет условно принята идеальная масса)тела: у мужчин — 70 кг, женщин—'60 кг. Потребность в энергии может исчисляться из рас- чета на 1 кг средней идеальной массы тела. Потребность в энергии на 1 кг идеальной массы у мужчин и женщин практически одинакова и составля- ет: ^ггя 1-й группы интенсивности труда— 167,4 кДж (40 ккал), для 2-й группы — 179,9 кДж (43 ккал), для 3-й группы — 192,5 кДж (46 ккал), для 4-й группы — 221,7 кДж (53 ккал), для 5-й группы — 255,2 кДж (61 ккал).
Глава 16. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ 741 Основные величины суточной Потребности в энергии взрослого трудо- способного населения в зависимости от возраста и интенсивности труда приведены в табл. 16.1. Таблица 16.1 Примерный расход энергии взрослого трудоспособного населения соответственно группам интенсивности труда и возрасту Группа интенсивности труда Возраст, лет Потребность в энергии Мужчины Женщины кДж ккал кДж ккал 1 18-29 1175 2800 10042 2409 30-39 11297 2700 9623 2300 40-59 10669 2500 9205 2200 2 18-29 12552 3000 10669 1550 30-39 12133 2900 10950 2450 40-59 11506 2750 9832 2350 3 18-29 13388 3200 11296 2700 30-39 12970 3100 10878 2600 40-59 12342 2950 10460 2500 4 18-29 15480 3700 13179 3150 30-39 15062 3600 12761 3050 40-59 14434 3450 12133 2900 5 18-29 17991 4300 - 30-39 16154 4100 40-59 16317 3900 Примечания: 1. Потребность беременных женщин (период 5-6 мес.) в среднем 12133 кДж (2900 ккал). 2. Потребность кормящих матерей в среднем 13388 кДж (3200 ккал). 16.3. РЕГУЛЯЦИЯ ОБМЕНА ЭНЕРГИИ В организме постоянно должно происходить согласование метаболиче- ских потребностей всего организма с потребностями отдельных его орга- нов и клеток. Это достигается посредством распределения между ними всасываемых пищевых веществ, а также перераспределением веществ из собственных депо организма или образующихся в процессах биосинтеза. На уровне отдельных клеток и целых органов можно обнаружить на- личие местных механизмов регуляции процесса энергообразования. Так, при выполнении мышечной работы начало сокращения мышцы запуска- ет процессы ресинтеза используемой АТФ (см. разд. 4.2). Регуляция процессов энергообразования в целом организме осуществля- ется вегетативной нервной и эндокринной системами с превалированием
742 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ последних. Основными регуляторами являются гормоны щитовидной железы — тироксин и трийодтиронин, а также адреналин_ надпочечников, которые стимулируют эти процессьГТТричем подвлйянйем этих гормонов находится и перераспределение метаболитов, используемых для образо- вания энергии. Так, при физической нагрузке из печени, жировых депо в кровь поступает глюкоза, жирные кислоты, которые используются в мышцах. Особая роль в регуляции обменных процессов принадлежит гипотала- мусу мозга, через который реализуются нервно-рефлекторные (вегетатив- ные нервы) и эндокринные механизмы. Посредством их обеспечивается участие вышележащих отделов ЦНС в регуляции обменных процессов. Можно обнаружить даже условно-рефлекторное повышение уровня обра- зования энергии. Так, у спортсмена перед стартом, у рабочего перед вы- полнением работы активируются обменные процессы. Гипнотическое внушение выполнения тяжелой мышечной работы может привести к по- вышению обмена. Гормоны гипоталамуса, гипофиза, поджелудочной и других эндокрин- ных желез оказывают влияние как на рост, размножение, развитие орга- низма, так и на соотношение процессов анаболизма и катаболизма. В ор- ганизме активность этих процессов находится в состоянии динамического равновесия, но в отдельные моменты реальной жизни возможно и прева- лирование одного из них. (Подробнее эти процессы рассматриваются в курсе биохимии.) 16.4. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Методы оценки энергетического баланса организма основаны на двух главных принципах: - прямом измерении количества выделившегося тепла (прямая калори- метрия)', - непрямом измерении — путем определения количества поглощаемого кислорода и выделяемого углекислого газа (непрямая калориметрия). Метод (прямой колориметиргагоснован на представлении, что все виды энергии в конце концов могут превращаться в тепло. Поместив человека в специальную термоизолированную камеру, можно определить количе- ство выделившегося тепла. Для этого требуется знать: количество воды в камере (т), начальную (ч) и конечную (?2) ее температуру. Тогда коли- чество тепла (0, выделившееся человеком, определяется по формуле Q = c m (t2 - И), (16.2) где с — теплоемкость воды - 1. Однако указанный способ слишком громоздкий и в настоящее время используется лишь для проведения точных научных исследований. Чаще всего используются способы (непрямой калориметрии - При этом вначале определяется количество поглощаемого 'кислорода и вы- деляемого углекислого газа. Зная их объемы (И), можно определить
Глава 16. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ 743 дыхательный коэффициент (ДК): отношение выделенного СО2 к погло- щенному О2: дк = ^ (163> ио2 По величине ДК можно косвенно судить (имеются соответствующие таблицы) об окисляемом продукте, так как в зависимости от этого выде- ляется различное количество тепла. Так, при окислении глюкозы выделя- ется 4,0 ккал/г тепла, жиров — 9,0 ккал/г, белков — 4,0 ккал/г (эти вели- чины характеризуют энергетическую ценность соответствующих пище- вых веществ). Зависимость ДК от окисляемого продукта определяется тем, что при окислении глюкозы для образования каждой молекулы СО2 используется столько же молекул О2 (ДК =Д,0). В связи с тем, что в струк- туре жирных кислот на один атом С приходится меньше атомов кислоро- да, чем в углеводах, при их окислении ДК =Ь,7} В случае белковой пищи ДК = @ Теперь, зная величину дыхательного коэффициента и определив коли- чество поглощенного за единицу времени кислорода (ПК), можно рассчи- тать теплопродукцию организма. Однако, исподьзуя метод непрямой калориметрии, необходимо учиты- вать, что в реальных условиях жизни человека, как правило, окисляются смешанные ингредиенты. Для практического использования разработаны специальные таблицы, с помощью которых по ПК и ДК можно опреде- лить количество освобожденной энергии, то есть интенсивность обмен- ных процессов. При проведении исследований в реальных условиях необходимо учи- тывать, что кроме вида окисляемых пищевых веществ на величину ДК могут оказывать влияние и другие факторы. Так, гипервентиляция приво- дит к выделению из щелочных резервов крови «зЗпасных» количеств уг- лекислого газа. Естественно, что при этом ДК может быть даже выше 1,0. Это наблюдается, например, в начале выполнения мышечной работы в переходный период перед установлением нового стационарного рабочего уровня обменных процессов. ДК может изменяться и при одностороннем питании, когда имеет ме- сто переход одного вида обменных процессов в другой. Так, при пре- имущественно углеводном питании часть их может переводиться в жиры. В связи с меньшим содержанием О2 в составе жиров, такой процесс сопровождается выделением О2, что приведет к росту ДК и искажению истинного уровня обменных процессов. При голодании или диабете в связи с уменьшением использования уг- леводов ДК снижается. Резко, порой до 0,6, дыхательный коэффициент падает и после выполнения интенсивной физической нагрузки. Это обус- ловлено постепенным исчезновением молочной кислоты из крови. Убыль лактата сопровождается освобождением буферных оснований крови, ко- торые связывают часть образующегося при окислении СО2 и задержива- ют его в организме.
744 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ 16.5. ВОЗРАСТНЫЕ И ПОЛОВЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА В период онтогенетического развития обменные процессы претерпева- ют значительные изменения. До окончания периода полового созревания (табл. 16.2) преобладают процессы анаболизма. Таблица 16.2 Возрастные изменения общего и основного обмена Возраст Общий обмен Основной обмен ккал/сут ккал/сут ккал/м2/сут ккал/кг/сут 1 день 160 122 580 1,5 1 мес. 293 205 860 2,0 1 год 853 580 1318 2,4 3 года 1202 750 1240 2,1 5 лет 1420 840 1164 2,0 10 лет 1854 1120 1096 1,6 14 лет 2550 1360 1028 1,4 Взрослые 3000 1700 1000 1,0 200 175 150 кДж/м!/г , ,, £25 ккал/MVr | Рис. 16.21 Возрастная динамика основного обмена у мужчин и у женщин Так как для обеспечения воз- растного развития тратится большое количество энергии, то уровень основного обмена в пе- ресчете как на единицу массы, так и поверхности тела резко увеличен. Особенно высоки ука- занные показатели в течение первых лет жизни ребенка, ког- да основной обмен увеличен по сравнению с уровнем у взрослых в 2,0-2,5 раза. При старении преобладающими становятся ка- таболические процессы, что со- провождается постепенным сни- жением основного обмена (рис. 16.2). Причем во все возрастные периоды основной обмен у женщин ниже, чем у мужчин. Например, у мужчин в 40 лет его величина находится в среднем на уровне 36,3 ккал/м2/ч, в 70 лет— 33 ккал м2/ч, а у женщин — соответственно 34,9 и 31,7 ккал/м2/ч. 16.6. ПИТАНИЕ Поступающие в организм пищевые вещества должны покрывать кон- кретные энергетические затраты и служить пластическим материалом для самообновления структур организма. Белки, жиры и углеводы — вот основные соединения, которые поступают с пищей. Каждое из них выполняет свои функции.
Глава 16. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ 745 16.6.1. Белки Основное назначение белков пищи заключается в обеспечении пласти- ческих процессов. Лишь небольшая часть аминокислот может расходо- ваться на образование энергии. Большинство белков организма обновля- ется в среднем за 80 суток. Но имеется достаточно широкий разброс: так, период полураспада пептидных гормонов составляет несколько минут, белков плазмы крови и печени — около 10 суток, а скелетных мышц — до 180 суток. О суммарном количестве белка, подвергающегося распаду в течение суток, можно судить по количеству выводимого азота. В среднем 100 г белка содержат 1 (гцдзота, следовательно, выделение 1 г азота свидетель- ствует о распадеСб',25 г белка. За сутки из организма «среднестатистиче- ского» (масса тела 70 кг) человека выделяется около 3,7 г азота. Значит, разрушается около.23 г белка. Состояние, при котором количества выво- димого из организмам поступающего азота равны, именуется азотистым равновесием, В период роста имеется положительный азотистый баланс, а в период старения — отрицательный. Различные заболевания и другие со- стояния организма, отличающиеся от стабильности,, приводят к измене- нию азотистого баланса. Белки содержатся как в животной, так и в растительной пище. Они подразделяются на полноценные и неполноценные. Полноценными называ- ют белки, содержащие полный набор незаменимых аминокислот. Называ- ются они так в связи с тем, что входящие в их состав аминокислоты либо вообще не могут образовываться в организме человека, либо образуются в явно недостаточном количестве. Поэтому если для энергетических по- требностей могут использоваться любые пищевые вещества (взаимозаме- няемость), то пластические должны восполняться только белками пищи. В силу этого существует понятие о белковом минимуме питания. Для людей незаменимыми аминокислотами являются: лейцин, изолей- цин, валин, метионин, лизин, треонин, фенилаланин, триптофан. Сколько белка нужно употреблять? Определить это можно по количе- ству выделяемых из организма метаболитов белкового обмена, что в пе- ресчете на белок составляет 45-55 Г в сутки для человека массой 70 кг. Это и составляет белковый минимум. Но поскольку не весь белок пищи используется организмом и не все белки содержат необходимый минимум незаменимых аминокислот, белка необходимо употреблять больше указанного количества. Так, для живо- тных белков, имеющих более полноценный аминокислотный состав, по- казатель биологической ценности составляет от 80 до 100. Это значит, что 100 г животного белка может превратиться в 80-100 г белка организма. Биологическая ценность растительных белков находится на уровне лишь 60-70. Поэтому суточный пищевой рацион взрослого человека должен содержать белковый оптимум, составляющий около 1 г/кг. массы тела. Причем из всех белков не менее 30 г должны быть белками животного происхождения. Естественно, при физической работе, сопровождающейся
746 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ не только увеличением затрат энергии, но и повышенным распадом бел- ков, употребление их должно возрасти пропорционально интенсивности выполняемой работы. Повышена потребность в белках при беременности и у детей. 16.6.2. Углеводы Основным назначением углеводов пищи является восполнение энергети- ческих потребностей организма. Углеводы имеют тесную метаболическую взаимосвязь с жирами и в плане энергетического обмена легко взаимо- заменяются. Углеводы пищи являются основными энергетическими продуктами. Главным источником их являетсяДля выполнения пластической функции в клетках различные углеводы могут легко синтезироваться. Минимальное количество необходимых организму углеводов составляет l0flz=15Q. г в сутки. При активном образе жизни суточное потребление углеводов должно составлять около 400-450 г. Кроме того, углеводы выполняют и пластическую функцию, входя в различные структуры клетки. 16.6.3. Жиры пищи Поступающие пищевые вещества выполняют три функции: - пластическую, - энергетическую, - семантическую. Жиры пищи выполняют, главным образом, первые две функции. Энер- гетическое и пластическое назначение поступающих веществ заключается в восстановлении соединений, использованных для ресинтеза затрачен- ной энергии и обновления структур организма. Функциональное назначение жира в организме весьма многообразно. Встраиваясь в различные структуры клетки, жиры выполняют пласта-, ческую функцию. Но необходимо учитывать, что часть жирных кислот в организме не может синтезироваться, и поэтому необходимо поступление их в организм в готовом виде. В этой связи существует понятие о мини- мальной потребности в жире, определяемой наличием в нем незаменимых жирных кислот, так как не все жирные кислоты организм может синтези- ровать сам и часть их должен получать уже готовыми. К незаменимым относятся некоторые ненасыщенные жирные кислоты, важнейшей из ко- торых является диноленовая. Высок уровень ненасыщенных жирных кис- лот в растительных жирах, которые должны обязательно поступать с пи- щей. Поэтому для выполнения обеих названных функций суточный мини- мум жиров составляет около 70 г/ Энергетическая функция липидов весьма эффективна. Самыми высоко- калорийными веществами являются триглицериды (ТГ). При их полном окислении выход энергии составляет 9,5 ккал/л, тогда как для углеводов и белков эта величина составляет соответственно '4,2 и 4,3 ккал/л. Не надо путать эти величины с показателями энергетической ценности пищевых
Глава 16. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ 747 продуктов. Дело в том, что при поступлении пищи эти вещества усваива- ются не полностью. Поэтому при проведении таких расчетов целесооб- разно учитывать энергетическую ценность жиров, равную9,0 /ккал/л, а белков и углеводов — по 4,0 ккал/л. Огромное значение для жизнедеятельности организма имеет то, что благодаря выраженной гидрофобности ТГ резервируются в жировой ткани в обезвоженной форме. Поэтому количество энергии, запасенной в 1 г жира, более чем в 6 раз превышает количество энергии, запасен- ной в 1 г гидратированного гликогена. То есть, если бы в организме человека энергия запасалась в виде гликогена, то для накопления естест- венного запаса ее у взрослого человека (128000 ккал) потребовалось бы вместо 13,5 кг ТГ (20 кг жира) более 80 кг гликогена. В организме же взрослого человека гликогена содержится только 0,35 кг (1400 ккал). Этого количества достаточно лишь для покрытия внезапно возникающих нагрузок. Если принять во внимание, что человек тратит в сутки 2500 ккал, то 13,5 кг ТГ достаточно для обеспечения 50-дневной потреб- ности организма. Благодаря тесной метаболической взаимосвязи с углеводами жиры лег- ко взаимозаменяются. И при избыточном питании именно жир может на- капливаться практически в неограниченном количестве. Причем к этому может привести и избыточное потребление углеводов, которые легко пре- вращаются в жиры. Кроме того, при окислении жиров за счет более высокого содержания в них водорода образуется почти вдвое больше воды, чем при окислении углеводов и белков. Феноменальная способность верблюда в течение многих дней не только находиться, но и двигаться в пустыне без питья связана с интенсивным окислением жиров, сопровождающимся образова- нием воды. Если триглецириды и жирные кислоты служат энергетическим матери- алом, то функция фосфолипидов (ФЛ) более многообразна. ФЛ входят в структуру различных мембран, где принимают самое активное участие в выполнении всех их функций. Кроме того, ФЛ участвуют в проведении нервных импульсов, в процессах свертывания крови, иммунных реакциях, клеточной пролиферации и др. Входящий в состав мембран клеток неэстерифицированный холестерин вместе с фосфолипидами и белками обеспечивает избирательную прони- цаемость клеточной мембраны и оказывает регулирующее влияние на со- стояние мембраны, на активность связанных с ней энзимов. Холестерин является источником образования желчных кислот, стероидных гормонов (половых и кортикоидных). Продукт его окисления (7-дегидрохолесте- рин) под воздействием ультрафиолетовых лучей на кожу превращается в витамин D3. Кроме того, определенное количество жира пищи обеспечивает всасы- вание в кишечнике ряда жирорастворимых витаминов.
748 Раздел Ш. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ 16.7. ФИЗИОЛОГИЯ И ФИЗИОПАТОЛОГИЯ ЖИРОВОГО ОБМЕНА В клинике достаточно часто встречаются различного типа нарушения ка- кого-либо вида обмена веществ. Клиническую физиологию всех их рассмот- реть в кратком курсе, естественно, не представляется возможным. Поэтому ниже в качестве примера коротко остановимся на нарушении одного из ви- дов обмена — жировом, который является одним из основных патогенети- ческих механизмов развития многих патологий и, в частности, бича совре- менного человечества — атеросклероза. В силу этого на жировом обмене следует остановиться более подробно, чем на белковом и углеводном. 16.7.1. Краткие сведения о химии липидов К липидам относится большое количество веществ, находящихся в раз- личных структурах организма. Общим для этих видов является нераство- римость в воде (как правило), растворимость в неполярных растворителях (например, в эфире), содержание в них высших алкильных радикалов. В состав наиболее распространенных липидов — триглицеридов вхо- дят различной длины жирные кислоты. Хотя в тканях человека обнару- жено около 70 триглицеридов, но практическое значение из них имеют около 20. Особого внимания заслуживают следующие жирные кислоты: пальмитиновая, стеариновая, олеиновая, пальмитоолеиновая, арахидоновая, линолевая, а-линоленовая. 16.7.2. Физиология жирового обмена В жировом обмене специфическую роль играет жировая ткань, состоя- щая из жировых клеток (адипоцитов). Это модифицированные фибробла- сты, 80-90 % объема которых занимают ТГ. Жировая ткань у взрослого мужчины составляет примерно 30 % массы тела, а у тучных людей и того больше. Около 65 % жировой ткани приходится на долю депонированных в ней ТГ, что составляет примерно 95 % всех ТГ организма. Значительное количество жира локализуется в подкожной клетчатке, которая служит еще и теплоизолятором, защищая организм как от пере- охлаждения, так и от излишней потери тепла при низкой температуре. Триглицериды жировой ткани перед использованием предварительно расщепляются. При липолизе освобождаются свободные или неэстерифи- цированные ЖК (НЭЖК), которые и являются основным энергетическим материалом. В жировых клетках протекают и обратные реакции реэстери- фикации ТГ из поступающих с кровью свободных жирных кислот. В клет- ках жировой ткани содержится несколько липаз, из которых наибольший интерес представляет так называемая гррмончувствительная липаза. Эта липаза находится в неактивной форме, и активация ее гормонами протека- ет сложным, каскадным путем. Ферментные системы этих реакций выпол- няют не только чисто ферментативные функции, но еще и регулируют про- цесс активации липазы: по образному выражению Сомеро, «сидят на шее друг друга». Процесс начинается с взаимодействия гормона с клеточным рецептором, в результате чего модифицируется структура рецептора
Глава 16. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ 749 (сам гормон в клетку не поступает). Такая форма рецептора активирует аденилатциклазу, а значит, приводит к образованию цАМФ, которая через активацию протеинкиназы активирует липазу (рис. 16.3). Липолитический каскад (по Steinderg) Через подобный механизм регулируется и интенсивность липолиза многими гормонами (табл. 16.3). Таблица 16.3 Влияние некоторых факторов на липолиз ТГ в жировой ткани Фактор Характер действия Механизм действия Катехоламины Усиление Активация аденилатциклазы Глюкагон Тироксин Гормон роста АКТГ Г люкокортикоиды Активация синтеза протеинкиназы Стресс Физическая нагрузка Повышение синтеза катехоламинов, снижение синтеза инсулина Г олодание Охлаждение Инсулин Угнетение Активация фосфодиэстеразы (гидролиз цАМФ) и снижение активности аденилатциклазы Простагландины Никотиновая кислота
750 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Между отдельными гормонами существуют определенные взаимодей- ствия. Так, катехоламины, связываясь с рецепторами адипоцитов, запу- скают весь каскад реакций, ведущий к повышению уровня НЭЖК в кро- ви. Связывание адипоцитом инсулина устраняет эффект катехоламинов. Не останавливаясь подробно на биохимических проблемах жирового обмена, можно отметить, что в клетках жировой ткани активно идут та- кие метаболические процессы, как гликолиз, окисление глюкозы через пентозофосфатный путь, цикл трикарбоновых кислот, Р-окисление ЖК, синтез ЖК, реэстерификация ЖК, гидролиз (липолиз) ТГ, мобилизация (высвобождение) ЖК. Половина всей энергии, обеспечивающей функцию организма в состоянии покоя, образуется за счет окисления ЖК. При вы- полнении физической нагрузки (особенно длительной) их участие в обра- зовании энергии становится еще более значимым. Непосредственным источником ЖК для окисления является: - жировая ткань, откуда ЖК транспортируются в различные органы и ткани в виде комплекса «альбумин + НЭЖК»; - ТГ эндогенного происхождения; - ФЛ клеточных мембран при их обновлении. При полном окислении одной молекулы пальмитиновой кислоты в ус- ловиях животного организма образуется 130 молекул АТФ, в то время как при окислении молекулы глюкозы — лишь 38. Однако эти 130 моле- кул АТФ составляют лишь 42% всей потенциальной энергии пальмити- новой кислоты, остальная часть выделяется в виде тепла. Однако весь комплекс указанных реакций протекает не во всех тканях. Весьма важно, что в мозговой ткани в связи с малой интенсивностью окисления ЖК основным источником энергии является глюкоза. Бурый жир В подмышечной впадине, между лопаток располагается особый вид жира — бурый жир. Он хорошо иннервирован симпатическими нервами и активно кровоснабжается. Сами жировые клетки — адипоциты — от- личаются тем, что в них вместо одной большой содержится много мелких липидных капель, они богаты митохондриями. В митохондриях находит- ся специфический белок термогений,' который разобщает окислительное фосфорилирование. ПоэтомуЭнёргйя окисления расходуется в основном на выработку тепла, а не на синтез АТФ. И при стимуляции интенсивное окисление бурого жира может обеспечить 2-3-кратное возрастание тепло- образования. Бурый жир играет большую роль в терморегуляции у детей, особенно первых месяцев жизни. Хорошо развита бурая жировая%кань'и у тех взрослых, которые могут «хорошо поесть», но при этом не накапли- вать жира. Напротив, у тучных людей такого жира нет. Иннервированы жировые клетки симпатическими нервами, выходящи- ми из двух следующих областей гипоталамуса:' - преоптическая область, участвующая в терморегуляции; - вентромедиальные ядра, которые связаны с регуляцией потребления пищи.
Глава 16. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ 751 16.7.3. Липопротеиды плазмы крови В плазме крови большинство липидов находится в составе липопроте- идных (ЛП) комплексов. Липопротеиды — это высокомолекулярные во- дорастворимые частицы, в составе которых более половины (59%) — белки и 41 % — липиды. Они имеют сферическую форму,-снаружи кото- рой имеется подобие мембраны — монослой полярных водорастворимых липидов и белков (в отличие от типичных двухслойных мембран). Внутри находится жировая «капля» неполярных водонерастворимых липидов. ЛП плазмы выполняют следующие функции: - транспортируют экзогенные и эндогенные липиды; - отдельные ЛП осуществляют «захват» избыточного холестерина из клеток периферических тканей и его «обратный» транспорт в печень для окисления в желчные кислоты и выведения с желчью; - транспортируют жирорастворимые витамины и другие биологически активные соединения. По способности разделяться при ультрацентрифугировании в раство- рах с солевой плотностью выделяют следующие группы ЛП: - хиломикроны (ХМ) (самые легкие частицы диаметром от 100 до 1100 нм), - липипротеины низкой, очень низкой и высокой плотности. В крови имеется еще один важный фосфолипид—трактор, активиру- ющий тромбоцитъъ (ФАТ). ФАТ является биорегулятором широкого спектра действия. Кроме основного действия — активации тромбоцитов (после чего из тромбоцитов освобождается серотонин), ФАТ, воздействуя на лейкоциты, стимулирует хемотаксис, дегрануляцию и агрегацию лей- коцитов, продукцию в них супероксидных радикалов. ФАТ синтезируется различными клетками: лейкоцитами, тромбоцитами, макрофагами, эндо- телиальными клетками и др. 16.7.4. Гидроперекиси липидов Липиды, как и углеводы, окисляются в митохондриях. Но в небольшом количестве Р-окисление ЖК может протекать также и в пероксисомах. В отличие от митохондриального окисления, здесь нет связи с дыхатель- ной цепью. Кроме того, весьма существенно то, что пероксидация жирных кислот происходит с образованием перекисей и гидроперекисей ненасы- щенных ЖК. Пероксидация ЖК может быть инициирована любым веще- ством, способным «атаковать» и захватывать атом водорода метиленовой группы, тем самым оставляя неспаренный электрон при углероде. В орга- низме ПОЛ происходит не только спонтанно, но в результате ряда фер- ментативных реакций (т. е. оно целесообразно и необходимо). Примером могут быть процессы гидроперексидации липидов (ГПЛ) в тромбоцитах для ускорения их агрегации, ^лейкоцитах, где они усиливают реакции фа- гоцитоза. Однако тем не менее свободнорадикальное окисление липидов, когда оно Становится чрезмерным, играет существенную роль в развитии многих патологических состояний организма. Поэтому в организме имеет-
752 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ся мощная система антиоксидантной защиты. (Подробнее об этом — см. подразд. 10.12). 16.7.5. Эйкозаноиды Липиды, особенно арахидоновая кислота и некоторые другие 20-угле- родные (эйкозановые) кислоты, содержащие двойные связи, участвуют в образовании обширной группы физиологически и фармакологически активных соединений — эйкозаноидов. К ним относятся простагландины, простациклины, тромбоксаны и лейкотриены. Арахидоновая кислота, осво- бождаясь из фосфолипидного бислоя мембран при действии фосфолипазы Аг, тут же, внутри клеток, используется для образования эйкозаноидов. Приведем лишь несколько примеров их физиологического назначения. Хорошим примером действия простагландинов может быть снятие липо- литического эффекта катехоламинов, глюкагона, АКТГ и тиреотропного гормонов, действие которых обусловлено активацией аденилатциклазы или ее синтезом. Простагландин Е,, ингибируя аденилатциклазу клеток жировой ткани, устраняет их липолитический эффект. Среди продуктов эндопероксидации вторичных ПГ серии Н, G следует особо выделить тромбоксан, образующийся в тромбоцитах, и простацик- лин, образующийся в стенке сосудов. Их соотношение во многом опре- деляет условия тромбообразования на поверхности сосудов.{тромбоксан ускоряет, а простациклин тормозит агрегацию тромбоцитов и свертыва- ние кровиJ Лейкотриены, образующиеся в лейкоцитах, активируют их функции. Кроме того, участвуя в анафилактических реакциях, они вызывают сокращение бронхов при концентрациях, в 100—I 000 раз меньших, чем да- же гистамин; способствуют сокращению коронарных артерий и, возмож- но, участвуют в развитии ишемии миокарда. 16.8. РЕГУЛЯЦИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ В организме при обмене веществ между отдельными соединениями, особенно между углеводами и жирами, имеются тесные взаимосвязи, бла- годаря которым обеспечивается переход их друг в друга. Эти процессы так же, как и активность самих процессов обмена всех веществ, регулиру- ются с помощью вегетативной нервной системы и гормонов. Белки Во время роста организма под влиянием соматотропного гормона гипо- физа стимулируется увеличение массы всех органов и тканей. Под действи- ем этого гормона (и у взрослых) повышается проницаемость клеточных мембран для аминокислот, усиливается синтез информационной РНК и подавляется активность внутриклеточных протеолитических ферментов. Гормоны щитовидной железы — тироксин и трийодтиронин — также стимулируют синтез белка, обеспечивая рост, развитие и дифференциров- ку клеток. Участвует в регуляции белкового обмена и гормон подже- лудочной железы инсулин. Стимулирует белковый синтез, что особенно
Глава 16. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ 753 выражено в мышечной ткани, мужской половой гормон — тестостерон. Анаболический эффект женских половых гормонов — эстрогенов выра- жен значительно слабее. Гормоны коры надпочечников — глюкокортикоиды, напротив, усили- вают распад белка в большинстве тканей. Исключение составляет печень, где под их воздействием ускоряется синтез белков. Углеводы Основной задачей систем регуляции углеводного обмена является поддержание уровня глюкозы крови в пределах 4,4-6,7 ммоль/л. Печень, поджелудочная железа, кровеносные сосуды и вентромедиальный отдел гипоталамуса содержат глюкорецепторы; Центральным звеном регуляции углеводного обмена, как и других видов обмена веществ, является гипо- таламус. Отсюда регулирующие влияния передаются с помощью вегета- тивных нервов и гормонов. Через гипоталамус реализуются влияния дру- гих отделов мозга, вплоть до коры больших полушарий. Большинство гормонов, участвующих в регуляции углеводного обмена, повышает содержание глюкозы крови и лишь один инсулин — снижает. Увеличивают концентрацию глюкозы следующие гормоны: - глюкагон (поджелудочная железа); - адреналин и глюкокортикоиды (надпочечники); - соматотропный (гипофиз); - тироксин и трийодтиронин (щитовидная железа). Поступление глюкозы из крови в клетки происходит с помощью спе- циального транспортного мембранного белка. Глюкоза поступает по гра- диенту концентрации. Однако в большинстве органов и тканей (за исклю- чением печени и мозга) этот процесс совершается очень медленно. Стиму- лятором его является инсулин. Жиры Жировой обмен тесно связан с обменом углеводов. При избытке угле- водов в пище они откладываются в жировой ткани в виде триглицеридов, а при недостатке — триглицериды расщепляются с образованием неэсте- рифицированных жирных кислот, идущих на образование энергии. Симпатические нервные влияния тормозят синтез, усиливая распад триглицеридов. Парасимпатические нервы оказывают противоположное действие. Активность этих влияний контролируется гипоталамусом. Выраженным жиромобилизующим эффектом обладают гормоны моз- гового слоя надпочечников — адреналин и норадреналин. Соматотропный гормон гипофиза, тироксин щитовидной железы также стимулируют рас- пад жира. Глюкокортикоиды, наоборот, тормозят мобилизацию жира, что, вероятно, обусловлено увеличением уровня глюкозы крови под вли- янием гормонов. А рост глюкозы крови тормозит распад жира. Анало- гично действует и инсулин поджелудочной железы.
754 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Минеральные соли и вода В течение суток с пищей должно поступать не менее 1700 мл воды и полный набор необходимых минеральных веществ. Регуляция водного и электролитного обмена изложена при описании жидких сред организма и функции почек. Поступление воды в организм регулируется чувством жажды (см. ниже). 16.9. ПРИНЦИПЫ СОСТАВЛЕНИЯ ПИЩЕВОГО РАЦИОНА Пищевой рацион должен составляться исходя из потребностей орга- низма. Можно выделить следующие основные физиологические постула- ты, которых необходимо придерживаться при составлении рациона: - калорийность принимаемой пищи должна соответствовать энергоза- тратам организма; - в суточном рационе необходимо учитывать потребности организма в количестве белков, жиров и углеводов; - необходимо учитывать соответствующую потребность в витаминах, солях и микроэлементах; - учитывая возможность «токсического» влияния на организм чрезмер- но больших доз витаминов, солей и микроэлементов, их количество не должно быть выше оптимального уровня. С учетом этого в суточном рационе должно быть: - белков — 1,0 г/кг (в том числе не менее 30 г животных белков); - жиров — 25-35 % общей калорийности (как минимум 15 % ненасы- щенных жирных кислот); - углеводы должны покрывать остальные энергетические потребности организма. В настоящее время в связи с уменьшением доли физического труда у большинства людей снизились энергетические затраты. Однако люди весьма часто употребляют больше калорий, чем требуется для восстанов- ления энергетических затрат. Это приводит к отложению жира. Ожирение является одним из факторов риска, приводящих к развитию патологиче- ских процессов и снижающих продолжительность жизни. Ожирение часто сопрягается с нарушениями обмена, также приводящими к различного рода патологическим процессам. Поэтому для грубого суждения о сба- лансированности процессов анаболизма и катаболизма предлагается вве- сти понятие об идеальном весе, Наиболее простой формулой его опреде- ления является Индекс "Кетеля^шш ИМТ — индивидуальная масса тела), который в идеале равен 2,4: ... .„ Масса тела [г] ИМТ = ---------2— 2 Рост тела2 [см2] Существуют также различные методы определения отдельных компо- нентов тела: костного, мышечного, жирового. Кроме того, современный человек нередко сталкивается и с таким от- клонением от сбалансированного питания, как одностороннее питание. При небольших отклонениях от нормального сбалансированного рацио-
Глава 16. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ 755 на серьезных нарушений в организме может и не происходить. Однако при значительном снижении поступления каких-либо пищевых веществ могут развиться нежелательные для организма последствия. Так, недоста- точное потребление жира может привести к нарушению восстановления фосфолипидов мембран клеток, нарушению процессов всасывания жиро- растворимых витаминов. Недостаточное потребление белков сопровож- дается ухудшением работоспособности, снижением защитных сил орга- низма. При питании только вегетарианской пищей также может про- явиться белковая недостаточность вследствие недостаточного поступле- ния незаменимых аминокислот. Несбалансированное питание преимущественно растительной или жи- вотной пищей может привести и к изменению кислотно-основного равнове- сия крови. Так, продукты животного происхождения создают слабокислую реакцию, а растительного — слабощелочную. При выделении почками избытка соответствующих ионов изменяется pH мочи. Продолжительное одностороннее питание способно привести к мочекаменной болезни. Крометого, при использовании строго вегетарианской диеты требует- ся соответствующая термическая обработка целлюлозы, чтобы она стала более доступной ферментативному перевариванию и смогла, хотя бы ча- стично, быть расщеплена амилазами слюны и поджелудочного сока. Од- нако следует иметь в виду, что при кипячении овощей и фруктов могут разрушаться содержащиеся в них витамины. Таким образом, современный человек оказался перед сложной пробле- мой, к которой его не подготовила предшествующая эволюция. С одной стороны, в соответствии с более низкими энергетическими затратами необходимо снижать количество потребляемой пищи, а с другой — при этом появляется риск недополучения организмом нужных веществ, мине- ральных солей, витаминов. 16.10. СЕМАНТИЧЕСКАЯ ФУНКЦИЯ ПИЩИ До сих пор речь шла о восполнении с пищей необходимых энергетиче- ских и пластических материалов. Но пищевые вещества содержат еще и так называемую семантическую (смысловую) информацию. В процессе эво- люции в организме человека были выработаны различные механизмы, направленные на недопущение неконтролируемого поступления во внут- реннюю среду такой информации. Ферментативный гидролиз молекул в кишечнике, ферменты сыворотки крови обеспечивают поступление в клетки лишь лишенных видовой специфичности продуктов распада бел- ков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот. Но для некоторых веществ, особенно для сравнительно небольших молекул, таких механизмов нет. Или же активность их недостаточна для существенного снижения поступ- ления биологически активных веществ пищи в клетки. Ярким примером таких веществ являются витамины. При их чрезмер- ном поступлении — гипервитаминозе может проявиться вредное воздейст- вие на организм. К подобным веществам относятся такие соединения, как
756 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ кофеин, никотин, гистамин, алкалоиды — морфин, атропин и многие другие. В ряде пищевых продуктов имеется высокая концентрация подоб- ных веществ, что также необходимо учитывать при составлении пищево- го рациона. В некоторых случаях и более крупные молекулы пищи могут выпол- нять семантическую функцию. Так, высокая проницаемость слизистой ки- шечника новорожденных обеспечивает возможность поступления с моло- ком матери иммуноглобулинов, гонадотропинов, ростстимулирующих факторов. При нарушении механизмов переваривания и всасывания во взрослом состоянии тоже могут появляться различные иммунные кол- лизии. С некоторой долей условности сюда можно отнести и различные инфекции, поступающие в организм через ЖКТ. 16.11. ЖАЖДА, ГОЛОД, НАСЫЩЕНИЕ С питанием связаны такие чувства, как жажда голод и насыщение. В связи с тем, что их возникновение не является функцией конкретных органов, они называются общими ощущениями (подобно усталости, половому влечению). Эти чувства возникают в результате процессов, про- исходящих в самом организме, хотя могут быть следствием влияния фак- торов окружающей среды. Они могут быть вызваны одним или несколь- кими адекватными стимулами. Такие стимулы воспринимаются соответ- ствующими интероцепторами и обеспечивают возникновение мотиваций (см. подразд. 18.2.2) и состояния дискомфорта. - Голод — ощущение необходимости приема пищи, которое сопровож- дается сложным комплексом проявлений, включая не только реакцию . органов пищеварения, но и мотивацию поиска пищи. - Аппетит.— желание приема пищи. Причем аппетит может сохранять- ся даже и после утоления голода. На аппетит оказывают сильное вли- яние эмоции, наличие привлекающих или, наоборот, отвлекающих стимулов. - Сытость — ощущение, означающее отсутствие желания есть, появля- ющееся после приема пищи. Субъективным проявлением голода является появление таких неприят- ных ощущений, как «сосание под ложечкой», «жжения», тошнота, ино- гда — головокружение, головная боль, общая слабость. В результате формируется поведение, направленное на устранение испытываемого ди- скомфорта. В связи с биологической значимостью ощущений голода и особенно жажды, связанных с обеспечением выживания особи, они долж- ны удовлетворяться. Хотя указанные мотивации являются врожденными, но в процессе жиз- ни они могут модифицироваться. Это проявляется в способности подав- лять их, правда, до определенной степени выраженности. Способность подавлять поведенческую реакцию тем больше, чем выше эволюционная организация животного, чем он становится взрослей. У человека потреб- ление пищи и воды может приспосабливаться к конкретным меняющимся
Глава 16. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ 757 условиям существования. Так, обнаружено влияние на пищевое поведение температурного фактора. Повышение внешней температуры и температу- ры тела угнетает ощущение голода. Можно выделить механизмы кратко- временной и долговременной адаптации. Последняя обусловлена соответ- ствующим уровнем обменных процессов, поддержанием необходимой массы тела. Регуляция пищевого поведения Появление чувства голода связано с формированием возбуждения в со- ответствующих нервных центрах. В гипоталамусе обнаружены структу- ры, относимые к центрам голода и насыщения. Так, если животному ввести в центр голода (латеральные области гипоталамуса) электроды и раздра- жать их, то разовьется состояние полифагии: в связи с появлением чувст- ва голода не только натощак, но и при полном желудке животное прак- тически не будет отходить от кормушки. Раздражение центра насыщения (медиальные области гипоталамуса) приводит к отказу от принятия пищи даже при явном истощении животного (гипофагия). Между латеральными и медиальными отделами гипоталамического центра существует тесное взаимодействие. Так, вентромедиальные ядра служат передаточным пунктом, объединяющим поток информации 6 на- сыщении. Разрушение этой области мешает восприятию сигналов насы- щения, что приводит к перееданию и к ожирению. Информация о на- сыщении поступает в вентромедиальную часть, откуда исходят сигналы, тормозящие латеральные области. В латеральном отделе находятся ней- роны, обеспечивающие интегрирование всех сложных зрительных, слухо- вых, обонятельных, тактильных, вкусовых и энтероцептивных рефлексов, связанных как с непосредственным приемом пищи, так и с организацией ее поиска. С гипоталамическим пищевым центром тесно связаны нейроны минда- лин и корковые отделы лимбической системы. Возбуждение этих областей обеспечивает формирование соответствующих эмоций, сопровождающих чувства голода и насыщения. Совместная активность всех указанных от- делов обеспечивает и начало поведенческой реакции, направленной на поиск пищи. Возбуждение «пищевого центра» происходит под влиянием комплекса различных факторов. Они могут быть отнесены к трем группам: - метаболиты крови, - состояние пищеварительного канала, - нейрогормональные механизмы. Одним из механизмов, вызывающих ощущение голода, является сокра- щениеутустого желудка, воспринимаемое механорецепторами стенки же- лудка (рис. 16.4). Это существенный, но далеко не единственный фактор, так как после денервации желудка или удаления его чувство голода также появляется.
758 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Возникновение чувства голода и насыщения Состояние, противоположное голоду, — чувство насыщения связано также с раздражением рецепторов органов ЖКТ: ротовой полости, же- лудка, двенадцатиперстной кишки. Особенно существенную роль играет физическое наполнение желудка и двенадцатиперстной кишки, угнетаю- щее центр голода. Нервные влияния передаются посредством афферентов блуждающего и симпатического нервов. Гормон холецистокинин также ослабляет чувство голода. Однако основные механизмы, обеспечивающие возникновение пище- вой мотивации, а значит, и регуляцию потребления пищи, связаны с гу- моральной регуляцией. Ведущая роль принадлежит концентрации в кро- ви ряда метаболитов обмена и уровню гормонов, регулирующих их. Одним из таких метаболитов является глюкоза. В организме достаточно широко разбросаны глюкорецепторы. Они имеются ^"печени, желудке^ тонком кишечнике, гипоталамусе, i Особенно важны глюкорецепторы гипоталамуса. В последнем имеются также рецепторы жирных кислот. Снижение в крови уровня глюкозы и жирных кислот служит основой воз- никновения пищевой мотивации. Причем важное регулирующее значение принадлежит не самой глю- козе крови, а ее доступности для клеток организма. Поступление пищи в желудок, всасывание глюкозы, жирных кислот способствует торможе- нию чувства голода — насыщению. На нейроны гипоталамического пищевого центра оказывают влияние как нейромедиаторы, так и ряд гормонов. Так, норадреналин (через а-ре- цепторы) активирует пищевое поведение, а дофаминергические нейроны, напротив, угнетают. К ингибиторам пищевого поведения относятся серо-
Глава 16. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ 759 тонин, ряд пептидных гормонов, которые обнаружены в тканях мозга (ХЦК-ПЗ, ТРГ, эндорфины, инсулин). Таким образом, в регуляции пищевого поведения можно выделить ме- ханизмы, обеспечивающие быструю и медленную регуляцию. К быстрой регуляции можно отнести набор сигналов, связанных с поглощением пищи (раздражение рецепторов ротовой полости, желудка), скоростью утилизации глюкозы, метаболическими процессами в жировой ткани. Информация об этих процессах обрабатывается в мозге/ при участии адренергических, серотонинергических и пептидергических нейронов (включая пептидные гормоны и нейромедиаторы). Долговременный ба- ланс может поддерживаться с помощью существующих в ЦНС механиз- мов интеграции и анализа как указанных выше «быстрых» регуляторов, так и механизмов, обеспечивающих индивидуальность обмена веществ!, его сезонных и суточных колебаний. . ' Между ощущением голода и близким к нему ощущением жажды име- ется существенное отличие. Острота дискомфорта при голодании со вре- менем убывает, то есть проявляется механизм адаптации. Адаптация же к чувству жажды отсутствует. Такое отличие обусловлено тем, что имеется прямая взаимосвязь между потреблением воды и водными средами орга- низма, столь важными для кровообращения и поддержания гомеостаза крови и клеток всех органов. Вопросы для №1 В каком случае у человека может на- блюдаться отрицательный азотистый баланс: А. Период роста организма Б. Беременность В. Белковое голодание Г. Период выздоровления после тяжелого заболевания №2 Существенное влияние на обмен бел- ков оказывают: А. Соматотропный гормон Б. Вазопрессин В. Тироксин Г. Глюкокортикоиды Д. Паратгормон №3 Какие гормоны стимулируют синтез белкв в организме: А. Соматотропин Б. Инсулин В. Глюкагон Г. Адреналин повторения №4 Дыхательный коэффициент при окис- лении жиров равен: А. 0,8 Б. 0,7 В. 1,0 Г. 0,85-0,9 №5 Повышение величины основного обме- на наблюдается при: А. Недостаточности щитовидной железы Б. Гипофункции гипофиза В. Избыточной функции щитовидной железы Г. Гипофункции половых желез №6 Какие из перечисленных ниже гормо- нов существенно увеличивают энерге- тический обмен: А. Инсулин Б. Тироксин В. Окситоцин Г. Пролактин Д. Кортикотропин Е. Адреналин
760 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ №7 Укажите соотношение белков, жиров и углеводов в суточном рационе при сба- лансированном рациональном питании взрослого человека: А. 1:3:2 Б. 2: 3: 4 В. 1:1 : 4 Г. 3:2:4 №8 В каких случаях у человека может на- блюдаться положительный азотистый баланс: А. Период роста организма Б. Беременность В. Белковое голодание Г. Период выздоровления после тяжелого заболевания №9 Укажите гормоны, повышающие уро- вень глюкозы в крови: А. Адреналин Б. Глюкокортикоиды В. Инсулин Г. Глюкагон №10 Укажите принцип непрямой калоримет- рии: А. Измерение тепла, потребляемого орга- низмом Б. Измерение тепла, выделяемого организ- мом В. Исследовние газообмена организма №11 Укажите принцип прямой калоримет- рии: А. Измерение тепла, потребляемого орга- низмом Б. Измерение тепла, выделяемого организ- мом В. Исследование газообмена организма №12 Укажите условия определения основно- го обмена энергии: А. Положение лежа Б. Полный мышечный покой В. После стандартного пробного завтрака Г. При температуре комфорта Д. Сидя, в состоянии мышечного и эмоцио- нального покоя Е. В состоянии сна Ж. Натощак №13 Снижение основного обмена возникает при: А. Недостаточности щитовидной железы Б. Недостаточности половых желез В. Недостаточности паращитовидных желез Г. Недостаточности задней доли гипофиза №14 Каков суточный расход энергии у лю- дей умственного труда: А. 6000 ккал Б. 4200 ккал В. 2800 ккал Г. 1600 ккал №15 Наиболее значительно специфически- динамическое действие пищи выраже- но при приеме: А. Белковой пищи Б. Углеводистой пищи В. Жирной пищи №16 Существенное влияние на обмен жи- ров оказывают: А. Адреналин Б. Соматотропный гормон В. Тироксин Г. Глюкокортикоиды Д. Минералокортикоиды Е. Окситоцин №17 Укажите наиболее правильный ответ. Жиры необходимы для обеспечения в организме: А. Пластических функций Б. Энергетического обмена В. Пластических и энергетических функций №18 Оцените уровень глюкозы в крови, ес- ли он составляет 3,5 ммоль/л: А. Гипогликемия Б. Гипергликемия В. Уровень глюкозы в норме
Глава 16. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ 761 №19 Оцените уровень глюкозы в крови, если он равен 6 ммоль/л: А. Гипогликемия Б. Гипергликемия В. Уровень глюкозы в норме №20 Укажите органы, где в основном откла- дывается гликоген: А. Печень Б. Скелетные мышцы В. Почки Г. Селезенка Д. Кожа №21 Какой орган наиболее чувствителен к гипогликемии: А. Скелетные мышцы Б. Почки В. Центральная нервная система Г. Печень Д. Кожа №22 При введении инсулина уровень глюко- зы в крови изменяется за счет: А. Усиления синтеза гликогена в печени Б. Усиления синтеза гликогена в мышцах В. Уменьшения синтеза гликогена в тканях №23 При окислении 1 г глюкозы в организме образуется: А. 4,1 ккал Б. 5,9 ккал В. 9,3 ккал Г. 7,4 ккал №24 Укажите, усвояемость какой пищи выше: А. Растительной Б. Животной В. Смешанной №25 Укажите критерий определения белко- вого минимума: А. Сохранение азотистого равновесия Б. Возникновение положительного азотисто- го баланса В. Возникновение отрицательного азотисто- го баланса Г. Сохранение высокой работоспособности №26 Как называется обмен энергии в состо- янии покоя в стандартных условиях: А. Валовый обмен Б. Основной обмен В. Стандартный обмен №27 В каком случае величина дыхательного коэффициента будет большей: А. При окислении в организме белков Б. При окислении в организме жиров В. При окислении в организме углеводов №28 Вставьте пропущенные слова. Щитовидная железа ... теплообразова- ние благодаря выработке ... А. Повышает, тироксина Б. Повышает, тиреотропного гормона В. Снижает, тироксина Г. Снижает, тиреотропного гормона №29 Вставьте пропущенные слова. Мозговое вещество надпочечников принимает участие в терморегуляции, выделяя ..., который ... кожные сосуды. А. Адреналин, суживает Б. Альдостерон, суживает В. Адреналин, расширяет Г. Альдостерон, расширяет №30 Вставьте пропущенные слова. Введение атропина будет ... потоотде- ление, что ... теплоотдаче. А. Тормозить, препятствует Б. Тормозить, способствует В. Стимулировать, препятствует Г. Стимулировать, способствует №31 Укажите условия, непригодные для оп- ределения основного обмена энергии: А. Температура комфорта 25-26 °C Б. Употребление пищи за 4 часа перед ис- следованием В. Максимальное мышечное расслабление Г. Нормальная температура тела Д. Физическая нагрузка за 1 час перед ис- следованием
762 Раздел Ш. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ №32 При каких условиях теплоотдача орга- низма наиболее эффективна за счет теплоизлучения: А. При расширении сосудов кожи Б. При понижении температуры воздуха В. При повышении температуры воздуха Г. При усиленном потоотделении Д. При сужении сосудов кожи №33 Какие органы обеспечивают наиболь- шую теплоотдачу у человека: А. Скелетные мышцы Б. Почки В. Кожа Г. Потовые железы Д. Слизистая оболочка рта №34 Квкое значение имеет симпатическая нервная система для терморегуляции: А. Вызывает расширение кожных сосудов Б. Суживает сосуды кожи В. Усиливает окислительные процессы в тканях Г. Вызывает гипогликемию №35 Укажите основные места образования тепла в организме: А. Скелетные мышцы Б. Легкие В. Печень Г. Кожа №36 Укажите оптимальное количество бел- ков в суточном рационе взрослого человека (1-я категория населения): А. 170-200 г Б. 100-110 г В. 200-220 г Г. 300-350 г №37 Укажите приспособительные реакции при действии низкой температуры окру- жающей среды: А. Снижение тонуса скелетных мышц Б. Повышение тонуса скелетных мышц В. Покраснение кожи Г. Мышечная дрожь Д. Произвольная мышечная активность №38 Специфически-динамическое действие белковой пищи составляет: А. 30% Б. 45% В. 12% Г. 5% №39 Вставьте пропущенные слова. Центр теплопродукции расположен в ... гипоталамусе и возбуждается при раз- дражении ... терморецепторов. А. Заднем, холодовых Б. Заднем, тепловых В. Переднем, холодовых Г. Переднем, тепловых №40 При каких условиях может усиливаться теплоотдача организма путем испаре- ния: А. При температуре окружающей среды 25- 26 °C Б. При повышении температуры воздуха до 35 °C В. При влажном воздухе Г. При сухом воздухе №41 При окислении 1 г жиров в организме выделяется: А. 4,1 ккал Б. 5,9 ккал В. 9,3 ккал Г. 7,1 ккал №42 При окислении 1 г белков в организме образуется: А. 4,1 ккал Б. 5,9 ккал В. 9,3 ккал Г. 7,4 ккал
763 Раздел Ш. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ №43 Правило Рубнера определяет: А. Образование энергии на единицу массы тела Б. Образование энергии на единицу поверх- ности тела В. Образование энергии в зависимости от роста Г. Образование энергии в зависимости от возраста №44 При поступлении в организм пищи, содержащей только жиры и углеводы, образование энергии возрастает: А. На 45% Б. На 30% В. На 15% Г. Не изменяется №45 При понижении температуры окружаю- щей среды интенсивность обмена энергии: А. Увеличивается Б. Уменьшается В. Не изменяется №46 При старении организма основной об- мен энергии: А. Возрастает Б. Снижается В. Не изменяется №47 В растущем организме уровень основ- ного обмена энергии по сравнению со взрослыми: А. Выше Б. Ниже В. Такой же №48 Максимальная температура тела чело- века наблюдается в следующее время суток: А. 10-12 ч Б. 12-14 ч В. 16-18 ч №49 При беременности потребление белков: А. Снижено Б. Не изменено В. Повышено №50 Распад жиров в организме стимулируют: А. Соматотропный гормон Б. Адреналин В. Норадреналин Г. Глюкокортикоиды №51 Центр терморегуляции находится: А. В коре больших полушарий Б. В таламусе В. В гипоталамусе Г. В продолговатом мозге №52 Изменяется ли интенсивность обмена энергии при повышении температуры окружающей среды на 10 °C? А. Не меняется Б. Возрастает в 2-3 раза В. Возрастает в 5 раз Г. Снижается в 1,5-2,0 раза Д. Снижается в 3 раза №53 Как изменится интенсивность обмен- ных процессов при раздражении зад- них ядер гипоталамуса: А. Повысится Б. Понизится В. Не изменится №54 Наибольшее количество кислорода по- требляется при окислении: А. Белков Б. Жиров В. Углеводов №55 Величина основного обмена энергии определяется расходом энергии на следующие процессы: А. Дыхание Б. Кровообращение В. Мышечную нагрузку Г. Терморегуляцию
Глава 17 ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ 17.1. ПОНЯТИЕ О ПОЙКИЛОТЕРМИИ И ГОМОЙОТЕРМИИ Процессы, идущие в организме с использованием энергии, заканчива- ются выделением тепла. В одних случаях тепло является побочным про- дуктом жизнедеятельности, в других — основным путем превращения энергии. В то же время имеется обратная связь между температурой и биологическими процессами. Так, скорость протекания химических реак- ций зависит от температуры среды в соответствии с правилом Вант- Гоффа — Аррениуса: при изменении температуры наДО °C интенсивность обмена меняется в 2-3 раза. ~ Указанная закономерность объясняет высокую термозависимость всех жизненных проявлений, что сказывается даже на эволюционном разви- тии. Низкая температура зимой, как и снижение температуры ночью, за- медляла или даже приостанавливала все процессы жизнедеятельности. Так было и до сих пор происходит с пойкилотермными (хладнокровными) животными (от греч. poikilos — изменчивый). Но на определенном этапе эволюции некоторые животные приобрели способность сохранять темпе- ратуру тела постоянной. Эти гомойотермные (теплокровные) существа (от греч. homeo — подобный) приобрели возможность сохранять темпера- туру постоянной, то есть у них сформировались механизмы терморегуля- ции, и в результате резко возрос их эволюционный потенциал. Пойкило- термных животных не совсем точно называют хладнокровными, так как температура их органов за счет постоянно протекающих процессов обра- зования тепла все же выше, чем окружающей среды. Наверное, правиль- нее говорить, что эти животные не имеют механизмов, поддерживающих постоянной одну из констант гомеостаза — температуру организма. При отклонении температуры от константного уровня могут изме- няться: - структура и функция белков; - скорость ферментативных реакций; - структура и функция нуклеиновых кислот; - физико-химическое состояние и функция липидов (основа мембран клетки). Указанные сдвиги приводят к нарушению функций и структур самых различных органов и систем. Для всех гомойотермных животных грани- цы верхней, уже летальной, температуры находятся в пределах 43-45 °C. 1 7.1.1. Температурные оболочка и ядро Зависимость интенсивности обменных процессов от температуры при- вела к тому, что температура тела большинства гомойотермных живо- тных приблизилась к максимуму, за которым следует тепловая денатура- ция белков, резкое повышение текучести липидов в мембранах. Такой константной температурой для человека стала 37 °C. Однако при измере-
Глава 17, ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ 765 нии температуры отдельных частей тела человека можно обнаружить, что не везде наблюдается строгая гомойотермия. Имеется осевой и продоль- ный температурные градиенты. Поверхностные слои имеют более низкую температуру, чем глубокие. Конечности, особенно их дистальные отделы, также, как правило, более холодные, чем туловище (рис. 17.1). Причем температура поверхностных слоев тела во многом зависит от внешней температуры. Например, у легко одетого взрослого человека, находяще- гося в помещении с температурой воздуха 20 °C, температура глубоких слоев мышц бедра 35 °C, икроножных мышц — 33 °C, а в центре стопы — лишь 27-28 °C. Температура кожи этих отделов еще ниже. Повышение ок- ружающей температуры приводит к росту температуры в глубоких слоях мышц конечностей, которая может не отличаться от температуры внут-. ренних органов. Эти представления позволяют условно выделить «прйки- лотермную» оболочку и «гомойотермное» ядро. Соотношение их непосто- янно, и'в'зависимости от внешней температуры за счет переходной зоны ядро может увеличиваться или уменьшаться. Измерение температуры тела человека чрезвычайно важно для клиники, так как очень многие заболевания сопровождаются нарушением этого го- меостатического параметра. Естественно, врача в первую очередь интере- сует температура ядра. Наиболее точный уровень его температуры дает температура в пищеводе. Однако в связи с технической сложностью такого определения здесь ее измеряют лишь для научных целей. Хорошие резуль- таты дает измерение температуры в ротовой полости под языком, а также в прямой кишке. Менее точно соответствует температуре ядра температу- ра подмышечной впадины. Она почти на 0,5 °C ниже, да и устанавливается посте- пенно после нескольких ми- нут изоляции подмышечной впадины плотным прижати- ем плеча. В течение суток темпера- тура тела может отличаться от среднего уровня: к 4 ча- сам ночи она снижается, а к 17 часам — поднимается. Размах колебаний может достигать 1 °C. Температу- ра тела женщин меняется в связи с ритмом гормональ- ной активности — менстру- альным циклом. В первой Соотношение температурных оболочки и ядра (закрашено) при внешней температуре 20 °C (а) и 28 °C (б) половине цикла температу- ра примерно на 0,5 °C ниже, чем во второй (постовуля-
766 Раздел Ш. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ционной). Температура тела может измениться и в зависимости от приема пищи и интенсивности выполняемой мышечной работы. Так, у спортсме- на после двухчасового интенсивного бега (после преодоления марафон- ской дистанции) температура ядра может повышаться до 40-41 °C. 17.2. МЕХАНИЗМЫ ТЕРМОРЕГУЛЯЦИИ Основным условием поддержания постоянной температуры тела явля- ется достижение устойчивого равновесия между теплопродукцией и тепло- отдачей. Регуляция температуры и заключается в согласовании процессов образования и выделения тепла. Во всех органах в результате обменных процессов происходит тепло- продукция (ее называют химической терморегуляцией). Поэтому оттекаю- щая от органов кровь, как правило, имеет более высокую температуру, чем притекающая. Изменение активности обменных процессов, интенсив- ности мышечных локомоций относится к основным механизмам измене- ния теплопродукции. Наиболее мощным источником теплопродукции являются сокращающиеся мышцы. Среди различных локомоций следует выделить особую их форму — дрожь, При дрожи сокращения мышечных волокон целиком направлены'лишь на увеличение теплообразования, в то время как при обычных локомоциях часть энергии расходуется на пе- ремещение соответствующей конечности и лишь часть — на термогенез. Пути теплоотдачи Проведение тепла происходит при непосредственном контакте тела с плотным субстратом. При этом скорость переноса тепла от более нагре- того тела к менее нагретому предмету определяется температурным гра- диентом и их теплопроводностью. Частично путем проведения тепло передается от внутренних органов к поверхности тела. Но этот процесс затрудняется из-за низкой теплопроводности жира. Сходным с проведением является конвекционный путь. Соприкасаю- щийся с поверхностью тела воздух при наличии градиента температур нагревается. Нагретый воздух становится более легким и, поднимаясь от тела, освобождает место новым порциям воздуха и таким образом заби- рает часть тепла. Интенсивность естественной конвекции может быть уве- личена дополнительным движением воздуха или уменьшением препятст- вия поступлению его к телу одеждой. Тепло от тела может отводиться и с помощью длинноволнового инф- ракрасного излучения. Для этого также необходим градиент температур: например, между более теплой кожей и холодными стенами. При комнатной температуре у раздетого человека около 60 % тепла от- дается за счет излучения, около 12—15% — конвекцией воздуха и 2-5% — проведением. Испарение пота При комнатной температуре у обнаженного человека около 20% тепла отдается с испарением пота. Теплопроведение, конвекция и излучение являются пассивными путями
Глава 17. ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ 767 теплоотдачи, основанными на чисто физических законах. Они эффектив- ны лишь при сохранении положительного температурного градиента. Чем меньше разница между температурой тела и окружающей среды, тем меньше тепла отдается. При равенстве или же при более высокой темпе- ратуре окружающей среды указанные пути не просто не эффективны, но даже происходит обратное — нагревание тела. В этих условиях у организ- ма есть лишь один механизм отдачи тепла, связанный с процессами пото- отделения и. потоиспарения. Здесь используются как физические законо- мерности, обусловленные необходимостью затраты энергии на процесс испарения, так и биологические — потоотделение. Охлаждению кожи способствует то, что для испарения 1 мл пота расходуется 0,58 ккал. Если не происходит испарения пота, то эффективность теплоотдачи резко снижается, так как за счет одного лишь выделения пота тепла отдается намного меньше. Скорость испарения пота зависит от градиента температур и насыщен- ности парами воды окружающего воздуха. Чем выше влажность, тем ме- нее эффективным становится и этот путь теплоотдачи. Резко снижено ис- пользование этого пути теплоотдачи при нахождении в воде или при плотной одежде. В результате организм вынужден компенсировать отсут- ствие испарения пота его обильным выделением. Механизм секреции пота подробно изложен в подразд. 13.4.4. 17.3. СИСТЕМА ТЕРМОРЕГУЛЯЦИИ В процессе эволюции человек приобрел способность жить в достаточно широких пределах колебаний внешней температуры, сохраняя постоянст- во температуры ядра. Можно выделить механизмы, обеспечивающие кратковременную и долговременную адаптацию к меняющейся внешней температуре. Кратковременная адаптация обеспечивает приспособление организма к быстро меняющейся температуре. Она содержит ряд меха- низмов, которые «включаются» поэтапно. Вначале используются менее энергоемкие механизмы, но если их недостаточно для сохранения постоян- ной температуры ядра, то подключаются более сложные. Строя жилище, надевая соответствующую одежду, человек использует поведенческие механизмы регуляции теплообмена. К поведенческим меха- низмам относится и изменение площади свободной поверхности тела: «сворачивание в клубочек» уменьшает теплоотдачу, а распластывание — увеличивает. Этому же способствует уход в тень или, наоборот, на солн- це, прикосновение к холодному либо горячему предмету, выполнение мышечных движений или неподвижность. Большинство поведенческих реакций являются условно-рефлекторными осознанными актами. Для терморегуляции организм использует и широкую гамму безуслов- ных рефлексов соматической и вегетативной нервной системы, возможно- сти гуморальной регуляции. Так, изменение активности обмена веществ находится под регулирующим влиянием гормонов и вегетативных нер- вов. Симпатические нервы ускоряют процессы обмена веществ. Анало-
768 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ гичную функцию выполняют катехоламины надпочечников и тиреоид- ные гормоны. Взаимодействие вегетативной нервной системы с соматической обес- печивает вовлечение в процесс образования тепла наиболее мощного органа — скелетных мышц. Можно выделить три типа мышечных сокра- щений, которые обеспечивают повышение теплообразования: терморегу- ляционный тонус, дрожь и произвольные сокращения. Терморегуляционный тонус заключается в том, что в некоторых мышцах (шея, туловище, сги- батели конечностей) начинаются асинхронные сокращения отдельных двигательных единиц. В результате создается впечатление тонического напряжения указанных мышц. А эти мышцы обеспечивают позу «свора- чивания в клубочек». С одной стороны, сокращение мышц способствует образованию в них тепла, а с другой — соответствующая поза уменьшает поверхность теплоотдачи. Дрожь появляется при дальнейшем понижении внешней температуры. Суть непроизвольных дрожательных сокращений заключается в резком повышении процесса теплообразования, так как при этом вся энергия мышечного сокращения превращается в тепло, а не в механическое передвижение. Если и этих форм теплообразования недо- статочно, то подключаются произвольные (осознанные) движения. Ведущую роль в изменении процессов теплоотдачи играет перераспре- деление кровотока. Сужение сосудов кожи и подкожной клетчатки, закры- тие артерио-венозных анастомозов способствуют меньшему притоку тепла и сохранению его в организме. В противоположность этому при расширении сосудов возможности для более эффективного проявления физических способов теплоотдачи увеличиваются. При расширении сосу- дов температура кожи может возрастать на 7-8 °C. Тонус сосудов контролируется гормонами и вегетативными нервами. Симпатическими нервами регулируется также и процесс потовыделе- ния. Медиатором этих нервов является ацетилхолин. Каждый из указан- ных механизмов используется по-разномуПГзавйсимости от конкретных условий. Так, при постепенно развивающихся адаптационных перестрой- ках (например, сезонной осенней и весенней акклиматизации) преимуще- ственно используются гормональные механизмы. Напротив, необходи- мость быстрой адаптации включает нервно-рефлекторные эффекторные пути. Эффекторные механизмы терморегуляции подключаются через спе- циальный центр терморегуляции, находящийся в гипоталамусе. В свою очередь, его включение обусловлено взаимодействием центральных меха- низмов с приходящей афферентной импульсацией. 17.3.1. Терморецепторы Температура тела контролируется терморецепторами. По местоположе- нию они подразделяются на периферические и центральные. Расположен- ные в коже периферические рецепторы содержат два типа рецепторов — тепловые и холодовые. Центральные рецепторы находятся в гипоталамусе, в основном в пе- редней преоптической области. Эти клетки способны различать разницу
Глава 17. ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ 769 температуры крови, протекающей через мозг,^0,011 °C) Некоторое коли- чество термочувствительных клеток имеется в шейно-грудном отделе спинного мозга. Кроме того, терморецепторы располагаются в мышцах, абдоминальной области. Все эти рецепторы играют главенствующею роль в регуляции теплообмена, так как они контролируют температуру -ядра?) Между центральными и периферическими терморецепторными им- пульсами могут быть реципрокные взаимодействия, которые обеспечива- ются структурами центра терморегуляции. Так, в условиях активации кожных холодовых рецепторов сосуды суживаются и образование тепла усиливается. Однако процесс повышения теплообразования при этом идет не столь интенсивно, чтобы вызвать рост температуры ядра. Этому препятствуют внутренние тепловые рецепторы. Напротив, повышение температуры тела при физической работе, возбуждая внутренние тепло- вые рецепторы, запускает процессы устранения излишка тепла путем рас- ширения сосудов, потовыделения. Чрезмерному проявлению этих реак- ций могут препятствовать холодовые рецепторы кожи, особенно если присоединяется влияние низкой внешней температуры. Частота возникновения нервных импульсов в рецепторах зависит от действующей температуры. Холодовые и тепловые рецепторы обладают некоторой спонтанной активностью. На эту активность накладывается соответствующий температурный раздражитель. Так, в волокнах, идущих от тепловых рецепторов, импульсация наблюдается при действии темпера- туры в диапазоне от 20 до 40 °C, а максимальная активность — в пределах от 38 °C и выше. Ощущение жжения от прикосновения к слишком горяче- му предмету возникает при действии температуры выше 45 °C, при этом раздражаются специализированные рецепторы (рецепторы жжения), ко- торые являются разновидностью болевых рецепторов. Волокна холодовых рецепторов активны в диапазоне 10—40 °C, но частота импульсации в них наибольшая при температуре 34-20 °C. Внезапное повышение или пониже- ние температуры приводит к кратковременному резкому увеличению час- тоты разрядов в соответствующих рецепторах с последующим постепен- ным снижением до уровня, характерного для данной температуры. Температурный комфорт Как указано выше, при температуре кожи в диапазоне 34-38 °C им- пульсация периферических рецепторов минимальна. Примерно по такой же схеме функционируют и центральные терморецепторы. Но для них «температурное окно» уже, в пределах 37,0-37,5 °C. Минимальный уро- вень афферентации создает ощущение температурного комфорта. Конкретные условия окружающей среды влияют на ощущение темпе- ратурного комфорта. Так, для легко одетого человека (рубашка, трусы, брюки) при неподвижном сидящем положении, 50 % влажности воздуха и равенстве температур воздуха и стен, температура комфорта соответству- ет 25-26 °C. Для обнаженного человека — уже 28 °C. Физическая работа, по мере возрастания ее интенсивности, снижает комфортую температуру
770 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ с 22 °C при легкой кабинетной работе до 17-18 °C — при выполнении работы средней интенсивности. Повышение влажности и средней температуры воздуха приводят к воз- никновению температурного дискомфорта, который тем выраженнее, чем больше эти отклонения. Когда человек находится в воде, то в связи с тем, что теплопровод- ность воды выше теплопроводности воздуха, от тела отводится больше тепла. Когда вода находится в движении, условия теплоотдачи возраста- ют еще более значительно. Так, при температуре воды 10 °C даже сильная физическая активность не в состоянии надолго поддержать температур- ное равновесие и постепенно развивается гипотермия. Поэтому для чело- века, находящегося в воде при состоянии покоя, температура комфорта равна 35-36 °C. При этом необходимо учитывать еще один «теплоизоля- тор» — подкожный жировой слой: чем он более выражен, тем ниже может быть значение температуры комфорта (от 31 до 35 °C). 17.3.2. Центр терморегуляции В передних отделах гипоталамуса расположены нейроны центра термо- регуляции, через которые регулируется процесс теплоотдачи. Основным центром, связанным с эффекторами, является задний отдел гипоталамуса. Эти нейроны через симпатиче'сКйё'нервы влияютТза кровеносные сосуды, потовые железы, метаболизм. Передний отдел гипоталамуса_(медиальная преоптическая область) принадлежат кафферентному’отделу системы тер- морегуляции. Они получают сигналы от периферических терморецепторов и сравнивают их с уровнем активности центральных терморецепторов и «заданного значения» температуры. Указанный центр гипоталамуса как бы настроен на «заданное значение» температуры тела. «Заданное значе- ние» определяется такой суммарной температурой тела, при которой меха- низмы теплоотдачи и теплообразования находятся на уровне своей мини- мальной активности. При этом не включаются дополнительные механиз- мы, обеспечивающие получение или выделение излишка тепла. Тепловые и холодовые рецепторы находятся в наименее возбужденном состоянии. Это — условие температурного комфорта. При понижении температуры среды ниже комфортной информация от холодовых рецепторов поступает в передний отдел гипоталамуса. Отсюда сигналы передаются его в задний отдел, который посредством симпати- ческих нервов повышает тонус кожных и подкожных кровеносных сосу- дов? Сужение сосудов, снижая кожный кровоток, обеспечивает сохране- ние тепла. Если этого оказывается недостаточно, подключаются новые механизмы терморегуляции. Структуры заднего гипоталумса активируют также и систему регуляции мышечного тонуса (терморегуляционный то- нус, дрожь). При повышении температуры происходит снижение импульсации пе- риферических холодовых рецепторов и уменьшение тонуса эфферентных структур гипоталамуса. Уменьшение симпатического сосудосуживающе- го влияния способствует расширению кожных сосудов (усиливается теп-
Глава 17. ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ 771 лоотдача). Резкое повышение внешней температуры или повышение энергообразования активируют особые структуры симпатической нерв- ной системы, стимулирующие образование пота через холинергические нервные волокна. При этом резко подавляется активность скелетных мышц. Весьма существенно, что включение таких механизмов, как потоотделе- ние или мышечная дрожь, происходит тогда, когда другие пути поддержа- ния постоянной температуры ядра оказываются недостаточно эффектив- ными. Но появление потоотделения и мышечной дрожи сопровождается возникновением ощущения температурного дискомфорта. Межнейронные взаимодействия в терморегулирующем центре гипота- ламуса представлены на рис. 17.2. Чувствительность терморегулирующих зон гипоталамуса может изме- няться под влиянием ряда факторов крови. Такими факторами являются ионы Са2+ и Na+, глюкоза, осмотическое давление. Повышение уровня Са2+ — одного из наиболее биологически активных ионов — модифици- рует чувствительность центральных механизмов как непосредственно к температуре, так и к нейромедиаторам. В результате активнее включа- ются механизмы теплоотдачи. Это особенно заметно при выполнении физической нагрузки. Рост осмомолярности крови повышает порог тем- пературной чувствительности и снижает потоотделение. [ Рис. 17,2 [. Функциональные взаимодействия терморегулирующего центра гипоталамуса (по Bruck)
772 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ 17.3.3. Гипо- и гипертермия В реальной жизни человека соответствие процессов теплообразования и теплоотдачи наблюдается далеко не всегда. В случае преобладания од- ного из процессов температура ядра изменяется. Нарушение температуры может происходить под влиянием эндогенных или экзогенных причин. Так, зимой, при действии низкой температуры, наряду с интенсифика- цией процессовТёплоббразованйя для уменьшения теплоотдачи сужива- ются кожные сосуды. Однако при слишком низкой температуре это мо- жет привести к отморожению. Поэтому обычно после первоначального сужения кровеносные сосуды могут расширяться, и кровь вновь устрем- ляется к коже. Эта местная реакция обусловлена локальной термочувст- вительностью мускулатуры сосудов и хорошо выражена у адаптирован- ных к холоду людей. В условиях очень низкой внешней температуры рас- ширение кожных сосудов может привести к увеличению теплопотерь, по- нижению температуры ядра, в результате чего человек может замерзнуть. Снижение температуры ядра, в свою очередь, согласно правилу Вант- Гоффа, понижает активность обменных-процессов. Смерть при охлажде- нии наступает при температуре ядра(26-28®С. Однако еще до этого низ- кая температура приведет к угнетениюакДивности нейронов ЦНС, «засы- панию» и потере сознания. Указанную закономерность в настоящее время используют с лечебной целью, когда требуется на какое-то время выключить кровообращение, чтобы произвести операцию на сердце. Такой метод называется управляе- мой гипотермией. Для его осуществления используется принцип постепен- ного экстракорпорального охлаждения крови. Причем предварительно со- ответствующим наркозом должен быть угнетен центр терморегуляции. Обычно температуру тела постепенно снижают до 23-25 ТС, что позволяет на 20-30 мин остановить кровообращение. Затем так же постепенно тем- пературу тела повышают. Чаще всего охлажденное сердце не в состоянии само «запуститься». Начало его сокращения стимулируют с помощью специального дефибриллятора. При старении у некоторых пожилых людей внутренняя температура тела может поддерживаться на уровне ниже нормы (35 °C и даже ниже). Это происходит в результате переориентации температурной регуляции организма, хотя при этом в других отношениях терморегуляцйя 'сохраня- ется. С некоторой долей условности данный феномен можно уподобить лихорадке со знаком минус. Состояние, противоположное гипотермии, называют гипертермией. Причем непродолжительная гипертермия может наблюдаться и у здоро- вого человека. Это происходит, например, при интенсивной физической работе, когда теплоотдача не успевает за образованием тепла. Высокая внешняя температура, особенно в сочетании с высокой влажностью, ин- тенсивное солнечное воздействие также могут._привести к гипертермии. При повышении температуры тела^выше 41 “Сдэазвивается отек мозга,
773 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ человек теряет ориентацию, появляется бред, возникают судороги. Этот процесс носит название теплового удара. Продолжительная гипертермия (сректальной температурой выше 39,5- 40 °C), наступающие в ЦНС изменения, влияя на центральные термо- регуляторные механизмы, приводят к еще большему нарушению процесса терморегуляции (нарушается потоотделение, мышцы могут обнаружи- вать ритмическую активность типа дрожи), так что без соответствующей врачебной помощи может наступить смерть. Относительно легкое перегревание организма может приводить к дру- гому феномену — тепловому обмороку. Он нередко возникает у людей с нарушениями ортостатической регуляции при внезапном прекращении какой-либо продолжительной работы, при длительном неподвижном стоянии. При этом в результате резкого расширения сосудов и снижения кровяного давления также происходит потеря сознания. Параплегия и терморегуляция Перерыв мозга может привести к изменению условий терморегуляции. Это происходит в связи с нарушением как афферентной сигнализации от терморецепторов, так и эфферентных команд от центра терморегуляции. У людей с травмой спинного мозга при экстремально высокой темпера- туре в результате спинальных рефлексов может активироваться потоотде- ление и расширяться сосуды, но рефлекторной дрожи при охлаждении не будет. И вообще, при тепловых нагрузках у таких больных обнаружива- ются большие отклонения температуры тела от «заданного значения». 17.3.4. Лихорадка Одна из разновидностей гипертермии — лихорадка сопровождает мно- гие заболевания. Полагают, что механизм возникновения лихорадки обусловлен смещением «заданного значения» температуры в гипоталами- ческом центре^ его перенас’траиванием. Изменение функции центра явля- ется следствием воздействия на него поступающих с кровью пирогенов — полисахаридов бактериальных мембран, вызывающих синтез лейкоци- тарных пирогенов: - интерлейкина-1, - интерлейкина-6, - фактора некроза опухолей, - а-интерферона и др. В результате изменения «заданного значения» центр терморегуляции за «норму» принимает другую температуру и настраивает все механизмы терморегуляции, исходя из нового значения. Повышение температуры происходит вследствие дрожи, уменьшения потоотделения и сужения со- судов кожи. Исчезновение пирогенов приводит к повышению активности механизмов теплоотдачи: усиливается потоотделение, расширяются кож- ные сосуды. В результате температура тела снижается.
774 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ 17.4. ТЕМПЕРАТУРНАЯ АДАПТАЦИЯ Долговременная адаптация, акклиматизация к постепенно меняющему- ся температурному режиму способствует существенному расширению ареала существования человека. Наибольшее значение при этом имеет из- менение активности обменных процессов. Так, у жителей высоких широт основной обмен повышен, а у жителей пустынь, напротив, понижен. Это обусловлено изменением уровня гормонов, и в первую очередь тиреоид- ных, являющихся одними из основных стимуляторов термогенеза. Регуля- ция образования гормонов щитовидной железы происходит через гипо- таламо-гипофизарную систему. Этому способствует и соответствующее расположение нервных центров: центр терморегуляции и нейроны, образу- ющие ТРГу$ гипоталамусе, расположены рядом и между ними имеются межнейронные взаимосвязи. При высокой внешней температуре образо- вание тиреоидных гормонов снижается, а при низкой — повышается. Хо- лодовая адаптация заключается также в увеличении количества тканевых ^-адренорецепторов. При этом сокращение скелетных мышц становится менее энергоэкономичным: любой вид сократительного термогенеза дает выход большего количества тепла. В результате изменяется даже уровень основного обмена: летом он ниже, чем зимой. Как указывалось выше, при повышении внешней температуры для вы- деления тепла используется механизм обильного потоотделения. При этом с потом может теряться большое количество NaCl. Но при постепен- но развивающейся адаптации в течение нескольких'недель происходят два взаимосвязанных процесса: возрастает выделение пота (до 1,5-2,0 л/ч) при одновременном снижении концентрации выводимого NaCl. Если у неакклиматизированного человека в этих условиях с потом выводится его 15-30 г/день, то у акклиматизированного — лишь 3-5. Механизм за- держки Na+ обусловлен увеличением образования альдостерона. Кроме того, у людей, живущих в указанных климатических зонах, не- сколько изменены и нервно-рефлекторные механизмы терморегуляции. Температура ядра в жарком климате на 0,5-1,0 °C повышена, а в холод- ном — понижена. Отличаются также границы начала реагирования пери- ферических рецепторов и включения механизмов терморегуляции. У жи- телей тропиков сосуды и потовые железы начинают реагировать при бо- лее высокой температуре тела, а у жителей высоких широт — при более низкой, чем у живущих в умеренном климате (на 0,5-1,0 °C). В процессе адаптации к многовековому пребыванию в условиях соответствующих температур кроме чисто функциональных особенностей выработались и морфологические отличия. Так, например, у жителей тропиков выше плотность потовых желез на коже. 17.5. ВОЗРАСТНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛЯЦИИ Новорожденные дети, даже если они родились недоношенными, имеют хорошо сформированную систему терморегуляции. Однако у них, по сравнению со взрослыми, существенно отличаются условия термообмена и несколько иначе функционируют механизмы терморегуляции. В первую
Глава 17, ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ 775 очередь, у детей другое соотношение площади поверхности тела, через которую тепло отдается, и массы тела, где тепло производится. Значи- тельное преобладание поверхности сдвигает соотношение «теплоот- дача — теплообразование» в сторону повышения условий для теплоотдачи. В результате изменяется и режим зоны температурного комфорта — она повышается до 32-34 °О Большая площадь поверхности тела (естественно, по отношению к мас- се тела) создает условия как для более интенсивного охлаждения, так и перегревания ребенка. Кроме того, следует учитывать, что у детей значи- тельно тоньше теплоизолирующий слой подкожной жировой клетчатки. У детей, особенно первых месяцев жизни, большую роль в терморегу- ляции играет бурый жир. Его много^между лопаток, в подмышечных впа- ди нах"? Для бурого жира характерны три особенности: он хорошо иннер- вирован симпатическими нервами, активно кровоснабжается и, что осо- бенно важно, отличаются сами адипоциты. В них содержится много мелких липидных капель (вместо одной большой, как у белого жира) и высокая плотность митохондрий. А в последних имеется специфический белок — термогенин, который разобщает окислительное фосфорилирова- ние, в результате чего почти вся энергия расходуется на выработку тепла, а не на синтез АТФ. В случае необходимости, за счет интенсивного окисления бурого жира образование тепла может возрастать в 2-3 раза. Симпатические волокна, иннервирующие бурый жир, связаны с двумя областями гипоталамуса: 1) преоптической областью, участвующей в теплорегуляции; 2) вентромедиальными ядрами, которые связаны с регуляцией потреб- ления пищи. У новорожденных дрожь и другие звенья сохранения тепла подключа- ются лишь при недостаточности теплопродукции из бурого жира. В силу особенностей механизмов терморегуляции дети, особенно пер- вого года жизни, нуждаются в заботе родителей, направленной на под- держание температурного режима организма. К тому же дети слабее взрослых реагируют на нарушение температурного гомеостаза, восприни- мая его менее ярко, чем другие (например, пищевой), и при охлаждении или перегревании могут не плакать. 17.6. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕРМОРЕГУЛЯЦИИ С ДРУГИМИ СИСТЕМАМИ ОРГАНИЗМА В связи с тем, что для поддержания нормальной температуры ядра система терморегуляции задействует другие системы организма, при интенсификации ее могут нарушаться многие другие гомеостатические параметры. Причиной этого могут быть как механизмы регуляции темпе- ратурного режима, так и сами органы и системы, изменение функций которых используется для сохранения постоянной температуры ядра. Примерами первых из них могут служить катехоламины и тироксин, под влиянием которых меняется не только активность процессов тепло-
776 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ продукции, но «попутно» и состояние сердечно-сосудистой и других сис- тем организма, а также активность всех метаболических процессов орга- низма. 7 J При действии высоких температур резкое расширение сосудов подкож- ной клетчатки в результате перераспределения кровотока может привести к падению системного давления крови и даже развитию коллаптоидного состояния. Резкое усиление потоотделения может вызвать нарушение вод- ного и электролитного режима организма. Развивается чувство жажды и уменьшается диурез. И здесь возникает конкуренция двух систем регуля- ции гомеостаза, которые располагаются в единых нервных центрах меди- альной преоптической области гипоталамуса. Но если более важный вод- но-электролитный баланс крови не удается скомпенсировать, то система его регуляции как бы «накладывает запрет» на дальнейшее использова- ние этих механизмов для терморегуляции. С развитием гипогидратации и ростом осмотического давления отдача тепла за счет потоотделения уменьшается, и температура тела начинает повышаться. Наглядно проявляется сопряженность процессов терморегуляции и водно-электролитного режима крови и при действии на организм низкой температуры: уменьшается потребление воды, усиливается диурез и воз- растает осмомолярность плазмы крови. Дегидратация ведет к торможе- нию теплочувствительных нейронов гипоталамуса и, как следствие этого, снижается теплоотдача. Участие системы дыхания в механизмах терморегуляции, когда на ор- ганизм действует высокая или очень низкая температура, приводит к то- му, что могут измениться и буферные системы крови. Одышка при дейст- вии высокой температуры приведет к выделению чрезмерных количеств углекислого газа и развитию дыхательного алкалоза, но при повышении температуры тела ухудшается доставка кислорода к тканям, вследствие чего в них развивается метаболический ацидоз. Происходит смена щелоч- ной реакции крови на кислую. Это может играть положительную роль как для системы терморегуляции, так и для улучшения доставки кислоро- да. Стимуляция дыхательного центра переизбытком Н+ приводит как к росту испарения влаги через дыхательные пути, так и к снижению РСО2 и росту РО2.
РАЗДЕЛ IV ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА Глава 18 ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СЛОЖНЫХ ФОРМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОРГАНИЗМА С РЕАЛЬНЫМИ УСЛОВИЯМИ ЖИЗНИ 18.1. ПОНЯТИЕ О НИЗШЕЙ И ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ Все функции, выполняемые нервной системой, условно можно подраз- делить на две группы: низшую и высшую нервную деятельность. Та часть функций, которая заключается в регуляции жизнедеятельности органов и систем, объединении их в единый организм, относится к низшей нервной деятельности (ННД). ННД, объединяя отдельные органы в единый орга- низм, создает оптимальные условия функционирования как отдельных органов и систем, так и организма в целом. Но нервная система выпол- няет еще одну задачу — организует поведение человека, то есть адекват- ное взаимодействие его с постоянно меняющейся внешней средой. Эти функции относятся к высшей нервной деятельности (ВНД). В основе по- ведения лежит полезный конечный результат, направленный прежде всего на сохранение жизни особи или вида в конкретных, чаще всего меняю- щихся условиях существования. Высшая нервная деятельность обеспечивает целесообразное поведение в меняющихся условиях жизни, заключающееся в запоминании, то есть спо- собности приобретать индивидуальный жизненный опыт, обеспечивающий полезный приспособительный результат. Кроме того, для поведения челове- ка характерно осмысливание окружающей действительности, формирова- ние новых законов и их использование для организации своего поведения, то есть творчество. Структурной основой ВНД являются кора больших полушарий и при- легающие к ней подкорковые образования. Здесь при организации схемы поведенческого акта формируются различной сложности нейронные це- пи. Они могут включать разнообразные рефлексы (безусловные или ус- ловные). Однако одними лишь рефлексами организация сложного пове- дения человека не ограничивается. ЦНС использует и более сложные формы, обозначаемые как мотивации и эмоции, рассудочная и мысли- тельная деятельность, речь и воля. До сих пор широко распространено мнение, что ЦНС для обеспечения сложных форм организации поведения использует относительно малый процент своих клеток, а остальные нахо- дятся в состоянии «безделья». Исходя из этого, мозг считают уникальным
778 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА источником резервов улучшения процесса мышления. Но ведь в такой же ситуации находятся и функции любого внутреннего органа: все они в обычных условиях функционируют лишь на 10-20 % своих максималь- ных возможностей. А эти резервы внутренних органов, как и нашего мозга, используются при относительно кратковременном усилении своих функций в период адаптации (гл. 20) или компенсации. Центральная нервная система, организующая поведение, использует для этого как врожденные, так и приобретаемые в течение жизни меха- низмы. С известной долей определенности можно выделить следующие их основные формы. Врожденные: — безусловные рефлексы, — инстинкты. Приобретенные: — импринтинг, — условные рефлексы, — рассудочные (мыслительные) процессы. Наиболее наглядно эволюционное усложнение структуры и функций органов и систем организма проявляется при организации поведения ор- ганизма в реальных, постоянно меняющихся условиях жизни. У человека в результате эволюции нервной системы и ее функции появилось и до- стигло достаточно высокого уровня развития сознание как высшая форма организации поведения. Основным признаком безусловного рефлекса является жесткая, врож- денная рефлекторная дуга. Инстинкт характеризуется цепочкой таких безусловных рефлексов. Наиболее характерным признаком условного ре- флекса является запоминание следов прошлого, приобретение жизненного опыта, то есть индивидуальное формирование непостоянной цепи взаимо- действия нейронов (рефлекторной дуги). Наиболее существенной особен- ностью проявления рассудочной деятельности является способность пред- видеть, предсказывать развитие событий и передавать обнаруженную за- кономерность другим субъектам. У животных (даже стоящих высоко на эволюционной лестнице) имеются лишь элементы рассудочной деятель- ности, но в целом она хорошо развита только у человека. Изучением ВНД человека занимаются многие науки. Среди них можно выделить две ведущие: - физиологию, - психологию. Физиология изучает закономерности и механизмы работы структурной основы — мозга, те физиологические процессы, которые сопровождают формирование поведенческой реакции. Психология изучает результаты этой деятельности, проявляющиеся в виде образов, восприятий, представлений, понятий, идей, внимания, воли.
Глава 18. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОРГАНИЗМА С УСЛОВИЯМИ ЖИЗНИ 18.2. ИНСТИНКТЫ 779 В организации целостного поведения животных огромную роль игра- ют инстинкты. Определенную роль они играют и в организации поведе- ния человека, но, как правило, в проявление их вмешивается рассудочная деятельность. Человек сознательно может подавлять либо резко сглажи- вать проявление инстинктов. Инстинкты — сложный комплекс взаимосвязанных рефлексов, вклю- чающий двигательные и поведенческие реакции, свойственные животно- му данного вида, возникающие в ответ на раздражения внешней и внут- ренней среды, и протекающий на фоне высокой возбудимости нервных центров, осуществляющих эти акты.-Инстинкты являются целесообраз- ной приспособительной деятельностью, обусловленной врожденными ме- ханизмами. По сути дела, инстинкты — это комплексы простых безуслов- ных рефлексов, включающие целостную реакцию всего организма. В их осуществлении принимают участие многие отделы ЦНС, в том числе ре- тикулярная формация, аминоспецифические системы мозга, лимбическая система, кора больших полушарий. Они характеризуются постоянством ответных реакций на действие определенных раздражителей. Являясь сложными безусловными рефлексами, инстинкты носят цепной характер, при котором окончание одного рефлекса является началом другого. Говоря об инстинктах, нужно выделить две их составляющие — возник- новение и проявление инстинкта. Можно выделить три основные группы инстинктов: I) витальные, обеспечивающие физическое выживание особи (питье- вой, пищевой, оборонительный и т. п.); 2) ролевые (зоосоциальные), включающие половой, родительский, территориальный, иерархический); 3) саморазвития (исследовательский, имитационный, игровой и т. п.). В проявлении последней группы инстинктов можно отчетливо обнару- жить некоторые механизмы, которые послужили эволюционной основой формирования таких врожденных форм поведения, как условные рефлек- сы, а затем и рассудочной деятельности. Хотя инстинкты являются видовыми, но в то же время в их проявлении можно обнаружить и элемент индивидуальности поведенческих реакций. Последние обусловлены: - врожденными особенностями нервной системы, - обученностью и опытом, приобретенным в период предшествующей жизни. Основа формирования индивидуальности при проявлении инстинкта, то есть их модификации, заложена уже на уровне простейшего безуслов- ного рефлекса. Так, в структурах, обеспечивающих врожденные безуслов- ные рефлексы, с помощью соответствующих механизмов может меняться чувствительность рецепторов, нейронов, эффекторов, что приводит к из- менению выраженности ответа на раздражитель. Причем, чем сложнее механизмы регулирования функций, чем больше в них структурных
780 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА звеньев, тем легче становится возможность некоторой модификации ре- флекторного ответа, Примеры такой модификации можно обнаружить даже при рефлекторной регуляции функций вегетативных органов. Так, реакция барорецепторов дуги аорты, направленная на снижение частоты сердечных сокращений при повышении давления, проявляется лишь тог- да, когда организм находится в состоянии физического покоя, в то время как при выполнении физической работы такого эффекта не наблюдается. Но наиболее отчетливо индивидуальность в функциях ЦНС проявляется при формировании инстинктов — комплексов рефлексов. Выраженность инстинкта обусловлена многими факторами внешней и внутренней среды (конкретной ситуацией, интенсивностью метаболизма, гормональными влияниями и т.п.). Причем индивидуальность инстинкта в большей мере относится к выраженности инстинктивного поведения, а не в изменении самого конкретного инстинкта. 18.2.1. Фазы проявления инстинктивной деятельности Проявление цепочки рефлекторных актов, составляющих инстинкт, происходит в две фазы: - 1-я фаза — поисковая, - 2-я фаза — завершающая. Причем модуляция проявляется более выраженно на уровне первой фа- зы. В этот период проявление инстинктивного поведения является весьма пластичным, зависимым от конкретных реальных условий. Завершающая фаза инстинкта, напротив, отличается жесткой стерео- типностью, обусловленной анатомо-физиологические особенностями нерв- ной системы (жесткая цепь рефлекторных дуг). В отличие от первой фазы приобретенные компоненты здесь играют несущественную роль, а неред- ко вообще отсутствуют. Достаточно наглядно вышесказанное можно проследить на примере пищевого рефлекса у хищника. При возникновении ощущения голода начинается активная поисковая фаза, проявление которой полностью за- висит от конкретной окружающей ситуации, приобретенных в течение жизни навыков. Но когда жертва обнаружена, то преследование, нападе- ние и пожирание ее строго регламентировано врожденным комплексом рефлексов. В это время у животного притупляется даже ориентировочный рефлекс, и животное может легко попасть в засаду. Строгое видовое однообразие инстинктов обеспечивает сохранение вы- полнения жизненно важных функций, направленных на выживание особи и вида, независимо от случайных условий среды, в которых животное мо- жет оказаться. Инстинкты являются врожденно закрепленным итогом всего эволюционного пути, пройденного видом. Естественно, эти генети- чески закрепленные программы не могут и не должны легко изменяться под влиянием непостоянных внешних воздействий. Биологическое значение инстинктов не ограничивается лишь организа- цией врожденных форм поведения. Процессы, обеспечивающие проявление инстинктов, особенно их первой поисковой фазы, явились эволюционной
Глава 18. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОРГАНИЗМА С УСЛОВИЯМИ ЖИЗНИ 781 основой формирования более сложных форм поведения. Поэтому можно утверждать, что инстинкты являются своеобразной переходной формой к более сложной форме — условно-рефлекторной деятельности. 18.2.2. Мотивации Выполнение рефлекторных актов, составляющих инстинкт, направлено на удовлетворение соответствующей потребности, которая возникает в результате нарушения внутреннего гомеостаза или сложного взаимодей- ствия организма со средой (как, например, чувство голода в изложенном выше примере). Эта внутренняя потребность является результатом воз- буждения ряда нервных центров. Возбуждение это происходит под воз- действием метаболитов крови или метаболизма самих нервных клеток, гормонов либо под воздействием каких-то внешних факторов. Важнейшее значение для проявления инстинктивного поведения имеет соответствующая потребность, обусловленная так называемой мотива- цией. Термин мотивация поведения обозначает такое состояние организ- ма, когда возникает внутренняя потребность, побуждающая к действию, активному поведению при отсутствии видимых внешних раздражителей. Однако мотивация не всегда вызывает немедленную реакцию, так как ин- стинктивное поведение обычно «заблокировано» специальной системой «врожденных пусковых механизмов», которые обеспечивают точное соот- ветствие поведенческих актов биологически адекватным условиям среды. Как только организм оказывается в такой ситуации, пусковой механизм распознает ее, после чего наступает растормаживание, снятие блокировки с активацией нервных центров. Таким образом, цепь рефлексов, склады- вающихся в инстинктивный акт, может запускаться только определенной комбинацией раздражителей. Причем этот акт проявляется без предвари- тельного обучения конкретного животного, без индивидуального опыта. Инстинктивное поведение, направленное на удовлетворение потребности, обеспечивает ликвидацию данного мотивационного возбуждения. Основные центры, контролирующие возникновение побуждений, рас- положены в гипоталамусе и лимбической системе (см. ниже). Эти центры участвуют в регуляции вегетативного статуса организма, а также в воз- никновении эмоций. Формирование очага возбуждения в этих центрах, как правило, обусловлено нарушением гомеостаза или гормональными перестройками. В этих отделах (особенно в гипоталамусе) практически отсутствует гематоэнцефалический барьер, в силу чего содержимое крови легко достигает нейронов. В свою очередь, на мембране нейронов имеет- ся широкий спектр рецепторов к гуморальным регуляторам, поступаю- щим с кровью или образующимся местно (здесь многие нейроны образу- ют различные гормоны, медиаторы). 18.3. ЭМОЦИИ Еще одной формой регуляции функционального состояния мозга (и всего организма), особенно при необходимости моментального реаги- рования на меняющиеся условия, являются эмоции. Они чаще всего
782 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА возникают при формировании и проявлении сложных форм взаимодейст- вия организма с окружающей действительностью, особенно тех из них, которые обеспечиваются приобретенными механизмами мозга. К эмоциям относятся все аффективные состояния организма, в которых проявляется эффект отрицательных и положительных переживаний — от тревоги и страха до любви и счастья. Такие состояния ЦНС, как мотивации, также зачастую несут эмоцио- нальную окраску. Хотя и имеется тесная связь между мотивациями и эмо- циями, но это различные функциональные состояния организма, возник- новение которых определяется своими нейронными образованиями моз- га. Эмоции могут сопровождать и инстинкты, которые являются проме- жуточным звеном между врожденными и приобретенными механизмами мозговой деятельности. Однако наиболее часто эмоции сопровождают формирование приобретенных форм организации поведенческих реак- ций — условные рефлексы и мышление. Наиболее характерной чертой эмоционального состояния является его исключительность по отношению к другим состояниям и другим реакци- ям, которая заключается в интегральности-. эмоции обеспечивают вовле- чение всего организма, включая нервную систему, вегетативные органы, скелетные мышцы. И, что особенно важно, эмоции придают состоянию человека определенный тип переживания, который легко запоминается. Примечательно, что эмоции, с одной стороны, производят почти мо- ментальную интеграцию (объединение в единое целое) многих функций организма, а с другой — сами по себе могут быть абсолютным сигналом полезного или вредного воздействия на организм. Причем часто это проис- ходит даже раньше, чем в ЦНС определились локализация воздействия и конкретный механизм ответной реакции организма. Именно это свойство организма — оценивать благодаря эмоциям качество воздействия с по- мощью самого древнего и универсального критерия всего живого на Зем- ле — выживаемости, и придало эмоциям универсальное значение в жизни организма. Вместе с тем, благодаря указанной функциональной особенности, эмо- ции обеспечивают значительное улучшение приспособления организма к окружающим условиям, поскольку, даже не определяя форму, тип, ме- ханизм и другие параметры тех или иных воздействий, организм может со спасительной быстротой отреагировать на них с помощью опреде- ленного качества эмоционального состояния, сведя их как бы к общему биологическому знаменателю: полезно для него или вредно данное воз- действие. В этом заключается сигнальное значение эмоций для организма. Необходимо подчеркнуть еще два функциональных назначения эмо- ций. С одной стороны, они обеспечивают улучшение мобилизации внутрен- них ресурсов организма (гормональных, нервных, следов памяти, функцию внутренних органов, обмена веществ и т.п.) для адекватного ответа на действующий раздражитель. В данном случае эмоции выполняют регуля- торную функцию, которая выражается в формировании активности, на-
Глава 18. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОРГАНИЗМА С УСЛОВИЯМИ ЖИЗНИ 783 правленной на удовлетворение возникшей потребности, а также на усиле- ние или прекращение действия возникшего раздражителя. В то же время неудовлетворенные потребности организма также сопровождаются эмоцией, но она носит неприятный характер (например, эмоции страха, голода, жажды и др.). Удовлетворение же исходной потребности (напри- мер, насыщение, избегание наказания) сопровождается положительными, приятными эмоциональными переживаниями. Возникновение при эмоциях аффективного состояния в виде переживания имеет большое значение в организации адекватного поведения организма, так как само по себе со- здает внутреннее мотивационное побуждение к деятельности. С другой стороны, эмоции могут служить одним из средств общения субъектов между собой, обеспечения видоспецифического поведения. Вы- полняемая в данном случае сигнальная роль (например, при ярости у соба- ки шерсть встает дыбом) служит предупреждением для других представи- телей как данного, так и другого вида. Итак, можно выделить четыре основные функции эмоций: 1) мобилизация различных отделов ЦНС для обеспечения сложных форм поведения организма в реальных условиях жизнедеятельности; 2) мобилизация всего организма для обеспечения указанного выше по- ведения; 3) улучшение инстинктивного поведения; 4) сигнальное значение. В физиологической характеристике эмоций следует выделить: - механизмы, обеспечивающие появление эмоций и их проявление-, - переживания и выражение эмоций. 18.3.1. Типы (классификация) эмоций Положительные и отрицательные эмоции По психологической окрашенности и биологическому значению можно выделить два типа эмоций (рис. 18.1): - положительные, - отрицательные. Проявление положительных и отрицательных эмоций (рисунки Битструпа)
784 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА Отрицательные эмоции направлены на формирование такого поведе- ния, которое устраняло бы неблагоприятное состояние организма, вы- званное неудовлетворением потребности или воздействием вредоносного фактора, на избегание вредоносного фактора или фактора, вызывающего неприятные ощущения. Положительные эмоции определяют такое состояние организма, кото- рое характеризуется активным поведением, направленным на сохранение или даже усиление этого состояния. Одним из основных признаков поло- жительного эмоционального состояния является его закрепляющее дейст- вие, санкционирующее полезный приспособительный результат данного действия. Возникновение положительных эмоций связано с удовлетворе- нием потребности и характеризует успех поиска для достижения цели и ве- дет к прекращению поисковой деятельности. Вместе с тем проявляется еще одна сторона этих эмоций. При возникновении положительных эмоций организм, попутно получающий приятные ощущения, запоминает данную ситуацию и состояние. Это приводит к тому, что в дальнейшем целенап- равленно стимулируется деятельность представлением о будущем положи- тельном ощущении, что связано с ожидаемым будущего подкрепления. У новорожденных вся палитра мотивационно-эмоциональной окраски поведения, свойственная взрослому человеку, отсутствует. Хотя многие эмоциональные проявления у них уже имеются, то есть эмоции являются врожденными. Но полноценность эмоциональной сферы формируется постепенно на основе сопряженных условно-рефлекторных стереотипов с врожденными механизмами. Появившись один раз, в последующем такое состояние само приобретает значение в организации поведения человека. Сказанное в большей мере относится к положительным эмоциям. В от- личие от положительных отрицательные эмоции проявляются уже сразу после рождения (например, ребенок строит недовольные гримасы и пла- чет, если голоден). Низшие и высшие эмоции В зависимости от биологической характеристики эмоции разделяются на: - низшие, - высшие. Низшие эмоции наиболее элементарны, связаны с органическими по- требностями человека. Они, в свою очередь, подразделяются на два вида: - гомеостатические, проявляющиеся в виде беспокойства, поисковой двигательной активности, возникновении ощущений жажды, голода и т. д. Эти эмоции всегда носят отрицательный характер; - инстинктивные, связанные с половым инстинктом, инстинктом само- сохранения и другими поведенческими реакциями. Эмоции данного типа бывают как отрицательными, так и положительными. У человека, а частично и у стадных животных, эмоции возникают еще и в связи с удовлетворением социальных потребностей. Эти более сложные эмоции, именуемые высшими, развились на базе сознания. Они оказыва- ют контролирующее и тормозящее влияние на низшие эмоции.
Глава 18, ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОРГАНИЗМА С УСЛОВИЯМИ ЖИЗНИ 785 18.3.2. Причина возникновения эмоций Появление эмоций следует рассматривать как важное эволюционное приобретение, которое облегчает формирование комплекса нейронных взаимодействий для организации сложных форм поведения — начиная с инстинктивного поведения, формирования условных рефлексов и вплоть до рассудочной деятельности. Эмоции, как субъективная оценка окружающей действительности, проявляются наиболее ярко тогда, когда человек попадает в необычную для него ситуацию и требуется принять адекватное решение для выполне- ния соответствующего поведенческого акта. Причина возникновения эмоций заключается именно в новизне, необычности или внезапности события. Причем эмоции иногда могут возникать и тогда, когда орга- низм попадает в привычную для него ситуацию, но он к этому заранее не подготовлен, а поэтому ситуация для него на какое-то время также ста- новится новой. Это объясняется тем, что системы регуляции поведения либо не могут обеспечить адекватную реакцию на возникшую ситуацию, либо появляются сомнения относительно возможности успешного ответа. Эмоция тем выраженнее и ярче, чем больше разница между конкретной ситуацией и предшествующем представлением о ней. Важнейшим поводом для возникновения эмоций являются ситуации, завязанные на сенсорной информации, причем имеет значение как недо- статок, так и избыток ее. Дефицит информации порождает ярость, страх, горе, «подчеркнутую эмоциональность речи» у взрослых и повышает об- щую эмоциональность у детей. Проявлением недостатка информации, а в связи с этим и эмоционального возбуждения является поиск новых сведе- ний «для организации новой деятельности». В то же время избыток ин- формации чаще всего является причиной возникновения различного рода положительных эмоций. Однако чрезмерная информационная перегрузка также может привести к появлению негативных эмоций. 18.3.3. Лимбическая система — нейронная основа эмоций Морфологическим субстратом образования и проявления эмоций явля- ются обширные отделы мозга, лежащие на границе нового мозга и ство- ла. Они относятся к структурам, именуемым лимбической системой (рис. 18.2). В нее входят филогенетически старые отделы мозга: - древняя кора представлена в виде обонятельного мозга (обонятельные луковицы и бугорки); - старая кора переднего мозга (поясная и гиппокамповальная извилины, основание гиппокампа); - подкорковые ядра (миндалины, септальные ядра); - переднее таламическое ядро. Важнейшей структурно-функциональной особенностью лимбической системы является наличие многочисленных замкнутых нейронных цепей, обеспечивающих реверберацию (длительную циркуляцию) возбуждения внутри ее образований. Примером такой цепи является круг Пейпеца. процесс возбуждения, возникающий в гиппокампе, распространяется
786 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА Лимбическая система: 1 — свод; 2 — миндалина и поясная извилина; 3 — гиппокамп; 4 — маммилярное тело; 5 — зубчатая извилина; 6 — парагиппокампова извилина; 7— амигдалоидное тело; 8 — крючок; 9—обонятельная луковица; 10—передние ядра таламуса; 11 — мозолистое тело (по Williams) далее в свод и маммилярные тела, затем в передние ядра гипоталамуса, а потом в поясную извилину и вновь в гиппокамп. Длительная ревербера- ция возбуждения способствует: - формированию самих эмоций; - участию эмоций в механизмах, обеспечивающих память (см. ниже). Эмоциональное возбуждение значительно облегчает процессы как за- поминания, так и воспоминания — в этих процессах ведущую роль играет гиппокамп. 18.3.4. Значение связей структур лимбической системы с другими отделами мозга в формировании и проявлении эмоций Элементы лимбической системы имеют многочисленные связи (аффе- рентные и эфферентные) со многими структурами коры и подкорки (рис. 18.3). Благодаря им и обеспечивается интегративная функция эмо- ций, то есть объединение многих структур мозга для формирования пове- дения в конкретных условиях среды. Через эти связи подключаются и пе- риферические органы. Наиболее выражены мощные связи между лимбической системой и ги- поталамусом, через который при проявлении эмоций подключаются ВНС и гормональные механизмы. Так, эмоции страха и гнева сопровождаются повышенным поступлением адреналина в кровь, что приводит к симпати- котонии, возбуждение которой (правда, до определенного уровня) играет
Глава 18. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОРГАНИЗМА С УСЛОВИЯМИ ЖИЗНИ 787 положительную роль в подготовке организма к деятельности. В норме умеренной интенсивности положительные эмоции связаны преимуществен- но с парасимпатическими реакциями. Отрицатель- ные эмоции, особенно бо- левые ощущения, связаны главным образом с сим- патическим отделом ВНС. Они включают в большей степени симпа- тоадреналовые и в мень- шей степени — вагоинсу- линовые механизмы. Од- нако при сильном эмоци- ональном возбуждении нисходящие гипоталами- ческие влияния не ограни- чиваются лишь одним из отделов ВНС, вследствие чего при эмоциях ярко выражены как симпатиче- ские так и папасимпати- Связь лимбической системы (а) с гипоталамусом (б) ’ " тт и активация лимбической системой других отделов ческие реакции. Через цНС указанные механизмы (ВНС и гормоны) в проявление эмоций вовлекаются внутренние органы, функция которых изменяется; меняется также и метаболизм. Особо важ- но, что обмен веществ меняется не только во внутренних органах и ске- летных мышцах, но также в ЦНС. Лимбическая система имеет широкие двусторонние связи с новой корой, особенно с височной и лобной областями. За счет их лобные области новой коры регулируют деятельность самой лимбической системы. Именно через эти связи можно сознательно управлять возникновением или проявлением эмоций. Примечательно, что ведущая роль в формировании эмоций принад- лежит правому полушарию, где зарождаются отрицательные аффекты. Ле- вое полушарие коры участвует в придании эмоциям положительной окраски. Значение взаимодействия лобной коры с лимбической системой нагляд- но проявляется при появлении патологического очага, разрушении или удалении лобных долей и префронтальной области коры больших полуша- рий. При этом резко снижается эмоциональная реактивность больного, возникает состояние эмоциональной тупости. Височные области отвечают главным образом за передачу информации
788 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА от зрительной, слуховой и соматосенсорной коры к миндалинам и гиппо- кампу. Клинические и экспериментальные данные свидетельствуют о важном значении височно-амигдалярной системы в приобретении моти- вационных поведенческих реакций организма. Вероятно, здесь происхо- дит сопоставление наиболее важной сенсорной информации со следами ее в памяти. В результате поступившая информация приобретает определен- ную значимость для организма и приводит к запуску эмоциональных по- веденческих реакций, которые в прошлом оказались полезными в анало- гичных ситуациях. В зависимости от пути возникновения эмоций «входные ворота» воз- буждения в лимбическую систему разные. 1) В связи с тем, что одной из наиболее частых причин возникновения эмоций является попадание в необычную ситуацию, становится по- нятным значение взаимосвязи лимбической системы и таламуса. На уровне таламокортикальных связей с отделами новой и старой коры может начинаться формирование эмоционального состояния. Процесс возбуждения может возникать первично в гиппокампе, откуда через круг Пейпеца (см. выше) возвращаться. Эмоциональная окраска пси- хических процессов создается возвратным распространением этих им- пульсов на области коры. Поясная извилина также является рецептив- ной зоной эмоциональных переживаний. 2) В связи с возникновением эмоций при попадании организма в необыч- ную ситуацию, перед ЦНС встает необходимость прежде всего моби- лизовать активность как сенсорных систем, так и памяти. Это обес- печивается широкими контактами лимбической системы с височно- теменными отделами, то есть теми отделами коры, которые находятся ближе всего к корковым отделам анализаторных систем. В результате: а) улучшается обработка поступающей информации, б) происходит активный поиск этой информации, в) происходит поиск готовых программ для реализации поведенческой реакции. 3) Воспринимающей областью для зарождения эмоциональных ощуще- ний, приходящих из гипоталамуса при мотивационном возбуждении, служит кора поясной извилины. 4) Большую роль в эмоциональной сфере играет обонятельный мозг. Воз- никновение многих эмоций (связанных с половыми рефлексами, на- строением и т. п.) может быть следствием афферентного возбуждения обонятельного анализатора. В общей характеристике эмоций следует выделить эмоциональное пе- реживание, характеризующее деятельность соответствующих нервных центров и сопровождающееся субъективным компонентом отражения действительности. Другая сторона эмоций — эмоциональное выражение, то есть сопутствующие изменения в соматической и висцеральной сферах организма. Эти состояния обеспечиваются взаимосвязями лимбической
Глава 18. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОРГАНИЗМА С УСЛОВИЯМИ ЖИЗНИ 789 системы со структурами мозга, управляющими вышеуказанными функци- ями организма. Целостность всей цепи круга Пейпеца представляет собой механизм, организующий переживание и выражение эмоций. Методика изучения поведения после вживления электродов в мозг 18.3.5. Экспериментальные исследования нейронной основы эмоций Большинство сведений о нейронной основе эмоций получено в экспе- рименте на животных и в наблюдениях над больными, у которых имеют- ся поражения соответствующих структур мозга. Так, пбсле вживления электродов в вышеуказанные структуры при раздражении их можно на- блюдать соответствующее поведение животного (рис. 18.4). Если электрод находится в центрах и путях положительных эмоций, то животное очень быстро обучается самостоятельно нажимать на рычажок и посылать в свой мозг раздражения. При раздражении отделов, связан- ных с отрицательными эмоциями, нередко уже с первого предъявления вырабатывается рефлекс избегания. Эти данные свидетельствуют о важ- ном значении эмоционального подкрепления (эмоциональной мотива- ции) в образовании новых рефлексов, памяти. В лимбических структурах мозга общее число нейронов положитель- ных эмоций больше, что экспериментально доказано, по крайней мере, для животных (у крыс это соотношение 7:1). Точки мозга, раздражение которых приводит к возникновению эмоциональных состояний, для по- ложительных и отрицательных эмоций чаще всего находятся рядом. Ве- роятно, поэтому человек доста- точно легко переходит от смеха к слезам и наоборот. Но можно вы- делить отдельные зоны, где распо- лагаются нейроны одного типа эмоций. Например, при раздраже- нии передней и нижней поверхно- сти височной доли возникает чув- ство страха, переднего и заднего отделов гипоталамуса — тревоги и ярости, а перегородки — на- слаждения. Эмоциональные зоны мозга со- держат большое количество кате- холаминергических нейронов. К по- явлению положительных эмоций причастен медиатор норадреналин, некоторых отрицательных — се- ротонин. В формировании эмоций участвуют также и эндогенные опи- анты, что создает предпосылки для появления пристрастия к мор- фию.
790 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА 18.3.6. Проявление эмоций В процессе эволюции возникновение эмоций послужило основой для быстрой и комплексной мобилизации ЦНС, внутренних ресурсов орга- низма, систем обеспечения (вегетативных органов) для адекватной реак- ции на возникшую необычную ситуацию. Поэтому сила эмоциональной реакции, интенсивность проявления их обратно пропорциональна воз- можности высших мозговых центров обеспечить адекватную реакцию на данную ситуацию. Эмоции, их проявления связаны с целым комплексом двигательных, веге- тативных и эндокринных компонентов. У человека эмоциональные состо- яния отражаются на позе и походке, мимике и жестикуляции, повышении напряжения мышц и движении глаз. Эмоции могут вызвать непроизволь- ное вскрикивание, учащение дыхания, изменение характера пульса, арте- риального давления, электрической активности мозга, температуры кожи, потоотделения, дермографии, секреторных и моторных процессов ЖКТ. В крови и моче повышается содержание катехоламинов, пептидов, сахара. Регистрация ряда указанных вегетативных проявлений эмоций служит объективным критерием их проявления, даже если человек в со- стоянии подавить внешние признаки эмоций. Этот факт явился основопо- лагающим при создании прибора, называемого «детектором лжи». Выраженность (интенсивность проявления) эмоций обусловлена как врожденными и приобретенными особенностями ЦНС, так и внешними причинами. Причем интенсивность проявления эмоций при действии кон- кретной ситуации может меняться. Нередко сами эмоции (вернее, их проявления) вместо полезного для организма эффекта могут послужить основой для развития патологических состояний. Хорошо известно, что необходимость в постоянном торможении проявления эмоций может привести, например, к инфаркту миокарда. Это обусловлено тем, что мо- билизация ВНС и адаптогенных гормонов, не использовавшись, может привести к спазму коронарных сосудов. Можно выделить четыре стадии проявления эмоций, наиболее харак- терных для отрицательных эмоций: - CH-I (состояние напряжения) — состояние внимания, мобилизации ор- ганов и систем, обеспечивающих решение данной задачи. CH-I возни- кает при решении нешаблонной задачи, вставшей перед организмом. - СН-П — появление стенической отрицательной эмоции (гнев, негодо- вание) и предельного напряжения органов и систем, что вызывается возрастанием напряжения, когда выход из создавшейся ситуации не найден. - СН-Ш— астеническая отрицательная эмоция возникает, если задача оказалась выше возможностей организма при максимальной мобили- зации всех сил (ужас, тоска). Если безвыходность положения сохраня- ется, то может наступить IV стадия. - CH-IV — невроз, представляющий собой заболевание, «полом» ряда регуляторных механизмов.
Глава 18. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОРГАНИЗМА С УСЛОВИЯМИ ЖИЗНИ 791 Таким образом, эмоциональные состояния являются реальным физио- логическим фактором, необходимым для организации ряда форм слож- ной деятельности человека. Они составляют неотъемлемую часть его при- способительных реакций. Все без исключения жизненные потребности и отправления, в том числе и умственная деятельность человека, сопровож- даются эмоциональным тонусом, благодаря которому жизненные функ- ции поддерживаются на некотором оптимальном для организма уровне. И в этом плане об эмоциях можно говорить как об одном из ведущих ме- ханизмов регуляции интенсивности всей нервно-психической деятельности организма. 18.3.7. Эмоции как причина возникновения патологий Необходимо иметь в виду, что эмоции сами по себе, если они слишком сильные или нереализованные (то есть «невыполнившие» свое физиологи- ческое назначение), могут послужить основой стрессорного ответа орга- низма (эмоциональный стресс) (подробнее см. подразд. 20.1). Так, при действии на организм неблагоприятных факторов внешней среды, особенно у людей с высоким уровнем тревожности, активность симпатоадреналовой и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой сис- тем столь резко повышается, что само по себе может стать причиной раз- вития различной психосоматической патологии — дистоний, неврозов и др. 18.4. ПРИОБРЕТЕННЫЕ ФОРМЫ ОРГАНИЗАЦИИ ПОВЕДЕНИЯ Сразу после рождения у ребенка начинают формироваться новые при- обретенные формы взаимодействия нервных центров, обеспечивающие индивидуальные механизмы организации поведения. Они образуются под влиянием действия реальной окружающей среды. При этом основой их формирования являются генетические механизмы развития нейронов и нервной системы, свойства нейронов и нервных центров, а также указан- ные выше врожденные формы поведения — безусловные -рефлексы и их цепочки — инстинкты. Напомним, что в проявлении начальной поиско- вой фаза инстинкта определенную роль играет обученность, то есть уже здесь формируются приобретаемые в течение жизни связи. Можно выделить следующую возрастную последовательность форми- рования условных рефлексов: I. Импринтинг (от англ, imprint — запечатлевать, оставлять след) или подражание. Это пассивная форма обучения. 2. Условные рефлексы — формируются на более поздних этапах онто- генеза. Они относятся как к активным, так и к пассивным формам обучения. 3. Мышление — высшая форма организации поведения. Процессы, обеспечивающие мышление, используют все предыдущие формы.
792 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА 18.4.1. Импринтинг Проявление импринтинга как простейшей формы обучения основано на следующих закономерностях: 1. В период онтогенеза, особенно в ранний постнатальный период, развертывание генетической программы развития нервной системы определяет появление критических периодов. Для полноценного раз- вития нервной системы необходимо своевременное внешнее воздей- ствие, которое и закрепляется в нервных связях. Если такой период миновал, а функция не развилась, то она в дальнейшем полноцен- ной не сформируется. 2. Необратимость процесса запечетлевания. 3. Запечатлевание возникает очень быстро, часто с первого предъявле- ния, и не требует подкрепления. Эта пассивная форма обучения проявляется без сколь-либо активного влияния самого субъекта. Импринтинг наглядно демонстрируют опыты на домашней птице, когда, например, утиное яйцо высиживает курица. Проклюнувшийся утенок в качестве матери воспринимает любой движу- щийся объект — курицу, хозяйку или даже передвигаемый с помощью ве- ревочки ящик. Такие же критические периоды имеются и у человека. Так, если в пер- вый месяц постнатального развития мать не будет улыбаться над колы- белью своего ребенка, ласково с ним разговаривать, то в последующем у данного индивидуума такая форма внешнего проявления положитель- ных эмоций, как улыбка, если и станет использоваться, то будет искусст- венной, подражательной. 18.4.2. Условные рефлексы Одной из основных и наиболее многообразных форм организации сложного поведенческого акта является условный рефлекс (УР). Условный рефлекс образуется на базе безусловного рефлекса. В силу это- го он имеет те же компоненты проявления, что и безусловный. Условный рефлекс может быть простым или многокомпонентным. Проявлением его может быть сокращение скелетных мышц, секреция эндо- или экзокрин- ной железы, изменение состояния сосудов и работы сердца или дыхания. В организме нет органа или системы, деятельность которых не могла бы регулироваться УР. Однако время (количество повторов для закрепле- ния), необходимое для образования различных рефлексов, не одинаково. Так, у человека сравнительно быстро можно выработать двигательные рефлексы, несколько медленнее — секреторные пищевые. В то же время рефлексы сердечно-сосудистой системы вырабатываются с большим тру- дом. Йогам для умения произвольно управлять работой сердца требуются годы специальной тренировки. Условные рефлексы, образующиеся на базе безусловных, приобрели чрезвычайно важное биологическое значение, так как играют роль сиг- нала, заранее предупреждая организм о грозящей опасности или готовя систему внутренних органов к скорому появлению безусловного раздра-
Глава 18. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОРГАНИЗМА С УСЛОВИЯМИ ЖИЗНИ 793 жителя (например, запускается система выработки и выделения пищева- рительных соков) и т. д. Объединяя индифферентный ранее раздражитель е биологически важной реакцией, УР улучшает приспособление организма к реальным условиям жизни. Чем больше и быстрее формируются УР, тем лучше жизненный потенциал животного, тем выше этот вид животных находится на эволюционной лестнице. И в этом плане человек намного превосходит всех животных планеты Земля. В табл. 18.1 суммированы основные отличительные признаки условно- го и безусловного рефлексов. Таблица 18.1 Основные отличия условного и безусловного рефлексов Признак Условный рефлекс Безусловный рефлекс Продолжительность проявления Приобретенный Врожденный Непостоянный Постоянный Индивидуальный Видовой «Входное окно> (рецептор) Любая информация Постоянное рецепторное поле Раздражитель Любой индифферентный Биологически важный Связь между нейронами (центрами) Временная Постоянная Замыкание связи В коре (при участии подкорки) Через подкорковые отделы Любопытно, что на рубеже XIX-XX веков был разрабо- тан методический подход для изучения ВНД—метод ус- ловного рефлекса (рис. 18.5). В результате в физиологии сложилась уникальная ситуа- ция, когда имеется совпаде- ние метода изучения функции с самой этой функцией. Исхо- дя из этого, зная о процессах, происходящих при формиро- вании и воспроизведении УР в эксперименте, можно мно- гое узнать о механизмах, ко- торые происходят в реально функционирующем мозге. В связи с этим необходимо подробнее остановиться на характеристике УР как мето- де изучения функций ЦНС. Камера для изучения условных рефлексов по И. П. Павлову (а) и инструментальных (6)
794 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА Разновидности (классификация) условных рефлексов Всю совокупность безусловных и образованных на их базе условных рефлексов по их биологическому значению принято разделять на пище- вые, оборонительные, половые, локомоторные, ориентировочные, поддер- живающие гомеостаз и т. п. Классическим условным рефлексом I типа (по И. П. Павлову) является такой, когда совершенно посторонний раздражитель (к примеру, свет лампочки) при нескольких сочетаниях с подачей пищи животному запу- скает точно такую же ответную реакцию, как сама пища (выделение слю- ны, желудочного сока и т. д.). Условными рефлексами II типа, или инстру- ментальными, называют такие, Когда условный раздражитель подключа- ется самим животным как бы совершенно случайно. К примеру, крыса, обследуя клетку, нажала на рычажок, а в это время ей подали пищу. Несколько аналогичных совпадений приведут к формированию УР: голо- дное животное для добывания пищи начинает нажимать на рычажок. Если условный рефлекс I типа по отношению к самому животному яв- ляется пассивным, то II типа — активным. Образованный (прочно закрепленный) УР, в свою очередь, может быть основой формирования нового УР. Такие рефлексы именуются УР второго, третьего и т. д. порядков. У человека можно образовать УР ше- стого-седьмого порядка, в то время как у собаки — лишь второго-третье- го порядка. 18.4.3. Условия формирования условных рефлексов Для образования УР необходимо соблюдать следующие основные условия: - сочетанное воздействие условного и безусловного раздражителей; - сигнал (условный раздражитель) должен несколько предшествовать появлению безусловного раздражителя; - повторение сочетаний для закрепления; - активное состояние ЦНС; - центр безусловного рефлекса, на базе которого формируется рефлекс, должен быть в состоянии мотивационного возбуждения. Безусловный рефлекс - база формирования условного рефлекса Важнейшей особенностью УР является то, что он формируется на базе врожденной рефлекторной дуги — безусловного рефлекса (рис. 18.6). Точ- нее, эфферентная часть рефлекторной дуги, начиная от нервного центра дополнительного органа, является эфферентной частью безусловного ре- флекса. А афферентная часть его запускается при действии любого раздра- жителя, даже бывшего ранее совершенно безразличным, индифферентным. То есть «общий конечный путь» является основополагающим принципом механизма «встраивания» условного раздражителя в рефлекторную цепь нейронов, составляющую безусловный рефлекс. Для такого встраивания (замыкания новых нейронных цепей при образовании УР) действия безус-
Глава 18. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОРГАНИЗМА С УСЛОВИЯМИ ЖИЗНИ 795 ловного раздражителя и условного сигнала долж- ны совпадать по вре- мени. Это создает в ЦНС одновременное возбужде- ние в двух (как минимум) сенсорных системах, вос- принимающих условный и безусловный раздражи- тели. Пространственно- временные изменения, возникающие в системах мозга, участвующих в обработке параллельно поступающей информа- ции, и обеспечивают фор- мирование нового взаи- модействия нейронов — временную связь. Схема формирования взаимосвязей нейронов в ЦНС при выработке УР (по А. Б. Когану) Ориентировочный рефлекс - основа формирования временной связи Для лучшего формирования УР желательно, чтобы условный раздра- житель подействовал несколько раньше безусловного. Это диктуется тем, что при одновременном или более отставленном появлении условного раздражителя механизмы, обеспечивающие проявление жизненно важно- го базового безусловного рефлекса, могут «не заметить» действие биоло- гически менее значимого условного сигнала. Условный сигнал должен вызвать ориентировочную реакцию (рефлекс). Ориентировочный рефлекс является своеобразной разновидностью инстинкта, состоящего из цепи простых рефлексов. Это безусловная реак- ция, выражающаяся в формировании целостной реакции организма путем взаимодействия многих центров ЦНС. В нее входит торможение общей двигательной активности, поворот туловища, головы и глаз в сто- рону сигнала, изменение дыхания, сердечной деятельности, повышение общей активности (внимание) и неспецифической активности сенсорных систем. Очень важно, что ориентировочная реакция обеспечивает неспе- цифическую активацию мозга структурами ретикулярной формации и лимбической системы. И если после этого появится безусловный раздра- житель, то указанная высокая возбудимость различных отделов ЦНС со- здаст условия для взаимодействия очагов возбуждения. Для появления же самого ориентировочного рефлекса условно-рефлек- торный сигнал должен быть определенной силы, а ЦНС — находиться в активном состоянии. Тогда безусловный раздражитель, являясь биоло- гически значимым для организма, способен запустить цепь безусловного
796 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА рефлекса, в которую через формирование временной связи вклинивается сенсорная «дорожка» условного раздражителя. Когда под влиянием общей ориентировочной реакции возбуждение за- хватывает широкие отделы ЦНС и вовлекаются лимбические структуры, то проявляется двойное значение эмоций. С одной стороны, они обеспе- чивают мобилизацию различных структур ЦНС на формирование нового взаимодействия, а с другой — сами положительные или отрицательные эмоции участвуют в формировании и закреплении УР. И если при фор- мировании рефлекса зарождаются эмоции, то его образование значитель- но ускоряется. Подводя итог изложенному выше, можно дать следующее определение УР. Условный рефлекс — заблаговременная приспособительная реакция, формирующаяся у каждого индивидуума под влиянием условий жизни и, осуществляясь высшими отделами ЦНС путем образования временных свя- зей, позволяющая объединить прежде безразличные явления с биологически важными событиями, о наступлении которых сигнализирует. Временная связь как основа замыкания условного раздражителя и безусловной рефлекторной дуги Замыкание временной связи при формировании УР происходит при обязательном участии корковых отделов сенсорных систем, участвующих в обработке соответствующей сигнализации. Об этом свидетельствуют те факты, что при разрушении этих отделов ЦНС, при поражении или про- сто при неактивном их функциональном состоянии сформировать новый УР не удается. Однако это взаимодействие происходит при обязательном участии и подкорковых структур мозга, обеспечивающих обработку сен- сорной информации корой мозга. Причем при упроченных УР можно об- наружить формирование временной связи и между подкорковыми струк- турами, вплоть до образований ВНС. Так, может сформироваться УР на сердце или коронарные сосуды. В результате, к примеру, у больного может появиться приступ сердечной астмы под влиянием какого-либо постороннего стимула, который случайно возник во время одного из предыдущих приступов. Свойства нервных центров, обеспечивающие формирование временной связи Возможность установления взаимодействия — временной связи между корковыми отделами, возбужденными под влиянием действия условного и безусловного раздражителей, обеспечивается свойствами нервных цент- ров (свойства нервных центров подробно описаны в гл. 6). Наиболее важ- ными из них являются свойства иррадиации возбуждения и доминанты. Доминантный очаг «притягивает» к себе возбуждение других отделов ЦНС. Для этого необходимо, чтобы возбуждение в указанных отделах возникло одновременно или близко по времени. Доминантным должен быть центр безусловного рефлекса. В свою очередь, состояние доминант- ности в нем возникает в связи с мотивационным возбуждением (к приме-
Глава 18. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОРГАНИЗМА С УСЛОВИЯМИ ЖИЗНИ 797 ру, у сытого животного выработать пищевой рефлекс невозможно). При многократном повторении иррадиация возбуждения способствует созда- нию «проторенного пути» между возбужденными отделами ЦНС. Фазы формирования временной связи В процессе формирования УР можно выделить две стадии: генерализа- ции и специализации. Вначале ориентировочная реакция, возникающая при появлении безусловного раздражителя, мобилизуя структуры ЦНС на установление новых связей, приводит к тому, что рефлекторный ответ может проявляться при действии не только конкретного условного раз- дражителя, но и близких к нему. К примеру, при выработке слюноотде- лительной реакции на стук метронома вначале реакция будет проявляться на любую его частоту. Лишь в последующем, когда подачей пищи под- крепляться будет только сигнал желаемой частоты, сформируется точная ответная реакция, то есть произойдет специализация. При этом, если в отделах коры, участвующих в сенсорной обработке условного и безусловного раздражителей, зарегистрировать ЭЭГ, то мож- но наблюдать следующую динамику их изменения. Вначале в отделах ЦНС, участвующих в формировании временной связи, регистрируется различный спонтанный ритм. Затем постепенно, по мере закрепления свя- зи, очаги начнут переходить на сонастроенный (однотипный) ритм им- пульсной активности. Таким образом, сонастроенность нервных центров (одинаковая ритмическая активность) свидетельствует о закреплении свя- зи между ними. Тонкие механизмы закрепления временной связи являются частным слу- чаем процессов, обеспечивающих память (см. ниже). 18.4.4. Значение процессов торможения в условно-рефлекторной деятельности При взаимодействии нейронов в период образования УР научение обеспечивается взаимоотношением механизмов возбуждения и торможе- ния. Эти же процессы взаимодействуют в период проявления уже сфор- мировавшегося УР. Так, при действии постороннего раздражителя УР может не проявиться, то есть тормозится. При этом торможение вызыва- ют либо биологически более значимые для организма посторонние раз- дражители (например, при образовании пищевого рефлекса болевой сти- мул), либо чрезвычайно сильный посторонний раздражитель (вспышка света). Указанные примеры относятся к так называемому внешнему (по отно- шению к рефлекторной дуге) торможению. Обусловлено оно способ- ностью нервных центров активировать при возбуждении не только воз- буждающие, но и тормозные нейроны. Их действием и «выключается» УР. Основой многих его разновидностей является ориентировочная реак- ция на сильный посторонний раздражитель. Причем сила раздражителей должна учитываться и при действии непосредственно влияющих на организм условного и безусловного сигна-
798 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА лов. Если до определенного уровня сила условного раздражителя пропор- циональна скорости формирования УР, его выраженности, то превыше- ние предельно допустимого уровня вызовет торможение. Такой вид тор- можения называется запредельным. Кроме того, в процессе образования УР можно с помощью соответст- вующего стимула выработать и активное торможение рефлекторного от- вета, то есть активно вызванное отсутствие рефлекса. Так, например, если к действию условного сигнала — света лампочки добавить звук звонка и не подкреплять их комбинацию пищей, то это сочетание постепенно при- ведет к прекращению слюноотделительной реакции. В данном случае зво- нок и является условным тормозом, так как действие одного лишь света по-прежнему будет вызывать рефлекс. Это так называемое внутреннее торможение обусловлено возбуждением тормозных нейронов, под влия- нием которых торможение развивается в самой рефлекторной цепочке. Большое значение в развитии торможения играют тормозные синапти- ческие механизмы. Имеющиеся в каждом отделе нервной системы соответ- ствующие нейроны реализуют торможение путем возвратных коллатера- лей, тормозных интернейронов, тормозных афферентов. При развитии процессов торможения активируются те области ЦНС, которые содержат большое количество тормозных структур (орбитальная поверхность лоб- ной доли, ядра таламуса, хвостатого ядра). Этот вид торможения являет- ся приобретенной реакцией. Простейшей разновидностью такого тормо- жения является постепенное угасание УР в результате отмены подкрепле- ния. Данная разновидность торможения обеспечивает специализацию УР, когда близкие раздражители не подкрепляются безусловным сигналом. 18.4.5. Динамический стереотип В течение жизни человека в ЦНС сложные формы аналитико-синтети- ческой деятельности коры обеспечивают формирование множества цепей рефлекторных реакций. В них могут входить как безусловные, так и условные рефлексы. Эти комплексы получили название динамического стереотипа. Они проявляются в том, что при выработке УР на комплекс раздражителей, поступающих в определенной последовательности, созда- ется стереотип реакций, цепь рефлексов. Причем при их закреплении вся цепь рефлексов может проявиться и при отсутствии влияния какого-либо раздражителя из того комплекса, на который он формируется, или даже при появлении одного из них. Прочно сформировавшийся динамический стереотип может сохраняться достаточно долго и без постоянного под- крепления. В естественных условиях образование динамического стереотипа лежит в основе различного рода привычек, автоматических действий. К приме- ру, человек, выучившийся в детстве кататься на велосипеде, сможет легко справиться с такой же задачей даже много лет спустя. Динамический сте- реотип в чем-то напоминает цепь безусловных рефлексов — инстинкт. Однако, в отличие от последнего, он формируется в течение жизни, явля- ясь, таким образом, приобретенным и индивидуальным.
Глава 18. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОРГАНИЗМА С УСЛОВИЯМИ ЖИЗНИ 799 18.5. ПАМЯТЬ Временная связь, лежащая в основе формирования УР, является част- ным случаем памяти. Именно наличие памяти, обеспечивая накопление и использование жизненного опыта, в постнатальном периоде онтогенеза способствует сохранению и развитию как отдельного существа, так и ви- да в целом. Четкая работа механизмов, обеспечивающих память, является одним из основных условий адекватного реагирования организма на кон- кретные условия внешней среды. Можно выделить четыре основных процесса, характеризующих память: - запечатление; - сохранение, консолидация памяти; - извлечение; - воспроизведение. В памяти запечатлеваются далеко не все стимулы, поступающие в ЦНС через сенсорные системы. Но если запоминаются, то не только раз- дражители, но и вызванные ими ощущения и восприятия. Кроме того, скорее всего, большая часть из накопленной в течение жизни информации постепенно сглаживается (забывается) из памяти. Без отбора и стирания информации мы были бы буквально затоплены потоком непрерывно поступающих данных, результаты чего для организма были бы не менее катастрофическими, чем отсутствие способности к научению и памяти. В настоящее время конкретные механизмы памяти, ее физиологические основы ясны лишь в самых общих чертах. 18.5.1. Межнейронные взаимодействия в процессе запоминания Процесс запоминания связан со специфической обработкой поступаю- щей в ЦНС сенсорной информации, в результате чего возникает воз- можность хранить информацию о прошлых событиях и в будущем использовать ее для формирования поведенческих реакций. Комплекс структурно-функциональных изменений в ЦНС, который возникает в процессе обучения (запоминания), получил название энграмм. В зависимости от условий, при которых происходит накопление ин- формации, можно выделить следующие виды памяти: - образная, - эмоциональная, - словесно-логическая. Образная память определяется активностью зрительного анализатора, а формирование ее связано главным образом с функцией правого полу- шария. Эмоциональную память отличают следы о событиях, сопровож- давшихся проявлением соответствующих эмоций (как правило, такие сле- ды формируются достаточно быстро и являются прочными). В основе словесно-логической памяти лежит речь, а обусловлен этот вид памяти функцией преимущественно левого полушария (о межполушарном разли- чии см. гл. 19). В процессе формирования памяти наряду с сенсорными структурами
800 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА ЦНС принимают участие и другие отделы мозга. Особенно значительна роль гиппокампа, миндалины, теменно-височной и лобной долей коры боль- ших полушарий. Несомненно также и участие интегративных систем моз- га — ретикулярной формации и аминоспецифических систем мозга. Процесс запоминания связан с двумя основными механизмами: - изменением характера проведения нервного импульса через синапсы нервных цепей, в результате чего связь нейронов становится устойчи- вой, формируется новый путь; - перестройкой, происходящей в самих нейронах. Для развития этих изменений необходимыми условиями являются по- вторение и подключение «вспомогательных» структур мозга. По времени сохранения памяти можно выделить два ее вида: - кратковременную, - долговременную. Но по тем физиологическим процессам, которые происходят в период их формирования, можно выделить еще: - у кратковременной памяти: - ближайшую, - сенсорную, - у долговременной: - промежуточную. Все они в своей основе имеют различные нейрогенные механизмы. Сенсорная (иконическая) память При поступлении информации (действии раздражителя) в течение деся- тых долей секунды афферентные импульсы автоматически задерживают- ся в сенсорной системе, где удерживается точная и полная картина — об- раз предмета. Емкость ее ограничена 3-5 элементами. Здесь происходит первичный анализ, оценка поступившей информации, а затем она или без следа исчезает, или направляется в другие отделы ЦНС, где и происходит ее последующая обработка. Физиологической основой сенсорной памяти являются те ионные сдвиги и их следы, которые возникают в мембранах цепочки возбуждающихся сенсорных нейронов при действии на рецептор соответствующего раздражителя. Сразу после поступления начинается процесс «забывания» информа- ции: хранящаяся в сенсорной памяти информация может быть активно «стерта» либо заменена на другую, поступающую через короткое время. Сенсорная память может сохраняться от нескольких до 500 мс (в разных сенсорных системах различное время). К примеру, такая память зритель- ного анализатора служит основой кинематографии, когда отдельные кад- ры пленки создают эффект непрерывности. Строго говоря, этот этап об- работки сенсорной информации может быть отнесен к памяти с большой натяжкой, но без него невозможно формирование истинной памяти.
Глава 18. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОРГАНИЗМА С УСЛОВИЯМИ ЖИЗНИ 801 Ближайшая память С определенной долей условности можно выделить и еще один переход- ный этап «предкратковременной» памяти — ближайшую. Хорошим при- мером ближайшей памяти является способность запомнить на короткое время (секунды) несвязанную информацию в виде семи-, десятизначного числа, обозначающего номер телефона. Этот номер хранится в ближайшей памяти до тех пор, пока мы набираем его на диске, а после начала раз- говора он может начисто забываться. Ближайшая память обусловлена повторением прохождения импульсных потоков по нейронным цепям. Информация из ближайшей памяти извлекается очень быстро. Но если хранящаяся в такой памяти информация не передается дальше, то она бы- стро «стирается». Она легко нарушается под действием сильных посторон- них раздражителей. Кратковременная память Продолжительность ее составляет от нескольких минут до нескольких часов (дней). Этот вид обработки поступившей информации безогово- рочно можно отнести к истинной памяти, так как здесь начинают проис- ходить изменения в нейронных цепях. Но эти изменения являются еще преимущественно чисто функциональными. Полагают, что структурно-функциональной основой кратковременной памяти являются замкнутые нейронные цепи, так называемые «нейрон- ные ловушки» (рис. 18.7). При проведении нейрофизиологичеких исследо- ваний в период обучения в ряде областей ЦНС были обнаружены нейро- ны, активирующиеся повторно через определенные временные интервалы (реверберация нейронных потоков). Такие цепи обнаружены: - в гиппокампе, - в теменно-таламических отделах, - в лобной коре. Циркуляция возбуждения по этим цепям характерна уже для ближайшей памяти. Она же, при- водя к началу развития перестро- ечных процессов, и обеспечивает формирование функциональных изменений, которые поддержива- ют кратковременную память. После того как сенсорные сиг- налы пройдут через свою сенсор- ную систему, часть их может по- ступить в указанные отделы ЦНС. Особая роль в поддержании дли- тельной циркуляции импульсов здесь принадлежит тормозным нейронам, которые, создавая лате- ральное торможение, как бы не Кольцевые связи в нервном центре: I — афферентный путь; 2— промежуточный нейрон; 3— эфферентный нейрон; 4 — эфферентный путь; 5 — возвратная связь. Стрелками показано направление движе- ния нервных импульсов
802 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА выпускают возбуждение из цепи. При этом поступившая информация проходит соответствующую обработку, важнейшей частью которой явля- ется сравнение ее со следами прошлых событий. Гиппокамп и миндалины связаны как с сенсорными системами, так и с различными зонами коры больших полушарий. Поэтому гиппокамп является одной из основных структур, где происходят процессы: - сопоставления поступающей информации с мотивационным возбуж- дением; - сопоставления информации из внешней среды с накопленным опытом; - фильтрации вновь поступающей информации перед переводом ее в долговременную память; - извлечения информации из памяти. Поражение гиппокампа и других указанных выше отделов ЦНС при- водит к серьезным нарушениям именно кратковременной памяти, во всех ее видах. Огромную роль в процессах кратковременной памяти играет височная доля коры больших полушарий, которая связана с запоминанием недав- них событий, и при ее повреждении люди «не имеют недавнего прошло- го». Такие больные живут лишь в настоящем времени, а помнят только те события, которые были до травмы (операции). В основе этого вида памяти лежат ионные и метаболические сдвиги во всей цепочке нейронов, задействованных в обработке поступившего сен- сорного стимула. Когда импульсы проходят многократно по указанным выше нейронным цепям, то в многократно и длительно разряжающихся синапсах, их пресинаптических терминалях с каждым разом накапливает- ся все больше ионов кальция. Его избыток способствует пролонгированию действия освобождающихся медиаторов. 18.5.2. Долговременная память Для передачи информации в долговременную память необходимо более продолжительное время. Кроме того, этот процесс значительно облегчается при новом поступлении информации или повторном ее извлечении. Для перехода информации в долговременную память необходима оценка ее зна- чимости для организма. Далеко не вся информация из кратковременной памяти переходит в долговременную. В эксперименте показано, что для пе- редачи информации в долговременную память требуется не менее 30 мин. Характерной особенностью долговременной памяти являются струк- турные перестройки, которые приводят и к функциональным изменени- ям. В основе их лежит: - активация биосинтеза новых белковых молекул, нейропептидов; - изменение синапсов и даже образование новых. Начало развития этих процессов может быть отнесено к промежуточ- ной памяти. По мнению некоторых физиологов, она продолжается от не- скольких часов до нескольких дней (недель). При этом происходят про- цессы, способствующие консолидации энграмм, то есть запоминанию.
Глава 18. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОРГАНИЗМА С УСЛОВИЯМИ ЖИЗНИ 803 Полагают, что первые изменения, характерные для промежуточной па- мяти, проявляются начиная с 10 до 30-45 мин. В этот период можно обна- ружить конформационные изменения структурных и ферментных белков, активное перемещение от тела нейронов к нервному окончанию нейроме- диаторов, изменение соотношения и активности вторичных посредников. В эксперименте на животных показано участие в этих процессах вспомо- гательных нейронных систем, облегчающих формирование следов памяти. К примеру, при одновременном возбуждении сенсорного и серотонинерги- ческого нейронов под влиянием взаимодействия серотонина с рецептором в сенсорном терминале повышается образование цАМФ. В результате под его влиянием активируется протеин, являющийся частью калиевого кана- ла. Происходит закрытие калиевых каналов, что облегчает открытие каль- циевых пор, так как пролонгируется возбужденное состояние синапса. Облегченное поступление кальция из синаптической щели приводит к воз- растанию количества и времени выхода медиатора из сенсорного нервного волокна. Вследствие указанных изменений существенно облегчается про- ведение возбуждения через данный синапс, что приводит к постепенному формированию новой цепочки взаимосвязи между нейронами. Дальнейшее развитие процессов «запоминания» характеризуется тем, что в период обучения в нейронах усиливаются белковосинтетические процессы, захватывающее все этапы, начиная с активации генома и обра- зования РНК. Предполагают, что при этом образуется не только большее количество белков, но и синтезируются новые. Причем формирование но- вых белков может быть столь активным, что часть их станет выходить из нейрона. И в связи с новизной они могут стать антигенами, то есть могут захватываться клетками нейроглии и способствовать формированию клона долгоживущих астроцитов. Таким путем для сохранения в памяти следов о давно минувших событиях привлекается и нейроглия. В процессах структурной перестройки нейронов принимают участие и вторичные посредники, которые активнее образуются при повторном прохождении импульсов. Так, под влиянием кальцийзависимой протеина- зы активируются замаскированные ранее белковые глутаматрецепторы. При обучении на постсинаптической мембране увеличивается также и ко- личество холинорецепторов. Этот процесс происходит либо путем акти- вации ранее неактивных структур, либо путем синтеза новых. Все это приводит к структурно-функциональным перестройкам в синапсах ново- образованных нейронных цепей, благодаря которым изменяется их спо- собность передавать возбуждение. Происходящие структурные перестройки заключаются в следующем: - возрастании количества пузырьков с медиаторами; - увеличении разнообразия медиаторов; - увеличении площади синаптических мембран; - увеличении рецепторных структур и каналов на синаптических мемб- ранах; - формировании новых синапсов.
804 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА Наиболее пластичной формой межнейронных соединений являются аксошипиковые контакты (см. рис. 5.3). В ножке шипика имеются актоми- озиновые структуры, при сокращении которых укорачивается и утолщается ножка шипика, что снижает сопротивление его мембраны. В результате улучшается проведение нервного импульса от шипика к дендритному ство- лу. Указанный процесс активируется ионами кальция, которые при про- хождении возбуждающего сигнала выходят из депо (в головке шипикового аппарата). Взаимодействие основных нейромедиаторов с нейропептидами опреде- ляет их участие и в процессах консолидации памяти. Так, вазопрессин улучшает процессы памяти, а другой гормон гипофиза — окситоцин, на- против, нарушает сохранение выработанных навыков. Эндорфины и эн- кефалины замедляют угасание УР, улучшают их сохранение, хотя и ухуд- шают формирование. Примером участия аминоспецифических систем является то, что норад- реналин удлиняет время активности нейронов при формировании УР, чем способствует улучшению образования УР. Активность серотонинергиче- ских нейронов улучшает обучение и хранение следов навыков, вырабо- танных на эмоционально положительном подкреплении, но нарушает вы- полнение и хранение защитно-оборонительных реакций. Вторичная и третичная память Относительно емкости долговременной памяти, длительности хране- ния в ней информации пока не существует убедительных данных (есть лишь различные гипотезы). Забывание и на этом уровне, по-видимому, является следствием поступления новой информации: «мы забываем по- тому, что много знаем». Но в то же время при старении развиваются яв- ления нарушения кратковременной памяти, на фоне чего человек может вспомнить события своего детства, причем такие, которые он во взрос- лом периоде жизни никогда не вспоминал. (Поэтому встает существен- ный вопрос: забывается ли что-нибудь? Не откладывается ли прошлое где-нибудь «в архиве», как в компьютере?) Из долговременной памяти можно выделить ту ее часть, которая вспо- минается всегда, — это третичная память. Примером ее может быть соб- ственное имя. Другая часть долговременной памяти именуется вторич- ной. У человека, обладающего второй сигнальной системой — речью, процессы памяти примерно такие же, хотя есть и отличия, о которых бу- дет сказано в гл. 19. Весьма существенно, что нейронная структурная основа, обеспечиваю- щая долговременную память, находится не в тех отделах ЦНС, в которых локализуется кратковременная память. При формировании долговремен- ной памяти основные процессы происходят в нейронах, находящихся в различных отделах коры больших полушарий, особенно ее ассоциатив- ных зонах, а также в лимбической системе.
Глава 18. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОРГАНИЗМА С УСЛОВИЯМИ ЖИЗНИ 805 18.5.3. Воспоминание Механизм извлечения из памяти достаточно сложный и с позиций экспе- риментальной физиологии еще очень мало изучен. Не всегда удается сразу вспомнить что-то необходимое в данный момент. При этом мы знаем, что в нашей памяти находится нечто — слово, имя и т. д., но конкретную ин- формацию невозможно извлечь. Однако нередко бывает так: стбит поду- мать о чем-нибудь близком (другом), как нужное слово всплывает в памяти. Иногда информация вспоминается в последующем как бы случайно. Механизмы запоминания и воспоминания во многом зависят от функ- ционального состояния соответствующих отделов ЦНС, от их кровоснаб- жения. По мере старения организма нарушается процесс перехода крат- ковременной памяти в долговременную: человек забывает то, что было сказано мгновение назад, но легко вспоминает события давно минувших дней. Пенфилд полагал, что при этом ведущим патогенетическим меха- низмом является ухудшение кровоснабжения гиппокампа из-за атероскле- роза или иных физических недомоганий. Вопросы для №1 Укажите ошибочный ответ. В центральной нервной системе для обеспечения сложных форм поведения человека используются физиологиче- ские механизмы, заключающиеся в про- явлении: А. Условных рефлексов Б. Безусловных рефлексов В. Рассудочного мышления Г. Инстинктов Д. Сухожильных и вестибулярных рефлексов №2 Основные отличительные характери- стики условного рефлекса: А. Приобретенный Б. Врожденный В. Индивидуальный Г. Видовой Д. Врожденно-обусловленное взаимодейст- вие нейронов в рефлекторной дуге Е. Рефлекторная дуга формируется в про- цессе обучения №3 Основные отличительные характери- стики безусловного рефлекса: А. Приобретенный Б. Врожденный В. Индивидуальный повторения Г. Видовой Д. Врожденно-обусловленное взаимодейст- вие нейронов в рефлекторной дуге Е. Рефлекторная дуга формируется в про- цессе обучения №4 Одной из форм, обеспечивающих взаи- модействие организма и окружающей среды, являются инстинкты. Для них характерно: А. Приобретенный Б. Врожденный В. Индивидуальный Г. Видовой Д. Врожденно-обусловленное взаимодейст- вие нейронов в рефлекторной дуге Е. Рефлекторная дуга формируется в про- цессе обучения Ж. Комплекс взаимодействия многих ре- флексов №5 Одной из форм, обеспечивающих взаи- модействие организма и окружающей среды, являются инстинкты. При их проявлении можно выделить фазы: А. Мотивации Б. Поисковая В. Завершающая Г. Запечатления
806 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА №6 Начальная, поисковая фаза проявле- ния инстинкта запускается с формиро- вания в ЦНС: А. Мотивационного возбуждения Б. Процессов запечатления В. Трансформации ритма Г. Явления последействия №7 Центрами ЦНС, в которых возникает мотивационное возбуждение для про- явления инстинктов, локализуются: А. В коре больших полушарий Б. В коре мозжечка В. В гипоталамусе Г. В лимбической системе Д. В продолговатом мозге №8 Вставьте нужные слова: Возникновение мотивационного воз- буждения, обеспечивающего запуск ин- стинктивного поведения, возможно благодаря тому, что в ... имеются коль- цевые взаимодействия ... , обеспечива- ющие длительную стойкую ... возбуж- дения. А. Таламусе, нейроглии, циркуляцию Б. Гипоталамусе, нейроглии, передачу В. Гипоталамусе, нейронов, циркуляцию Г. Таламусе, нейронов, передачу №9 Характерными особенностями гипота- ламуса является: А. Наличие скопления нейронов, образую- щих ядра Б. Отсутствие гематоэнцефалического барьера В. Участие в рефлекторной регуляции Г. Интеграция нейрогенной и эндокринной регуляции Д. Наличие глиальных глеток №10 Поисковая фаза инстинкта является менее жесткой, благодаря чему инстин- ктивное поведение можно охарактери- зовать как: А. Обеспечивающее сохранение рода Б. Переходную ступень к формированию условных рефлексов В. Обеспечивающее видовое разнообразие инстинктов №11 Укажите неправильные ответы.. Самопроизвольно эмоции возникают: А. При попадании организма в непривычные условия Б. При дефиците информации для органи- зации поведения в конкретных условиях В. При избытке информации для организа- ции поведения в конкретных условиях Г. При попадании организма в привычные, обыденные условия Д. При достаточном уровне информации для организации поведения в конкретных условиях №12 Физиологическое назначение эмоций заключается: А. В «снятии» стрессов Б. В разъединении отдельных отделов ЦНС для лучшей организации поведения В. В непроизвольном объединении отделов ЦНС для лучшей организации поведения Г. В улучшении инстинктивного поведения №13 Эмоции подразделяются на: А. Положительные и отрицательные Б. Низшие и высшие В. Витальные и зоосоциальные Г. Врожденные и приобретенные Д. Игровые и исследовательские №14 Укажите неправильный ответ. Структурной основой эмоций является лимбическая система, в которую вхо- дят следующие отделы мозга: А. Кора больших полушарий Б. Гиппокамп В. Перегиппокамповая извилина Г. Обонятельный мозг Д. Миндалина Е. Поясная извилина
Глава 18. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОРГАНИЗМА С УСЛОВИЯМИ ЖИЗНИ 807 №15 Структуры лимбической системы взаи- модействуют с различными отделами мозга. При этом, как правило, оказыва- ется взаимное влияние лимбической системы на структуру мозга и обратно. Укажите наиболее важные влияния лобной доли на эмоции: А. Сознательно управляет возникновением эмоций Б. Сознательно управляет проявлением эмоций В. Обеспечивает более активную обработку различного рода сенсорных сигналов Г. Обеспечивает подключение памяти Д. Обеспечивает подключение вегетативной нервной системы для проявления эмоци- онального поведения №16 Структуры лимбической системы взаи- модействуют с различными отделами мозга. При этом, как правило, оказыва- ется взаимное влияние лимбической системы на структуру мозга и обратно. Укажите наиболее важные влияния те- менной области коры нв эмоции: А. Сознательно управляет возникновением эмоций Б, Сознательно управляет проявлением эмоций В. Обеспечивает более активную обработку различного рода сенсорных сигналов Г. Обеспечивает подключение памяти Д. Обеспечивает подключение ВНС для про- явления эмоционального поведения №17 Структуры лимбической системы взаи- модействуют с различными отделами мозга. При этом, как правило, оказыва- ется взаимное влияние лимбической системы на структуру мозга и обратно. Укажите наиболее важное влияние верхних отделов височной области ко- ры больших полушарий на эмоции: А. Сознательно управляет возникновением эмоций Б. Сознательно управляет проявлением эмоций В. Обеспечивает более активную обработку различного рода сенсорных сигналов Г. Обеспечивает подключение памяти Д. Обеспечивает подключение ВНС для про- явления эмоционального поведения №18 Структуры лимбической системы взаи- модействуют с различными отделами мозга. При этом, как правило, оказыва- ется взаимное влияние лимбической системы на другие структуры мозга и обратно. Укажите наиболее важное влияние на эмоции гипоталамуса: А. Сознательно управляет возникновением эмоций Б. Сознательно управляет проявлением эмоций В. Обеспечивает более активную обработку различного рода сенсорных сигналов Г. Обеспечивает подключение памяти Д. Обеспечивает подключение ВНС для проявления эмоционального поведения №19 Структуры лимбической системы взаи- модействуют с различными отделами мозга. При этом, как правило, оказыва- ется взаимное влияние лимбической системы на структуру мозга и обратно. Как влияют эмоции на функции лобной доли коры больших полушарий: А. Улучшают процессы мышления Б. Обеспечивают более активную обработку различного рода сенсорных сигналов В. Улучшают процессы памяти Г. Обеспечивают быстрое включение ВНС при проявлении эмоций Д. Нет верного ответа №20 Структуры лимбической системы взаи- модействуют с различными отделами мозга. При этом, как правило, оказыва- ется взаимное влияние лимбической системы на структуру мозга и обратно. Как влияют эмоции на функции темен- ной области коры больших полушарий: А. Улучшают процессы мышления Б. Обеспечивают более активную обработку различного рода сенсорных сигналов В. Улучшают процессы памяти Г. Обеспечивают быстрое включение ВНС при проявлении эмоций Д. Нет верного ответа
808 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА №21 Структуры лимбической системы взаи- модействуют с различными отделами мозга. При этом, как правило, оказыва- ется взаимное влияние лимбической системы на структуру мозга и обратно. Как влияют эмоции на функции верхних отделов височной области коры боль- ших полушарий: А. Улучшают процессы мышления Б. Обеспечивают более активную обработку различного рода сенсорных сигналов В. Улучшают процессы памяти Г. Обеспечивают быстрое включение ВНС при проявлении эмоций Д. Нет верного ответа №22 Структуры лимбической системы взаи- модействуют с различными отделами мозга. При этом, как правило, оказыва- ется взаимное влияние лимбической системы на структуру мозга и обратно. Как влияют эмоции на функции гипота- ламуса: А. Улучшают процессы мышления Б. Обеспечивают более активную обработку различного рода сенсорных сигналов В. Улучшают процессы памяти Г. Обеспечивают быстрое включение ВНС при формировании и проявлении эмоций Д. Нет верного ответа №23 Структуры лимбической системы взаи- модействуют с различными отделами мозга. Как влияют умеренной интенсивности эмоции на двигательную систему: А. Снижают силу и точность движений Б. Увеличивают силу и точность движений В. Только положительные эмоции повышают силу и точность движений Г. Только отрицательные эмоции повышают силу и точность движений Д. Нет верного ответа №24 Укажите неправильный ответ. Сознательное подавление проявления эмоций может привести: А. К формированию стресса Б. К возрастанию риска заболеваний внут- ренних органов В. К возрастанию уровня глюкокортикоидов крови Г. К снижению уровня адреналина в крови №25 Корковые отделы левого («логическо- го») полушария: А. Влияют в большей степени на формиро- вание положительных эмоций Б. Влияют в большей степени на формиро- вание отрицательных эмоций В. Не влияют на формирование эмоций Г. Ускоряют формирование эмоций Д. Замедляют формирование эмоций №26 Корковые отделы правого («художест- венного») полушария: А. Влияют в большей степени на формиро- вание положительных эмоций Б. Влияют в большей степени на формиро- вание отрицательных эмоций В. Не влияют на формирование эмоций Г. Ускоряют формирование эмоций Д. Замедляют формирование эмоций №27 Одной из форм, используемой ЦНС для организации поведения, является импринтинг. Он является: А. Пассивной формой обучения Б. Активной формой обучения В. Разновидностью безусловных рефлексов Г. Разновидностью инстинктов Д. Нет правильного ответа №28 Одной из форм, используемой ЦНС для организации поведения, является импринтинг. Он формируется: А. Постоянно Б. В критические периоды раннего постна- тального онтогенеза В. В период внутриутробного развития Г. Нет правильного ответа
Глава 18. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОРГАНИЗМА С УСЛОВИЯМИ ЖИЗНИ 809 №29 Укажите неправильный ответ. Важнейшей формой проявления функ- ций ЦНС, основанных на приобретае- мых в течение жизни взаимодействиях нервных центров, являются условные рефлексы. Их формирование происхо- дит: А. Постоянно в течение жизни Б. При низком тонусе интегративных меха- низмов мозга В. На базе афферентной части врожденных безусловных рефлексов Г. При активном состоянии коры («внима- ние^ Д. Благодаря образованию временных свя- зей между нервными центрами Е. На базе эфферентной части врожденных безусловных рефлексов №30 Укажите неправильный ответ. Важнейшей формой проявления функ- ций ЦНС, основанных на приобретае- мых в течение жизни взаимодействиях нервных центров, являются условные рефлексы. Их формирование происхо- дит: А. Путем иррадиации нервных импульсов Б. При наличии доминантного состояния центра безусловного рефлекса В. При наличии доминантного состочния центра индифферентного раздражителя Г. С участием механизма суммации возбуж- дений в ЦНС №31 Укажите неправильные ответы. Важнейшей формой проявления функ- ций ЦНС, основанных на приобретен- ных в течение жизни взаимодействиях нервных центров, являются условные рефлексы. Для их формирования необ- ходимы следующие условия: А. Появление условного раздражителя дол- жно предшествовать безусловному Б. Появление безусловного раздражителя должно предшествовать условному В. Наличие сильного постороннего раздра- жителя Г. Активное состояние коры больших полу- шарий Д. Нормальный тонус ретикулярной форма- ции №32 Укажите неправильные ответы. Важнейшей формой проявления функ- ций ЦНС, основанных на приобретен- ных в течение жизни взаимодействиях нервных центров, являются условные рефлексы. Для их закрепления необхо- димо: А. Многократное сочетание условного и безусловного раздражителей Б. Состояние мотивационного возбуждения центра безусловного рефлекса В. Активное состояние коры больших полу- шарий Г. Сниженный тонус ретикулярной форма- ции мозгового ствола Д. Действие постороннего раздражителя №33 Укажите неправильные ответы. Одним из механизмов, обеспечиваю- щих сохранение приобретенных услов- ных рефлексов, информации, является память. Из приведенного перечня фаз необходимо отметить те, которые обес- печивают процесс запоминания: А. Запечатлевание Б. Сохранение В. Консолидация Г. Извлечение Д. Воспоминание №34 Наиболее типичным физиологическим механизмом сенсорной памяти явля- ются: А. Структурно-функциональные изменения синапсов Б. Реверберация импульсов по «нейронным ловушкам») В. Ионные сдвиги в мембранах рецепторов и афферентных нейронах Г. Структурные перестройки нейронов Д. Функциональные изменения синапсов но- вообразованных нейронных цепей
810 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА №35 Наиболее типичным физиологическим механизмом кратковременной памяти является: А. Структурно-функциональные изменения синапсов Б. Реверберация импульсов по нейронным цепям («ловушкам») В. Ионные сдвиги в мембранах рецепторов и афферентных нейронах Г. Структурные перестройки нейронов Д. Функциональные изменения синапсов но- вообразованных нейронных цепей №36 Наиболее типичными физиологически- ми механизмами долговременной па- мяти являются: А. Структурно-функциональные изменения синапсов Б. Реверберация импульсов по нейронным цепям («ловушкам») В. Ионные сдвиги в мембранах рецепторов и афферентных нейронах Г. Структурные перестройки нейронов Д. Функциональные изменения синапсов но- вообразованных нейронных цепей №37 Аналитико-синтетические процессы, протекающие в коре больших полуша- рий, характеризуются формированием функциональных систем, у которых можно выделить: афферентный синтез, формирование программы действия, акцептор результата действия. Наиболее типичными физиологически- ми механизмами акцептора результата действия являются: А. Взаимодействие биологической мотива- ции, афферентации и памяти Б. Набор рефлекторных команд В. Обратная афферентация (связь) Г. Реверберация импульсов по «нейронным ловушкам» Д. Нет правильного ответа №38 Аналитико-синтетические процессы, протекающие в коре больших полуша- рий, характеризуются формированием функциональных систем, у которых можно выделить афферентный синтез, формирование программы действия, акцептор результата действия. Наиболее типичными физиологически- ми механизмами афферентного синте- за являются: А. Взаимодействие биологической мотива- ции, афферентации и памяти Б. Набор рефлекторных команд В. Обратная афферентация (связь) Г. Реверберация импульсов по «нейронным ловушкам» Д. Нет правильного ответа №39 Аналитико-синтетические про цессы, протекающие в коре больших полуша- рий, характеризуются формированием функциональных систем, у которых можно выделить афферентный синтез, формирование программы действия, акцептор результата действия. Наиболее типичными физиологически- ми механизмами формирования про- граммы действия являются: А. Взаимодействие биологической мотива- ции, афферентации и памяти Б. Набор рефлекторных команд В. Обратная афферентация (связь) Г. Реверберация импульсов по «нейронным ловушкам» Д. Нет правильного ответа №40 Появление постороннего раздражителя во время осуществления условного ре- флекса приводит к развитию: А. Запредельного торможения Б. Угасательного торможения В. Дифференцировочного торможения Г. Внешнего торможения №41 Увеличение силы и длительности ус- ловного раздражителя может привести к развитию: А. Запредельного тороможения Б. Угасательного торможения В. Дифференцировочного торможения Г. Внешнего торможения
Глава 18. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОРГАНИЗМА С УСЛОВИЯМИ ЖИЗНИ 811 №42 Длительное неподкрепление условного сигнала безусловным приводит к раз- витию: ' А. Запредельного тороможения Б. Угасательного торможения В. Дифференцировочного торможения Г. Внешнего торможения №43 Если у человека наблюдается состоя- ние ярости, гнеаа, то проявлению какой стадии и каких эмоций это свойственно: А. Положительные эмоции Б. Стадия напряжения I отрицательных эмо- ций В. Стадия напряжения II отрицательных эмо- ций Г. Стадия напряжения III отрицательных эмоций Д. Стадия напряжения IV отрицательных эмоций №44 Если у человека наблюдается состоя- ние страха, ужаса, тоски, то проявле- нию какой стадии и каких эмоций это свойственно: А. Положительные эмоции Б. Стадия напряжения I отрицательных эмо- ций В. Стадия напряжения II отрицательных эмо- ций Г. Стадия напряжения III отрицательных эмоций Д. Стадия напряжения IV отрицательных эмоций №45 Если человек собирается решать труд- ную задачу, аолнуется, у него повыша- ется внимание, то проявлению какой стадии и каких эмоций это свойстаенно: А. Положительные эмоции Б. Стадия напряжения I отрицательных эмо- ций В. Стадия напряжения II отрицательных эмо- ций Г. Стадия напряжения III отрицательных эмоций Д. Стадия напряжения IV отрицательных эмоций №46 Укажите, каким особенностям нервной системы соответстаует сангвинический темперамент: А. Сильный, уравновешенный, подвижный Б. Сильный, неуравновешенный, инертный В. Сильный, неуравновешенный, подвижный Г. Слабые процессы возбуждения и тормо- жения №47 Укажите, каким особенностям нервной системы соответствует меланхоличе- ский темперамент: А. Сильный, уравновешенный, подвижный Б. Сильный, неуравновешенный, инертный В. Сильный, неуравновешенный, подвижный Г. Слабые процессы возбуждения и тормо- жения №48 Укажите, каким особенностям нервной системы соответствует флегматиче- ский темперамент: А. Сильный, уравновешенный, подвижный Б. Сильный, неуравновешенный, инертный В. Сильный, неуравновешенный, подвижный Г. Слабые процессы возбуждения и тормо- жения №49 Укажите, каким особенностям нервной системы соответствует холерический темперамент: А. Сильный, уравновешенный, подвижный Б. Сильный, неуравновешенный, инертный В. Сильный, неуравновешенный, подвижный Г. Слабые процессы возбуждения и тормо- жения №50 Какой аид торможения развивается у челоаека, длительно находящегося в помещении с высоким уровнем шума: А. Запредельное Б. Внешнее В. Внутреннее
Глава 19 ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАССУДОЧНОГО МЫШЛЕНИЯ Наиболее сложной проблемой физиологии является изучение тех физи- ологических механизмов ЦНС, которые обеспечивают более высокую (по сравнению с предыдущими) форму организации поведения, основанную на рассудочном мышлении. Мышление — процесс познавательной деятель- ности, характеризующийся обобщенным и опосредованным отражением действительности. Для осуществления мыслительной деятельности в го- ловном мозге происходит широкое взаимодействие различных отделов его, начиная от отделов коры больших полушарий, лимбической системы и кончая ретикулярной формацией ствола мозга. При этом используются все предыдущие более «простые» процессы, начиная от взаимодействия «возбуждение — торможение» отдельных нейронов до сложных условных рефлексов. Взаимодействие их дало возможность перейти к новому уров- ню функционирования мозга, обеспечивающему рассудочный тип позна- вательной деятельности мозга, и осознанной организации поведения. Мышление заключается в образовании общих представлений и понятий, рассуждений и умозаключений, в способности предвидеть. Эти процессы включают наиболее сложные формы аналитико-синтетической деятельно- сти мозга. Многие из них человек и не осознает. Осознанию поддается в основном та часть процессов, происходящих в мозге, которая прояв- ляется благодаря использованию «внутренней» или «озвученной» речи. Таким образом, для человека язык — одно из основных средств выраже- ния мысли. Мыслительные возможности мозга представляют собой наиболее отли- чительную черту человека. Основным признаком их является способность на основе анализа реальной действительности устанавливать определен- ные законы и использовать их не только для организации своего поведе- ния, но и передавать другим субъектам. Последняя особенность позволя- ет говорить о мышлении не только как о функции индивидуального моз- га, но и как бы об объединенном мозге человечества. Особенно ярко это проявилось после изобретения письменности. Без записи мыслей их ав- тор, как правило, убеждается в том, что его высказывания, передаваясь через посредство устной речи, чаще всего искажаются. С известной долей условности можно сказать, что это и вынудило «мыслителей» искать спо- соб закрепления неискаженного «авторского права» на высказанную мысль в виде ее записи, результатом чего и стало изобретение письменно- сти. Она появилась в различных регионах мира и в столь разнообразной форме, что о происхождении ее от одного, общего источника говорить едва ли стоит.
Глава 19. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАССУДОЧНОГОМЫГПЛЕНИЯ 813 Рис. 19.11. Представительство функций в коре левого полушария головного мозга: 7-3, 5, 7, 43 — представительство кож- ной и проприоцептивной чувствительности; 4 — мотор- ная зона; 6, 8-10 — премоторные и дополнительные мо- торные области; II — представительство обонятельной рецепции; 17-19—«зрительная кора»; 20-22, 37, 41, 42, 44—представительство слуховой рецепции; 37, 42 — слуховой центр речи; 41 — проекция кортиева органа; 44 — двигательный центр речи (по Бродману) 19.1. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ МОЗГА ЧЕЛОВЕКА — СТРУКТУРНОЙ ОСНОВЫ МЫШЛЕНИЯ Сама структурная основа (мозг), организующая поведение, у человека и у животных существенно отличается. Так, относительная масса конечного мозга у человека самая большая — от 750 до 1500 г, что составляет около 1,5 % массы тела. Еще большее развитие у человека получило серое веще- ство коры больших полушарий, которому настолько «тесно», что оно глу- боко заходит внутрь белого вещества, об- разуя борозды и изви- лины. И, наконец, чрез- вычайно важно, что у человека наибольшее развитие в конечном мозге получили обла- сти, именуемые ассо- циативными: лобная и теменно-височно-за- тылочная (рис. 19.1). Именно в этих обла- стях локализуются кор- ковые структуры, свя- занные с речью и в ко- нечном счете с мышле- нием. Указанная выше масса мозга у человека возникла примерно 200000 лет назад. Рост и анатомиче- ское развитие мозга заканчиваются после периода полового со- зревания. У женщин наибольшей массы мозг достигает к 18- 20 годам, а у мужчин он может продолжать расти до 25-28 лет. У мальчиков особен- но медленно развива- ется левое (речевое) полушарие, что объяс- няют начальной за- держкой его разви- тия во внутриутроб-
814 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА ном периоде под влиянием появляющегося на определенном этапе тесто- стерона (см. гл. 9). 19.2. ПЕРВАЯ И ВТОРАЯ СИГНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ Общим для животных и человека является анализ в коре непосредст- венных (конкретных) сигналов предметов и явлений окружающего мира, приходящих от различных рецепторов, и синтез на их основе поведенче- ских команд. Этот род аналитико-синтетических процессов составляет первую сигнальную систему. Вместе с тем в процессе коллективной трудо- вой деятельности и другого рода общений человек, используя звук как способ сигнализации (см. «Эмоции»), усовершенствовал его в виде речи, которую И. П. Павлов назвал «второй сигнальной системой». Полагают, что речь у представителей Homo sapiens появилась, по-видимому, лишь около 40000 лет назад. При формировании функций мозга, связанных с речью, использова- лись, трансформируясь и развиваясь, те же механизмы, которые обеспе- чивают и более «низшие» функции. Первыми из них являются те базовые механизмы, которые определяют способность мозга человека к образо- ванию условных рефлексов высоких уровней, формирующихся на базе предыдущих условных рефлексов. Другим механизмом является предше- ственник речи в виде звуков, сопровождающих эмоции. С одной стороны, словесная сигнализация позволила с помощью звука передавать информа- цию на расстояние. С другой стороны, слово является базой формирова- ния абстрактного мышления, при котором многие понятия лишаются своей конкретики (говоря, например, «стол, стул», мы далеко не всегда имеем в виду конкретный предмет). Речь и память Формирование второй сигнальной системы невозможно без совершен- ствования процессов памяти. Наиболее важным здесь представляется то, что при откладывании в памяти речевой информации человек запоминает не столько подробности, сколько общие положения, содержание, тогда как сама словесная формулировка может быть и забыта. При извлечении из памяти происходит обратный процесс: сначала вспоминаются общие положения, а затем из центров речи извлекаются необходимые для их вы- ражения слова. Информация, закодированная в виде речи, служит одним из основных дополнений к несловесной памяти, механизмы которой об- щие у животных и у человека. Но разве другие виды памяти не характеризуются такими же особенно- стями? Даже не всегда помня каждую мельчайшую деталь лица человека, увидев знакомого, мы его легко узнаем. А увидев человека, очень похо- жего на знакомого, и приняв его вначале за такового, мы затем по малей- шим черточкам начинаем понимать, что это не наш знакомый. Механизм кратковременной памяти, когда в ассоциативных зонах моз- га происходит реверберация импульсов по замкнутым нейронным цепям, вероятно, и послужили основой формирования центров речи именно в указанных областях. Речь не могла сформироваться без развития памя-
Глава 19. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАССУДОЧНОГОМЫШЛЕНИЯ 815 ти, мы повторяем запоминаемые слова или воспроизводим слуховую ин- формацию. Эти физиологические особенности функционирования ассо- циативных зон и явились тем функциональным базисом, благодаря кото- рому структурной основой центров речи являются нервные центры, рас- положенные в данных областях. Говоря о таком предшественнике способа передачи информации, как звуки, сопровождающие эмоции, нужно помнить, что их морфологиче- ская основа существенно отличается от центров речи. Эмоции зарожда- ются в лимбической системе, здесь же находится и нейронная основа их звуковых проявлений. В то же время у речи и у проявлений эмоций общее конечное звено, обеспечивающее сам процесс звукообразования — состо- яние соответствующих мышц (см. подразд. 9.6). Более высокие у человека, чем у животных, способности к мышлению и научению, основанные на речевой функции, по всей вероятности, не связа- ны с появлением принципиально новых «речевых» нейронов. Развитие этих особенностей обусловлено чисто количественными (а не качественны- ми) изменениями: увеличением числа нейронов, одновременно вовлекае- мых в обработку информации. Благодаря этому обеспечивается более вы- сокая скорость такой обработки, что особенно проявляется при научении, извлечении данных из памяти, произнесении и понимании слов. Нарушения памяти Неспособность к усвоению новой информации — антероградная амне- зия (амнестический синдром Корсакова) заключается в ухудшении про- цессов запоминания и в невозможности ее хранения в доступном для из- влечения виде. У таких больных (чаще всего это хронические алкоголики) почти не нарушены вторичная и третичная память, а кратковременная (первичная) память не может перейти во вторичную. При этом чаще всего поражаются гиппокамп и связанные с ним структуры. Ретроградная амнезия заключается в неспособности извлекать из памя- ти информацию, накопленную в мозге до его поражения (при сотрясении мозга, инсульте, электрошоке, наркозе). Чем тяжелее поражение, тем бо- лее глубоко происходит «забывание». Тот факт, что при лечении память полностью или частично восстанавливается, свидетельствует о том, что при этом виде амнезии утрачивается не сама память, а затрудняется про- цесс ее извлечения. Истерическая амнезия отличается полной потерей всех видов прежней информации (даже своего имени и фамилии) при сохранении способности запоминать новую информацию. Это чисто функциональные нарушения, что отличает их от структурно-функциональных нарушений, характерных для указанных выше видов амнезий. 19.3. ЦЕНТРЫ РЕЧИ Центры речи занимают несколько областей коры больших полушарий (рис. 19.2). Более 100 лет назад Брок впервые обнаружил, что при пора- жении нижних отделов третьей лобной извилины левого полушария
816 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА наблюдается потеря речи. В этом повинен центр, распо- ложенный рядом с отдела- ми двигательной области, контролирующими функ- цию мышц лица, языка, нё- ба и глотки, то есть муску- латуру, участвующую в ар- тикуляции. Это моторный центр речи. Экстирпация или другие поражения зоны Брока приводят к наруше- нию речи (афазии). Такие Центры речи: а — зона Брока; б — зона Вернике; больные понимают речь, но в — центр чтения сами говорить не могут. Однако нарушение речи в данном случае не связано с параличом мышц, так как мышцы иннерви- руются из прецентральной извилины: при стимуляции электрическим то- ком этой области с обеих сторон наблюдаются голосовые реакции, хотя звуки при этом не произносятся (для голосообразования необходима со- гласованная реакция указанных мышц с выдохом — см. ниже). Через не- сколько месяцев после разрушения центра Брока речь частично может быть восстановлена. Отделом, который компенсирует при этом удален- ный центр Брока, является область, находящая в моторной зоне М-И ме- диальных отделов мозга. Другим центром речи является область задних отделов первой височ- ной извилины — сенсорный центр речи Вернике, расположенный вблизи от слуховой области. Поражение его нарушает понимание речи при сохра- нении достаточно беглой, хотя и несколько искаженной спонтанной речи. Этот тип патологии относится к сенсорной афазии. Удаление височной речевой зоны приводит к стойкой общей афазии — неспособности по- нимать речь и говорить. Это подтверждает мнение о том, что данная область является первичным центром речи. В филогенезе она образова- лась раньше предыдущей. Еще позднее возникли центры речи, обеспечивающие у современного человека чтение и письмо (естественно, речь возникла раньше на слух, чем на вид написанного слова). Центр письменной речи (чтения) располо- жен в области затылочной доли спереди от коркового отдела зрительного анализатора. Центр письма располагается в лобной доле выше центра Бро- ка, примыкая к прецентральной извилине, где располагаются нейроны, контролирующие мышцы кисти. Существенную роль в речевой функции мозга играет теменная ассоци- ативная зона коры. Одной из форм афазии является амнезия (теменная афазия), характеризующаяся забыванием отдельных слов (речевая па- мять). Афазия может наступить при атеросклерозе, развивающемся в те-
Глава 19. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАССУДОЧНОГОМЫШЛЕНИЯ 817 менных отделах коры. В данном случае она проявляется постепенно и ма- ло заметна для самого человека. При остром развитии, например, при ин- сульте афазия может быть общей. Все указанные отделы центра речи у большинства людей располагают- ся в левом полушарии. Левополушарное расположение центра речи наблю- дается у 95 % правшей и у 70% левшей. В отличие от этого, у 15% левшей центр речи находится в правом полушарии. У остальных правшей и лев- шей речь контролируется из обоих полушарий мозга. Лево- и правору- кость являются генетически обусловленными признаками. Локализация центра речи в левой половине мозга может быть свиде- тельством того, что возникновение речи тесно связано с трудовой (обще- ственной) деятельностью человека: его более ответственная (умелая) правая рука иннервируется именно из левого полушария. В связи с этим переучивание в детстве левшей, особенно тех из них, у которых врожден- но центр речи располагается справа, выполнять основные, наиболее тонкие виды работ правой рукой может привести к одновременному перемещению в левое полушарие центра речи (в целом или частично). Это может существенно нарушить речевую функцию мозга, приводя к обеднению речи, а нередко и к развитию заикания. Так, при исследовании заикающихся людей более чем у половины из них обнаружено билате- ральное представительство центров речи. 19.4. МЕЖЦЕНТРАЛЬНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РЕЧЕВЫХ ЦЕНТРОВ КОРЫ Взаимодействие между отдельными зонами мозга, участвующими в его речевой функции, осуществляется через два типа связей: прямая кортико- кортикальная — через нейроны коры и опосредованная — через таламус (рис. 19.3). Кооперация различных об- ластей происходит по следую- щей схеме. Вначале акустиче- ская информация, заключенная в слове, обрабатывается в слу- ховой сенсорной системе моз- га. Затем она передается в рас- положенный в непосредствен- ной близости от коркового конца слухового анализатора центр речи Вернике, где обес- печивается понимание смысла слова. При чтении слова им- пульсы, поступающие в зри- тельную сенсорную систему, направляются в угловую изви- лину, через которую зритель- Схема взаимосвязей центров речи между со- бой: а — центр Брока; б — центр Вернике; в — теменная ассоциативная зона; I — мотор- ный центр; 2 — центры слуха; 3—центры зрения
818 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА ное нейронное возбуждение связывается с его акустическим аналогом, расположенным также в зоне Вернике. Для произнесения слова необходи- мо, чтобы некое нейронное представление его поступило в зону Брока. Связь указанных центров речи осуществляется с помощью дугообразного пучка волокон. В зоне Брока поступившие импульсы приводят к форми- рованию программы артикуляции. Если предыдущие этапы формирования межнейронной активности про- исходят в левом полушарии, то реализация указанной выше программы осуществляется при поступлении импульсов в обе половины моторной зо- ны мозга в прецентральную извилину. Для произношения звуков необходи- мо согласование движений многих мышц глотки и ротовой полости с дви- жением воздуха, поэтому импульсы из прецентральной извилины переда- ются к мотонейронам, иннервирующим указанные мышцы (см. ниже). Речевая функция имеет еще одну особенность — в норме речь всегда эмо- ционально окрашена (аффективность речи). Аффективность речи обеспечи- вается связями лобной и теменно-височной долей со структурами лимбиче- ской системы. У человека эти связи проходят через переднюю лимбическую кору, область покрышки и центрального серого вещества среднего мозга. Причем процессы, которые обеспечивают аффективную окрашенность произнесения и понимания слов, являются врожденными. Дети раньше начинают воспринимать интонацию голоса, чем содержащийся в словах смысл. Последняя функция формируется очень медленно и требует дли- тельного обучения. В онтогенезе у человека происходит постепенное за- мещение чисто чувственного восприятия мира на оперирование его обра- зами. Вначале слово воспринимается ребенком как конкретная звуковая сигнализация предмета, и лишь в последующем он начинает использовать слово в качестве отвлеченного понятия. При взаимодействии многих отделов ЦНС, участвующих в обеспече- нии речи, ведущими являются структуры левого полушария. Однако до- минирование левого полушария не следует абсолютизировать. Правое полушарие играет ведущую роль в эмоциональной окраске речи. При его поражении речь больного становится эмоционально бледной. О значении правого полушария, о его участии в формировании процес- сов, связанных с речью, свидетельствуют поражения этого отдела мозга. При ряде патологических состояний обнаружено тормозящее влияние правого полушария на речевые центры левого, так что процесс, развива- ющийся в правом полушарии, иногда может привести к затруднению или потере речи. Так, у больных-кататоников, не говоривших много лет, уда- ление части коры правого полушария, симметричной зоне Брока, может восстановить речь. 19.5. МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ ГОЛОСА (ВОКАЛИЗАЦИЯ) Речевая функция у человека зависит не только от функции указанных выше структур мозга, но и от возможности воспроизвести звук. Послед- нее, в свою очередь, определяется:
Глава 19. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАССУДОЧНОГОМЫШЛЕНИЯ 819 - особенностями строения гортани; - наличием резонаторов; - способностью произвольно управлять: - скоростью движения воздуха во время дыхания, - положением и натяжением голосовых связок, - положением губ, языка, мягкого нёба. Вокализация включает два взаимосвязанных процесса: фонацию и ар- тикуляцию. 1 Направление волокон основ- ных мышц, обеспечивающих вокализацию; I — щитовид- ный хрящ; 2 — голосовая связ- ка; 3— т. thyreoarytenoideus', 4—pr. vacates, 5 — cart, arythe- roideus; 6—т. cricoarytenoideus lat. 7 — т. transv. arytenoideus; 8 — m. cricoarytenoideus post Фонация Звук образуется при вибрации голосовых связок, когда воздух при выдохе проходит между ними. Голосовые связки расположе- ны вдоль латеральных стенок гортани. Их положение и натяжение обеспечиваются группой соответствующих мышц (рис. 19.4). Так, при сокращении задней перстневидно- черпаловидной мышцы, сдвигающей кзади черпаловидные хрящи, голосовые связки на- тягиваются. Поперечная черпаловидная мышца при сокращении сближает голосо- вые связки. Латеральные перстневидно-чер- паловидные мышцы, сдвигая черпаловид- ные хрящи кпереди, расширяют голосовые связки. Но особая роль в вокализации принадле- жит щитовидно-черпаловидным мышцам, находящимся в складках вместе с голосовы- ми связками. Эти мышцы состоят из мно- жества изолированных волокон, каждое из которых иннервируется отдельной веточ- кой соответствующего нерва. В результате мышцы могут сокращаться раздельными частями, что обеспечивает более тонкие особенности очертания голосовых связок и щели, возникающей между ними. Вибрация голосовых связок происходит при относительно быстром прохождении воздуха во время выдоха через суженную голосовую щель. Полагают, что причиной вибрации является следующий механизм. При суженных голосовых связках проходящий между ними воздух их раздви- гает. В результате при относительно узкой щели ток воздуха в этом уча- стке на какое-то время ускоряется, а это создает частичное разрежение в пространстве между голосовыми связками. В связи с этим, согласно зако- ну Бернулли, голосовые связки движутся друг к другу и могут даже пере- крыть всю голосовую щель. В результате поток воздуха на какое-то время приостанавливается, но повышающееся давление его на связки вновь раз- двигает их. Динамика указанных эффектов повторяется в определенном
820 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА ритме, который управляется сокращением соответствующих мышц, а это приводит к вибрации голосовых связок и возникновению звука. Закрытая или слегка приоткрытая голосовая щель во время выдоха при разговоре создает препятствие движению воздуха, поэтому в грудной клетке давление становится более высоким, чем при обычном выдохе (до 20 см вод. ст. и выше). Частота вибрации может изменяться двумя путями: - ослаблением или напряжением голосовых связок, - изменением конфигурации голосовой щели. Первый механизм обеспечивается сокращением собственных мышц гортани. Мышцы, окружающие гортань, также принимают участие в из- менении положения хрящей. При увеличении напряжения голосовых свя- зок появляется высокий по тону звук, а снижение напряжения создает воз- можность возникновения низкого тона. Изменение угла между связками (рис. 19.5) также отражается на высоте звука. | Рис. 19.5 [ Различные положения голосовых связок (по Guyton) Острый угол обеспечивает высокочастотный звук, а при увеличении угла тон понижается. В связи с тем, что «открывание — закрывание» го- лосовой щели обычно не носит строго синусоидального характера, возни- кает не чистый тон, а смесь тонов. Анатомическое различие гортаней, особенно по длине голосовых связок, сказывается на их колебательных свойствах, что обеспечивает разделение голосов на бас, тенор, альт и со- прано. О значении высоты тона в образовании речи свидетельствует от- сутствие его при шепоте, при котором используется лишь артикуляция, голосовые связки не вибрируют — между ними остается лишь мелкое тре- угольное пространство в области черпаловидных хрящей. Гортань иннервируется двумя ветвями блуждающего нерва. Верхний нерв в своем составе содержит сенсорные волокна от слизистой и мотор- ные, идущие к перстне-щитовидной мышце. Нижний гортанный нерв ин- нервирует все остальные мышцы. Артикуляция Основными органами, обеспечивающими фонемную структуру речи — артикуляцию, являются губы, язык и мягкое нёбо. Сам голосовой тракт (глоточная, ротовая и носовая полости), а также положение указанных выше образований во время прохождения воздуха имеют разную конфи- гурацию. Регуляция их, осуществляемая поперечно-полосатыми мышца-
Глава 19. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАССУДОЧНОГОМЫШЛЕНИЯ 821 ми, входящими в их структуру, и обеспечивает в конечном счете возмож- ность воспроизведения отдельных звуков. А состояние каждой из них, особая конфигурация находится под влиянием коры больших полушарий, то есть управляется сознательно. Индивидуальные особенности губ, языка, мягкого нёба придают неко- торую индивидуальность произносимым звукам. Ведущую роль в этом играют резонаторы: ротовая и носовая полости, пазухи лицевого черепа, глотка и грудная клетка. Таким образом, схема будущего слова, зарождающаяся в центре Брока, передается в переднюю центральную извилину в обе половины мозга. От нейронов прецентральной извилины возбуждение передается к мотоней- ронам спинного мозга тех областей, которые и обеспечивают скорость выдоха, механизмы фонации и артикуляции. Заметим, что в отличие от связанной речи звуки, сопровождающие эмоции, как и отдельные фоне- мы, могут произноситься и на вдохе. Это еще раз подчеркивает нейрон- ные отличия зарождения связанной речи и звуков, которые сопровожда- ют эмоции, да и вообще звуки. Нарушения речи Речь человека может быть нарушена на любом этапе воспроизведения. Периферические нарушения речи зачастую обусловлены одно- либо двусто- ронним параличом мышц гортани, вызванным нарушением возвратного нерва. Но даже при полном двустороннем параличе возможно произнесе- ние звуков шепотом (афония). При ненормальном функционировании мышц языка и глотки, врожденном расщеплении твердого нёба («волчья пасть») речь страдает весьма серьезно, так как становится невозможной или весьма затруднительной артикуляция. Центральные нарушения речи обусловлены различными повреждения- ми соответствующих центров или проводящих путей. 19.6. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ АСИММЕТРИЯ МОЗГА 19.6.1. Экспериментальное исследование функциональной асимметрии коры больших полушарий человека Более точные сведения о локализации и функциях определенных отде- лов и полушарий головного мозга человека были получены относительно недавно при исследовании людей с расщепленным мозгом (разделенными полушариями). Основой этих исследований служат следующие анатомо- физиологические постулаты (рис. 19.6): 1. Восходящие (чувствительные) и нискодящие (двигательные) пути моз- га переходят на противоположную половину тела, и поэтому левое полушарие отвечает за соматосенсорную чувствительность и движе- ния правой половины тела, а правое, наоборот, за левую.
822 Раздел ГУ. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА 2. Вследствие перекреста зрительных путей правая половина зритель- ного поля обоих глаз проецируется в левое полушарие, а левая — в правое. 3. Центральные слуховые пути лишь частично перекрещиваются, и поэ- тому к каждой половине мозга поступают сигналы от обоих ушей. Схематическое представление проецирования внешнего мира на оба полушария (по Сперрн)
Глава 19. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАССУДОЧНОГОМЫШЛЕНИЯ 823 Исходя из этого, можно в одно из по- лушарий мозга пос- лать зрительную ин- формацию и попро- сить исследуемого с помощью одной из рук, руководимой лишь одним полуша- рием, опознать пред- мет на ощупь или вы- полнить зрительную или слуховую коман- ду, посылаемую в од- но или оба полуша- рия (рйс. 19.7). Первые наиболее достоверные данные о литерализации фун- кций исследователи получили при изу- чении больных, ко- торым с лечебной целью производилась полная перерезка мо- Схема исследований Сперри при расщепленном мозге; команды для выполнения операций руками при закры- том экране можно подавать через слух (в оба полушария) или через зрение (в одно полушарие): 1 — непрозрачный экран; 2 — стол с предметами золистого тела, со- стоящего из миллионов волокон, соединяющих оба полушария. Впервые такие исследования и операции начал производить Сперри у больных с тяжелым течением эпилепсии (операции выполнялись из того расчета, что лишение путей для возможной передачи нейронного возбуждения из одного полушария в другое облегчит эпилептические припадки). В ре- зультате после операции у больных действительно резко уменьшалось число эпилептических припадков, а повседневное поведение и умствен- ные способности, несмотря на почти полное лишение взаимосвязи двух полушарий, на удивление, практически не изменились. Лишь при углуб- ленном исследовании таких больных с помощью специальных тестов уда- лось четко установить межполушарные отличия (функциональную асим- метрию) по «руководству» многими функциями. Особенно это касалось тех из них, которые обеспечивают высшую форму организации поведе- ния — мыслительные процессы. В последующем были разработаны способы исследований и на целом мозге. Так, например, с помощью контактных линз с затемненной поло- виной можно подавать зрительные сигналы в одно из полушарий целого мозга, а вводя наркотизирующее вещество в одну из сонных артерий, можно выключить соответствующую половину мозга (проба Вада).
824 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА 19.6.2. Асимметрия речевой функции мозга Важнейший вывод, сделанный по результатам указанных выше иссле- дований, заключается в том, что аналитико-синтетические процессы, про- исходящие в ассоциативных зонах коры в левом и правом полушариях, совершаются по-разному. Особенно наглядно это проявляется в отноше- нии функций, связанных с речью, то есть по отношению к мыслительным процессам. У правшей изолированное левое полушарие способно обеспе- чить все виды речи почти столь же эффективно, как и целый мозг, а пра- вое полушарие не может обеспечить ни устную, ни письменную речь. Од- нако эти представления не являются абсолютными. Оказалось, что цент- ральные механизмы, определяющие способность чтения и письма, и у правшей во многом зависят от способа написания: при записи слова бук- вами этот центр локализован в левом полушарии, а при написании иерог- лифов, когда используется способ начертания слогов, слов или даже це- лых фраз, центр письменной речи локализован в правом полушарии. Результаты этих и многочисленных подобных исследований позволяют считать, что: - левое полушарие обрабатывает информацию последовательно по мере поступления; - правое — работает сразу с несколькими входами, одномоментно, па- раллельно. Вероятно, этим объясняется, что такой способ мышления, как интуи- ция, «прозрение», во многом является функцией именно правого полу- шария. Левое и правое полушария во многом отличаются по способности вос- принимать окружающий мир, оценивать его, запоминать. Так, например, у людей с расщепленным мозгом обнаружено межполушарное различие в способности воспринимать и воспроизводить геометрические фигуры. Правое полушарие легко справляется с этим заданием, и человек левой рукой сравнительно правильно рисует предъявляемые фигуры. А левое полушарие с таким заданием справляется с большим трудом, то есть у него способность производить образную оценку окружающего мира практически отсутствует. В то же время левое полушарие легко оперирует словами, решает логические задания, на что правое не способно. Указанные представления о функциях мозга, его левой и правой поло- вины, во многом совпадают с представлениями о возможности выделения мыслительного и художественного типа людей. Основой логического способа мышления является левое полушарие, а образного, интуитивно- го — правое. 19.6.3. Межполушарные отличия обработки неречевой (невербальной) информации Межполушарные функциональные отличия проявляются и при обработке информации, поступающей по структурам, относимым к первой сигналь- ной системе. У большинства людей бинокулярность зрения осуществляется при явном преимуществе одного глаза. У 60-70% людей преобладает
Глава 19. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАССУДОЧНОГОМЫШЛЕНИЯ 825 правый глаз, у 30 % — левый, и лишь в 5-7 % случаев наблюдается симмет- рия зрения. Ведущий глаз определяет ось зрения, он первым направляется к предмету, в нем раньше заканчивается процесс аккомодации, изображе- ние, формирующееся с его участием, преобладает над подчиненным ему глазом. Правши лучше воспринимают информацию правым ухом, у лев- шей преимущество правого уха менее выражено. Латерализация звуковой сенсорной системы проявляется в связи с тем, что перекрещенные пути ее, направляющиеся к контрлатеральной половине мозга, более мощные, чем неперекрещенные. Однако в плане восприятия и обработки звуковой сиг- нализации асимметрия мозга заключается в том, что левое полушарие луч- ше обрабатывает речевую информацию, а правое — невербальные звуки, музыку. А вот узнавание предмета на ощупь, осязание более четче при ис- пользовании левой руки, так как от нее импульсация поступает в правое полушарие. Объясняется это тем, что те отделы правого полушария, которые в ле- вом ведают речью, специализируются на более качественной переработке неречевой информации. В частности, в них происходит четкое осознание пространственного местоположения отдельных частей тела. Нужно учи- тывать, что формирование данной системы завершается к 10 годам пост- натальной жизни. Таким образом, у большинства людей асимметрия проявляется в двух формах: право- и левосторонней. Лишь небольшая часть людей характери- зуется симметричностью обработки информации в коре больших полуша- рий. Принадлежность к право- и леворукости наследственно обусловлена. 19.7. ОТНОСИТЕЛЬНОСТЬ ДОМИНИРОВАНИЯ ЛЕВОГО ПОЛУШАРИЯ Значение левого полушария в речевой функции, в двигательной функ- ции правой руки и ноги породило представление о доминировании его по отношению к правому. Функции его, связанные с организацией высших форм поведения и речью, филогенетически наиболее молодые. Но пред- ставление о доминировании следует принимать с большими оговорками. Правильнее говорить о взаимодополняющей специализации обоих полу- шарий с преобладанием речевых функций у левого. Для нормального функционирования мозга необходимо постоянное взаимодействие обоих полушарий. Само существование мозолистого тела означает необходи- мость столь тесного контакта. Можно образно сравнить умение использовать функцию правого полу- шария с возможностью видеть днем звезды на небе. Солнце в это время сияет так ярко, что звезды не видны, хотя, естественно, и днем они нахо- дятся на небе. И лишь когда солнце заходит, мы получаем возможность видеть звезды. Аналогичным образом влияние нашего самого последнего эволюционного приобретения — доминантного «логического» левого по- лушария, основанного на речевой функции, отодвигает на второй план способности правого полушария к интуитивному мышлению. Вполне ве-
826 Раздел ГУ. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА роятно, что интуитивность, характерная для нашего теперешнего правого полушария, была для наших предков главным способом восприятия мира обоими полушариями мозга. Некоторые исследователи полагают, что употребление марихуаны, обостряющее восприятие и улучшающее способность к музыке, танцу, живописи, распознаванию образов и к несловесному общению, объясня- ется подавлением функции левого полушария. Подтверждением этому может быть тот факт, что люди в таком состоянии с трудом могут связно изложить свои мысли. Подобное состояние может быть причиной меди- таций, свойственных приверженцам многих восточных религий. 19.8. ЕДИНСТВО МОЗГА —ОСНОВА ЭФФЕКТИВНОЙ ОЦЕНКИ МИРА Признавая пригодность обоих способов мышления — право- и левопо- лушарного, стоит все же задаться вопросом о том, одинакова ли их эффективность и полезность для организма. Правое полушарие, характе- ризующееся интуитивностью при улавливании связей внешнего мира, по- видимому, может обнаружить и то, чего на самом деле нет. Вследствие того, что скептическое и критическое отношение к действительности у не- го отсутствует, чисто «правополушарные выводы» могут быть ошибоч- ными либо параноидальными. Особенности аналитико-синтетических процессов в полушариях мозга проявляются и при формировании эмо- ций, памяти. (Латерализация высшего отдела эмоциональной системы формируется уже к 5-7-му году жизни.) Так, применив специальные кон- тактные линзы и затеняя половину зрительного поля, можно изучить эмоциональное восприятие кинофильма при поступлении информации отдельно к каждому полушарию. Было обнаружено, что, несмотря на имеющуюся при этом частичную передачу информации через мозолистое тело, правое полушарие «видит» мир как значительно более неприятное, враждебное место. Левое полушарие дает примерно такое же эмоцио- нальное отношение к окружающему, как целый мозг. Вероятно, в норме в повседневной жизни негативизм правого полушария в значительной ме- ре смягчается более «добродушным и жизнерадостным» левым полуша- рием. Скорее всего, у человека, занимающегося искусством, большее значе- ние имеет правое полушарие, так как само создание шедевра и отношение других к нему является мало экспериментальным. Но в то же время, на- пример, у поэта само образное восприятие, оценка мира является функ- цией правого полушария, а способность рифмовать слова относится к функции левого полушария. В известном смысле «логическое» левое полушарие ученого добавляется правым полушарием, способствующим интуитивному раскрытию тайн, природы. Но при этом выдвигаемые ин- туитивные предположения правого полушария должны быть пропущены через сито критического анализа левого полушария. То есть действенное получение знаний требует одновременно того и другого способа мыш- ления.
Глава 19. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАССУДОЧНОГОМЫШЛЕНИЯ 827 19.9. МЫСЛЯТ ЛИ ЖИВОТНЫЕ? Говоря о процессах, обеспечивающих в ЦНС мышление, необходимо ответить на вопрос: уникальна ли эта функция у человека, то есть одни ли мы, люди, можем формулировать законы, строить согласно им свое поведение и обмениваться информацией на расстоянии? Ответ на этот вопрос может быть лишь негативным: животные, особенно высокоорга- низованные, также проявляют в своем поведении осмысленные действия. К примеру, волк, догоняя зайца, не всегда бежит след в след за ним, а довольно часто, прогнозируя возможный путь преследуемого животного, бежит ему наперерез. В настоящее время установлено, что многие живо- тные способны не только обнаруживать и использовать для себя какие-то закономерности, но и передавать их своим сородичам. Здесь необходимо вспомнить, что сигнальную функцию выполняет и внешнее проявление эмоций: жестикуляция, гримасы и т. п. Одним из таких проявлений явля- ются звуки (лай, стон, вскрикивание). Оценивая речь как основное средство мыслительных процессов, абст- рактного отражения внешнего мира, говоря в этом плане о животных, не следует забывать, что для появления речи необходимо иметь не только мозговые структуры, но и соответствующее строение гортани и других структур лицевого черепа. Так, наиболее близко стоящие к нам приматы, не имея нужных особенностей строения их, не могут говорить, а в то же время более низко стоящие на эволюционной лестнице птицы (по край- ней мере некоторые из них) способны к такому звукоподражанию. Исхо- дя из этого, во многих лабораториях, изучающих поведение, обучали обезьян жестовому языку глухонемых или даже пользованию компьюте- ром. Оказалось, что наиболее талантливые обезьяны могут не только за- учивать несколько десятков (и даже сотен) слов, но самостоятельно фор- мулировать и даже передавать целые осмысленные фразы. А последнее обстоятельство является несомненным признаком мышления. Межполушарное подразделение с выделением речевых функций, про- изошедшее еще на заре человечества (хотя мозг наших далеких предков не содержит столь выраженной асимметрии), по-видимому, и позволило нашим предкам стать людьми. Методом изучения отливок, изготовлен- ных по ископаемым черепам, выявлено, что зона Брока имелась уже у «Человека Умелого» — в этой области левого полушария вдавление было более выраженным, чем с противоположной стороны. Поражение той области коры (зона Брока), которая у людей обеспечи- вает произношение слов, у обезьян не приводит к нарушению инстинк- тивной вокализации, с помощью которой обезьяны выражают свои эмо- ции (это еще раз подтверждает, что речь и звуки, сопровождающие эмо- ции, имеют отличную морфофункциональную основу). В то же время, на- пример, у обезьян имеются скопления нейронов, представляющих подо- бие центра речи Вернике — основы речевой функции и формирования мыслительных процессов: удаление части слуховой ассоциативной коры, находящейся в височном отделе левого полушария, приводит к наруше-
828 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА нию запоминания звука и формирования условных рефлексов. В резуль- тате у такого животного нельзя было сформировать отставленный во вре- мени условный рефлекс. Удаление той же части височной доли правого полушария вообще не оказывало никакого влияния на выполнение зада- ния — обезьяна все делала правильно. Сходные эксперименты, но со зри- тельным раздражителем не дали межполушарного отличия. В этих и дру- гих экспериментах показано, что морфологические предпосылки форми- рования нейронной основы рассудочных процессов представлены и у вы- сокоорганизованных животных. Таким образом, основные признаки, характеризующие мышление, несом- ненно, присутствуют и у животных. Но в их основе лежит не речь, а ка- кие-то другие механизмы. В то же время можно предположить, что именно благодаря речи, явившейся основой формирования абстрактного мышления, предвидения будущего, человек в своем развитии смог далеко опередить всех обитателей Земли. 19.10. ФОРМИРОВАНИЕ РЕЧИ В ОНТОГЕНЕЗЕ Для ребенка, как и для животных, в начале обучения слово является звуковым символом конкретного предмета или явления. Отвлеченный аб- страктный характер слов формируется позднее, с 4-5-летнего возраста. Но если у уже научившегося говорить ребенка возникает поражение ре- чевой области левого полушария, то наступает полная афазия. Однако примерно через год речь постепенно начинает восстанавливаться. Спо- собность к восстановлению речи сохраняется примерно до 10-летнего возраста. При этом центр речи формируется на базе правого полушария в той же, теменно-височной, зоне, что и в левом полушарии. У взрослых способность к построению здесь нового центра речи утрачивается. Это обусловлено тем, что с возрастом резко ухудшается способность к форми- рованию новых нейронных сетей, а также тем, что в противоположном (правом) полушарии соответствующие области теменной зоны начинают выполнять другие функции, например ориентировку в пространстве, осознание размеров тела и его расположение в окружающей среде. Однако такая пластичность мозга в детском возрасте не проходит бес- следно: у «переучившихся» людей речь становится более бедной, а умст- венные способности оказываются сниженными. Здесь еще раз уместно на- помнить ненужность и даже вредность насильственного переучивания левшей, которое может привести к указанным выше последствиям, если родившийся ребенок имел «перепутанные полушария». 19.11. НЕКОТОРЫЕ НАРУШЕНИЯ ПРИ ОБРАБОТКЕ ИНФОРМАЦИИ В КОРЕ БОЛЬШИХ ПОЛУШАРИЙ В связи с причастностью отдельных областей коры больших полуша- рий к выполнению специализированных функций, при их локальном поражении наблюдаются соответствующие расстройства. Особой формой расстройств является агнозия (греч. gnosis — знание)—расстройство
Глава 19. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАССУДОЧНОГОМЫШЛЕНИЯ 829 узнавания. Зрительная агнозия — при поражении затылочных долей моз- га — характеризуется неузнаванием знакомых предметов. Слуховая агно- зия, возникающая при поражении височной доли мозга, характеризуется неузнаванием знакомых звуков. Тактильная агнозия — при поражении верхней теменной доли — проявляется в неузнавании предметов при их ощупывании. Хотя при такой форме агнозии само прикосновение чело- век ощущает. При поражении передней центральной извилины может наблюдаться апраксия — нарушение целенаправленного действия: человек понимает, что он должен сделать, но выполнить этого не может. 19.12. ФИЗИОЛОГИЯ СНА Еще одной разновидностью функционального состояния ЦНС и всего организма является сон. Человек почти треть жизни проводит в этом со- стоянии. Продолжительность сна зависит от возраста человека и его ин- дивидуальных особенностей. Новорожденные спят до 20 часов, а взрос- лые — в среднем 6,5-8 часов в сутки. Но могут быть индивидуальные от- клонения — до двух часов в ту или иную сторону — от средней продол- жительности ночного сна, при этом люди чувствуют себя выспавшимися и отдохнувшими. Правда, некоторым людям в экстремальных ситуациях для этого порой достаточно поспать днем несколько минут. Сон — это особое состояние организма, которое характеризуется пре- кращением или значительным снижением двигательной активности, по- нижением функции анализаторов, снижением контакта с окружающей средой, более или менее полным отключением сознания. 19.12.1. Виды сна Естественный физиологический сон, носящий периодический характер, может быть суточным или сезонным (зимняя или летняя спячка), возни- кать один раз или многократно в течение суток. Гипнотический сон — частичный сон, характеризующийся сохранением некоторого контакта человека с внешним миром. Частичное отключение сознания при сохранении контакта с гипнотизером создает благоприят- ную основу для повышенной внушаемости. Патологический сон возникает вследствие различных нервно-психиче- ских расстройств. Он характеризуется повышенной сонливостью различ- ной степени выраженности — от легкого дремотного состояния до летар- гического сна, когда в течение долгого времени, вплоть до нескольких лет, человека невозможно разбудить. 19.12.2. Естественный сон Несмотря на большое количество соответствующих исследований, ме- ханизмы сна до сих пор не до конца ясны, и поэтому наши представления о них во многом носят гипотетический характер. В полной мере не ясна и причина, обусловливающая необходимость сна: почему человек или
830 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА животное должны на какое-то время стать совершенно беззащитными — должны заснуть? В то же время длительное лишение сна чрезвычайно тя- жело переносится человеком, и лишь особо выдающимся «рекордсменам» удавалось продержаться без сна 7-10 суток. В начале XX века наиболее широкое распространение получило пред- ставление о том, что причиной возникновения сна является накопление за день в мозге (ликворе) токсических веществ. Было показано, что введение экстракта, приготовленного из мозга собак, лишавшихся в течение 6-10 су- ток сна, приводит к засыпанию хорошо выспавшихся собак. Аналогичные результаты получены и при введении ликвора и даже крови животных. В настоящее время из мозга животных, не спавших в течение несколь- ких суток, выделено несколько субстанций, способных вызывать сон реципиентов (см. ниже). Однако едва ли можно с достоверностью утвер- ждать, что только каким-либо одним фактором, образующимся в мозге, ограничиваются механизмы, обусловливающие наступление сна. К тому же абсолютизации представлений о гуморальных механизмах, приводя- щих к засыпанию, противоречат наблюдения за сросшимися сиамскими близнецами, имеющими общее кровообращение. Оказалось, что засыпа- ют они далеко не всегда одновременно. На сегодня особый интерес представляет точка зрения о сне как об од- ном из проявлений циркадианных (от лат. circa — около, dies — день) (околосуточных) ритмов. У человека обнаружено более 100 различных физиологических параметров, претерпевающих циклические колебания с периодом около 24 ч. Одним из наиболее ярко выраженных ритмов явля- ется цикл «сон — бодрствование». Задателем многих ритмов являются «структуры — времязадатели», ритмичность функции которых запускает- ся при рождении. Не исключено, что циркадианный ритм «сон — бодрствование» млеко- питающим достался в наследство от древнейших предков — рептилий, которые не имели механизмов терморегуляции. Вследствие этого они с наступлением темноты и похолодания впадали в «спячку» — гипотер- мическую неподвижность. Более низкая ночная температура, вызывая снижение активности обменных процессов в клетках ЦНС, естественно приводит к угнетению ее активности. Не исключено, что млекопитающие, получившие «в наследство» этот «первосон», трансформировали его в то состояние, которое и является истинным физиологическим сном. Гипоте- за о связи сна у современного человека с нашими далекими предками не лишена оснований, так как образования ствола мозга эволюционно мало изменились, а именно здесь имеются нейроны, которые можно отнести к «центрам сна» (см. ниже). 19.12.3. Фазы сна Чем же характеризуется состояние человека в период сна? В первую очередь, при этом резко понижена чувствительность сенсорных систем, что нарушает адекватную реакцию организма на внешние раздражители. Хотя спящий человек может и проснуться при действии даже не очень
Глава 19. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАССУДОЧНОГОМЫШЛЕНИЯ 831 сильных, но важных для него раздражителей. Так, мать мгновенно про- сыпается не только при плаче, но порой и при шевелении спящего ребен- ка, и в то же время она может не слышать посторонних громких звуков. Эти и другие изменения, возникающие в организме в период сна, зави- сят от глубины последнего. В настоящее время глубину сна подразделяют на несколько (до 4-5) фаз. Глубина сна определяется по силе раздражите- ля, необходимой для пробуждения. По мере углубления сна наблюдаются фазные изменения ЭЭГ: десин- хронизированный p-ритм ЭЭГ бодрствующего человека постепенно становится все более медленным, синхронизированным, а при самом глу- боком сне регистрируются 8-волны (рис. 19.8). Характер ЭЭГ во время бодрствования и сна Первая фаза сна характеризуется появлением a-ритма (типичен для расслабленного бодрствования), скелетные мышцы еще напряжены, глаза двигаются. Переход во вторую фазу сопровождается появлением быстрой, мелкой, но нерегулярной активности ЭЭГ, которая прерывается появлением боль- ших медленных волн. Мышечное напряжение значительно ниже, глаза не- подвижны. Это момент истинного наступления сна. Через несколько минут волны ЭЭГ становятся еще ббльшими и мед- ленными с частотой 1-4 цикла/с — это 8-волны, характерные для третьей фазы. Если 8-волны занимают более 20% всего времени сна, это означает четвертую фазу сна. В третью, а особенно в четвертую фазу сна скелетные мышцы расслаб- лены, глаза неподвижны. При этом доминирующей становится актив- ность парасимпатической нервной системы, показателем чего является снижение частоты сокращений сердца, урежение дыхания, некоторое уменьшение температуры тела. Изменяется и гормональный статус. К примеру: в крови становится меньше концентрация кортизола, а уро- вень гормона роста возрастает. В эту фазу сна разбудить человека довольно трудно. В связи с появлением на ЭЭГ медленных волн третья и четвертая фазы сна именуются медленным сном. К утру глубина сна посте- пенно уменьшается.
832 Раздел ГУ. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА 19.12.4. Парадоксальный сон Время от времени медленный ритм ЭЭГ сменяется появлением высоко- частотных, десинхронизированных волн, характерных для состояния бодрствования и засыпания (а- и даже fi-волны). Но при этом, как и в фазе глубокого сна, тонус периферических мышц значительно снижен. Однако на фоне общего снижения тонуса мышц могут появиться короткие подер- гивания мышц, особенно лицевых, и, как правило, наблюдаются быстрые движения глаз (БДГ). Последнее настолько характерно, что это состояние получило название фаза с БДГ. Дыхание, артериальное давление и пульс становятся нерегулярными, а у мужчин (даже у мальчиков) может проис- ходить эрекция пениса. Все указанные изменения во многом характерны для активного, бодрствующего состояния ЦНС, вследствие чего эта фаза сна еще именуется парадоксальным сном. В то же время при данном состо- янии порог пробуждения остается таким же высоким, как и при глубоком сне. Эта фаза продолжается в течение 15-20 мин, после чего сон вновь переходит в четвертую фазу. Как правило, в фазу парадоксального сна у человека возникают снови- дения — об этом можно узнать, если разбудить человека. Однако снови- дения не являются наиболее характерной особенностью, присущей только парадоксальному сну,— несколько реже они появляются и в другие фазы. Таким образом, при ЭЭГ-исследовании видно, что фаза быстрого сна характеризуется активным состоянием коры больших полушарий. Первые авторы, проводившие подобные исследования и обнаружившие фазу с БДГ, считали, что лишение в течение длительного времени этой стадии сна (испытуемых будили при появлении соответствующих признаков) приводит к нарушению психики. Но в дальнейшем было показано, что ни- каких серьезных осложнений в этом плане не наблюдается, хотя после та- кой ночи испытуемый не чувствует себя достаточно отдохнувшим, у него имеется некоторая сонливость. Любопытно, что если человека в течение ночи искусственно лишать парадоксального сна, то в следующую ночь эта ситуация будет компенсирована за счет удлинения парадоксального сна и уменьшения медленного. Нет основания считать, что БДГ является следствием сновидений, так как их удается обнаружить, например, у плодов, у слепых новорожден- ных, анэнцефалов. (Хотя полностью соглашаться с таким утверждением, возможно, и не стоит.) У взрослого человека фаза быстрого сна за ночь появляется 4-5 раз, с пе- риодичностью около 90 мин (рис. 19.9). Начиная с возраста 5-9 лет, суммар- ная продолжительность фазы с БДГ составляет 20 % всего периода сна, то есть за ночь в среднем около полутора часов. У детей более младшего воз- раста она намного длиннее, а у новорожденных может составлять до 50% их более продолжительного сна. Если человек спит лишь 3-4 ча, то и в этом случае у него сохраняется суммарная полуторачасовая продолжи- тельность парадоксального сна. Продолжительность этой фазы несколько
Глава 19. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАССУДОЧНОГОМЫШЛЕНИЯ 833 Возрастные различия продолжительности и структуры сна возрастает, когда человек начинает вести образ жизни, требующий актив- ной работы мозга. У животных тоже регистрируется парадоксальная фаза сна. Причем суммарная продолжительность ее у разных животных не одинакова. У бо- лее «умных» хищников эта фаза длиннее, чем у их «глупых» жертв. 19.12.5. Механизм естественного сна Не вызывает сомнения, что сон обусловлен изменением активности корковых отделов больших полушарий. Известно, что при патологических состояниях, связанных с поражением сенсорных путей, у больных развива- ется состояние резко выраженного угнетения активности коры, напомина- ющее сон. Такие же изменения в организме возникают в эксперименте при перерезке путей восходящей афферентации. В связи с этими наблюдениями раньше сон рассматривался как пассивный процесс, связанный с лишением коры возбуждающей импульсации, поступающей прямо от сенсорных пу- тей либо опосредованно через ретикулярную формацию. Однако актив- ность коры определяется не только указанной импульсацией, но и другими интегративными механизмами. К ним относятся: - тонизирующие восходящие влияния ретикулярной формации ствола мозга, - воздействия лимбической системы, - влияния аминоспецифических нейронов мозга. В многочисленных экспериментах показано, что сон вызывается при раздражении ряда отделов мозга. Поэтому в настоящее время ведущими становятся гипотезы о сне как об активном процессе. В основе их лежат представления о комплексности взаимодействия многих отделов мозга,
834 Раздел ГУ. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА регулирующих активность ЦНС и определяющих состояния сна или бод- рствования (рис. 19.10). Схема взаимодействия от- делов мозга, регулирую- щих состояния бодрство- вания и сна: 1 — ретику- лярная формация ствола мозга; 2, 3 — продолгова- тый мозг; 4,5 — промежу- точный мозг; 6 — вароли- ев мост; 7, 8—гипотала- мус; 9— лимбическая сис- тема; 10—кора больших полушарий (знак «+» обозначает активирую- щее, а «-» — угнетающее влияние) Циркадианные ритмы Вполне вероятно, что ведущими.процессами, определяющими начало наступления сна, являются механизмы, руководящие циркадианными ритмами. Показано, что смену фаз «сон — бодрствование» можно обна- ружить и в условиях полной изоляции от внешнего мира (в специальных камерах или естественных пещерах). Однако при продолжительном пребывании в таких условиях «сутки» могут несколько изменяться: как правило, становятся несколько длиннее (около 25 ч) и не всегда равно- мерными. В эксперименте на животных установлено, что одним из ведущих цен- тров регуляции биоритмов являются супрахиазменные ядра гипоталамуса. При их разрушении вышеуказанная ритмика нарушается. Нарушается она и после децеребрации (пересечения восходящих путей на уровне чет- верохолмия). В то же время околосуточная периодичность активности со- храняется у детей, родившихся с отсутствием переднего или промежуточ- ного мозга. В естественных условиях жизни человека свет через связь сетчатки глаза с супрахиазменными ядрами гипоталамуса корректирует суточную периодику, делая ее соответствующей реальному времени. Взаимодействия между отдельными центрами сна Указанные отделы гипоталамуса связаны с другими нейронными структурами мозга, которые регулируют сон (их как минимум три). Так, ритмическая активность расположенных в стволе мозга ядер шва (центр Гесса) способствует засыпанию с развитием фазы медленного сна. Медиа- тором данных нейронов является серотонин. Волокна нейронов этой
Глава 19. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАССУДОЧНОГОМЫШЛЕНИЯ 835 области имеют широкое представительство как в неокортексе, так и в та- ламусе, гипоталамусе и лимбической системе. Волокна ядер шва доходят даже до спинномозговых отделов, где в области задних рогов могут ингибировать восприятие различной сенсорной импульсации, вплоть до болевой. Серотонинергические волокна активно угнетают все указанные структуры мозга. В результате воздействия названных волокон прекра- щается тонизирующее влияние указанных отделов мозга на кору. Вместе с ядрами шва в регуляции сна участвует ряд структур одиноч- ного тракта. В эксперименте показано, что в период медленной фазы сна в отделах, обеспечивающих передачу афферентации от таламуса к коре, наблюдается появление своеобразной импульсной активности, которая оказывает тормозящее влияние на поступление информации из внешней среды и на ее обработку на указанном уровне. Этими влияниями обуслов- лено резкое снижение сенсорных контактов спящего человека. Возбуждение норадренергических нейронов голубого пятна моста приво- дит к появлению парадоксального сна, наступающего только после фазы медленного сна. При этом, по-видимому, под влиянием ретикулярной формации таламуса активируются различные отделы ЦНС, вплоть до коры больших полушарий. Но эта активность существенно отличается от той, которая происходит во время бодрствования. Она: - несколько «хаотична», - не включает активность сенсорных механизмов. В отличие от этого электрическое раздражение области стволовых отделов ретикулярной формации мозга приводит к пробуждению (центр Моруци). Полагают, что в структурах мозга все указанные выше отделы тесно взаимосвязаны и между ними существует своеобразная периодичность смены ритмов «возбуждения — торможения». Роль химических субстанций в регуляции сна Не исключено, что в указанных межнейронных взаимодействиях, регу- лирующих состояние сна и пробуждение, определенное участие принима- ют и различные субстанции, которые обнаружены в мозге животных в экспериментах после длительного лишения сна. Правда, в настоящее время место и роль этих субстанций точно еще не определены. Однако хорошо известные факты засыпания при применении снотворных позво- ляют считать, что и в естественных условиях могут образоваться какие-то вещества, обладающие подобным действием. Таких субстанций, введение которых вызывает состояние, сходное со сном, к настоящему времени обнаружено несколько. Так, из мозга и мочи животных, лишавшихся сна, выделен фактор S (от англ, sleep — сон), яв- ляющийся низкомолекулярным пептидом. При введении животному он вызывает картину, сходную с медленным сном. При длительной электри- ческой стимуляции мозга (то есть при его продолжительной высокой активности) из него был идентифицирован полипептид, названный DSIP
836 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА (от англ. Delta Sleep Inducing Peptide — пептид, вызывающий 8-сон), кото- рый увеличивает продолжительность медленного сна. В различных исследовательских центрах выделяли и другие соедине- ния, претендующие на «вещество сна». Большинство из них можно обна- ружить и в других органах, где они оказывают влияние на состояние сосудов или другие процессы. К таким соединениям относятся, например, интерлейкин-1, простагландин ВИП. Они, по-видимому, являются мо- дуляторами нейронной активности центров сна. Вероятно, поэтому при состояниях, когда образование указанных веществ возрастает (например при заболеваниях, после принятия пищи), появляется сонливость. Проявлению периодической активности центров сна способствуют: - межцентральные взаимодействия отделов мозга, регулирующих цир- кадианные ритмы, и центров сна; - безусловные факторы (темнота, расслабленное лежачее положение, ти- шина); - условные раздражители (постель, время); - накопление в структурах мозга гуморальных «веществ сна». 19.12.6. Сновидения Одним из наиболее загадочных моментов сна являются сновидения. В настоящее время считается, что сны видят все люди и каждую ночь, од- нако не всегда они могут вспомнить об этом. Если разбудить человека во время стадии быстрого сна, то в 75-90 % случаев он расскажет, что видел сон. Человек, разбуженный в фазу медленного сна, лишь в 10-20% случа- ев сообщит о сновидении. Механизм возникновения сновидений пока окончательно не выяснен. Полагают, что они появляются как результат хаотичной активности корковых следов различной давности, извлекае- мых из памяти и соединяющихся в причудливую картину. Не лишено основания предположение, что растормаживание происходит при снятии тормозящего влияния нейронов шва, которые в бодрствующем состоянии тормозятся образованиями лимбической системы. Поэтому большинство снов имеет выраженную эмоциональную окрашенность. Возможной причиной появления сновидений может быть влияние какого-либо внешнего фактора. Так, при действии шума можно увидеть яркие, «озвученные» сны. Сновидения могут появиться и вследствие влия- ния эндогенных процессов, с чем связаны «вещие» сны, сигнализирующие о медленно развивающемся каком-либо патологическом процессе. Снови- дения могут возникать по причине голода или, напротив, из-за перееда- ния, а также в связи с переполнением мочевого пузыря. Они могут быть следствием «рабочей» доминанты, когда человек сосредоточен на реше- нии какой-либо проблемы. И нередко решение ее приходит во время сна (рассказывают, что к Д. И. Менделееву окончательная формулировка пе- риодического закона химических элементов пришла во сне). Предшествующие бурные эмоциональные переживания или соответст- вующие мотивации также могут вызвать специфическую направленность
Глава 19. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАССУДОЧНОГОМЫШЛЕНИЯ 837 сна. Фрейд указывал на растормаживание во время сна непреодолимых инстинктов бессознательных подкорковых психогенных механизмов как на одну из наиболее вероятных причин сновидений. У людей с превали- рованием художественного правого полушария могут быть и цветные сны, в то время как у левополушарных логиков сны черно-белые. «Небы- валой комбинацией бывалых впечатлений» назвал сновидения И. М. Се- ченов. 19.12.7. Пробуждение У спящего человека к утру постепенно повышается чувствительность нейронов ретикулярной формации к приходящим афферентным импульсам. Одновременно с этим снижается торможение ретикулярной формации со стороны серотонинергических нейронов голубого пятна. В результате та- кой «суммации» восстанавливается тонизирующее влияние ретикулярной формации на кору больших полушарий, что и является непосредственной причиной пробуждения. В свою очередь, благодаря обратным положи- тельным связям сама «пробуждающаяся» кора начинает повышать воз- буждение ретикулярной формации. Постепенное повышение активности сенсорных путей приводит к полному восстановлению афферентного воз- буждения ретикулярной формации со стороны сенсорных систем. В ре- зультате во всех структурах ЦНС постепенно восстанавливается то состо- яние, которое характеризует бодрствование. 19.12.8. Физиологическое (на)значение сна В настоящее время считается, что сон не является пассивным состояни- ем, необходимым лишь для отдыха. Хотя несомненно, что в период сна проявляется и такое его влияние, причем как на ЦНС, так и на весь ор- ганизм в целом. Восстановительный отдых обусловлен тем, что в период сна происходит повышение активности парасимпатического отдела, уве- личение образования анаболических гормонов на фоне снижения катабо- лических (усиливается синтез гормона роста, пролактина, а образование тиреотропина, АКТГ, кортизола, напротив, снижается). Эти механизмы и создают благоприятный фон для восстановления утомленного за день че- ловека. В результате усиливается активность синтетических процессов, что является одним из основных механизмов, обеспечивающих ощущение послесонно.го отдыха. Но для этой функции скорее всего требуется отно- сительно немного времени: особенно ярко проявляется это во время днев- ного сна, когда бывает достаточно 10—15 мин сна, причем даже и не очень глубокого, чтобы человек почувствовал себя значительно активнее и у не- го повысилась работоспособность. Кроме того, вполне вероятно, что сон служит для восстановления ба- ланса соотношения между отдельными структурами ЦНС (своеобразное приведение их функционального состояния к «нулю»), В период бодрст- вования, в связи с тем, что одни отделы мозга функционировали более
838 Раздел ГУ. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА активно, чем другие, может постепенно накапливаться структурно-функ- циональное рассогласование между ними. И наконец, пожалуй, наиболее Важно то, что во время сна в мозге про- исходят процессы, обеспечивающие его развитие, запоминание полученной днем информации, упорядочивание ее. Полагают, что особенно в период фа- зы с БДГ клетки мозга, освобожденные от поступающих периферических раздражителей, занимаются переработкой и запоминанием информации, поступившей в мозг в период бодрствования. А для этого, естественно, ко- ра больших полушарий должна находиться в активном состоянии. Об ее активности, особенно при парадоксальной стадии сна, свидетельствует де- синхронизированный ритм ЭЭГ. Показателем активного состояния мозга являются сновидения и другие психические проявления, которые иногда можно наблюдать у некоторых людей. К ним относится разговор во сне, снохождение, ночные страхи у детей и кошмары у взрослых. Эта актив- ность поддержйвается интенсивной восходящей импульсацией из структур ретикулярной формации, от соответствующего уровня в нейронах ствола моноаминергических медиаторов — серотонина и норадреналина, снижение уровня которых приводит к бессоннице. 19.13. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗНАНИЯ При пробуждении у человека восстанавливается также и сознание. В ос- нове сознания человека лежит способность оценивать окружающий мир не только путем непосредственных чувственных ощущений, но и посредством более сложных форм, вплоть до абстрактного мышления. Сознание явля- ется высшей формой отражения действительности. Сознание представля- ет собой субъективные переживания данной личности, протекающие на фоне существующего у нее опыта и осознаваемые как некая субъективная реальность. Для сознания характерно отношение человека к самому себе, а также субъективное отношение ко всему, что его окружает. Причем сознание является не только индивидуальным приобретением каждого человека, но оно основывается на общественном достоянии всего челове- чества, что передается человеку при его воспитании. Зачатки сознания, впервые появившиеся- у высокоорганизованных животных, в дальнейшем самосовершенствовались и высшей формы достигли у человека. Во мно- гом обусловлено это тем, что основной формой, которой оперирует сознание, является речь. Критериями сознания являются: I. Внимание, определяющее способность сосредоточиться на различ- ных явлениях окружающей обстановки, воспринять их. 2. Способность порождать абстрактные мысли и оперировать ими, а также выражать их словами или каким-либо другим способом. 3. Возможность оценить предстоящий поступок, то есть способность к ожиданию и прогнозированию. 4. Осознание своего «Я» и признание других индивидуумов. Для проявления сознания требуется некий промежуточный уровень
Глава 19. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАССУДОЧНОГОМЫШЛЕНИЯ 839 активности нейронов, который при бодрствовании проявляется на ЭЭГ десинхронизацией ритма. Слишком низкая нейронная активность (наркоз, кома) так же, как и чрезмерно высокая (эпилептический припа- док), несовместима с сознанием. Структурной основой сознания являются кора и подкорковые образо- вания, при взаимодействии которых и формируется сознание. Наиболь- шую роль в формировании сознания играют те отделы коры, которые от- носятся к сравнительно позднему эволюционному приобретению, отделы, не выполняющие непосредственно чувствительных или двигательных функций — ассоциативные зоны мозга. Для понимания сознания как свойства личности важно также то, что сознание — это контролируемое, управляемое личностью отражение дей- ствительности, неотъемлемой частью которого является сама личность. Поэтому в понимании сознания следует выделить такие понятия, как осознание и самосознание. Каждый сигнал, который мозг получает от различных сенсорных сис- тем, является носителем информации. Но последняя тогда запечатлевается в сознании, когда будет обработана с помощью предшествующего индиви- дуального опыта человека и знаний, полученных от других людей. Обяза- тельным условием для этого является также состояние промежуточной активности ЦНС. Для сознательного восприятия внешних раздражителей необходимы как минимум два потока восходящей к коре больших полу- шарий афферентации: - от сенсорных систем, - от неспецифических систем: - ретикулярной формации, - лимбической системы. Повреждение верхней части ствола мозга, где расположены нейроны ретикулярной формации, нарушают сознание. Связи лимбической сис- темы с гипоталамусом являются основой включения непроизвольных бессознательных (подсознательных) рефлекторных реакций в процесс со- знательного восприятия. Соотнесение накопленных знаний с реальной действительностью и включение их в индивидуальный опыт человека есть процесс осознания действительности. Человек испытывает какую-либо эмоцию (радость, горе и т. п.) и в то же время осознает это. Человек может что-нибудь вспомнить и тут же осознать, что он это вспомнил. Поэтому сознание личности означает не только осознание внешних объектов, но и осозна- ние самого себя и своей психической деятельности. Таким образом, со- знание включает также и самосознание. Однако наряду с осознаваемыми существуют и неосознаваемые переживания. Сознание включает все формы психической деятельности человека: ощущения, восприятия, представления, мышление, внимание, чувства и волю. Каждое из этих психических явлений, обладающих своей качест- венной спецификой, существует не как нечто самостоятельное, изолиро-
840 Раздел ГУ. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА ванное, а является лишь частью или стороной единого целого — созна- ния. Межполушарные различия процессов обработки поступающей инфор- мации, мышления являются основой для возможности раздвоения созна- ния при нарушении целостности мозга. Это показано на больных с рас- щепленным мозгом, когда каждое из полушарий несколько по-своему оценивало собственное «Я». Многие психические заболевания также со- провождаются раздвоением личности больного. Так, ощущение и восприятие, являясь начальной ступенью чувственного познания человека, реализуют непосредственную связь мышления с реаль- ным миром. Но сущность сознания не сводится только к интеллектуально- му отражению внешнего мира и эмоциональному переживанию отражен- ного. Сознание включает в себя регулирование человеческой деятельности, направленное на активное преобразование действительности. Сознание становится объективным как для самого индивидуума, так и для других людей через посредство речи. 19.14. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВНИМАНИЯ Одним из необходимых состояний мозга, обеспечивающих организа- цию поведения человека, процессов анализа и синтеза в коре больших полушарий, является внимание. Этот психологический термин означает особое состояние или энергетический уровень бодрствующего организма, который заключается в отборе одних стимулов и подавлении других. При этом в одних нейронах усиливается возбуждение, а другие нейроны могут быть заторможены. В мозге растет число нейронных групп, находящихся в противоположных состояниях, что позволяет обеспечить более высокую способность вычленить из одновременно поступающей в мозг афферента- ции больше полезной информации. Выделяют два вида внимания: - непроизвольное, - произвольное. Непроизвольное внимание — первичный, врожденный процесс, кото- рый осуществляется с помощью наследственных нервных механизмов. Произвольное внимание — процесс, представляющий продукт соци- ального развития, выражающегося в целенаправленной мобилизации психической активности человека. Непроизвольное внимание может осуществляться на подкорковом уровне. Произвольное внимание возникает на основе выработанных в процессе жизни условных стимулов и требует участия корково-ретикуляр- ных взаимодействий. Особой формой произвольного внимания является интеллектуальное внимание, объектом которого являются воспоминания и мысли. В избирательном сенсорном внимании, а также в высшей форме произвольного внимания — «интеллектуальном внимании» важнейшее значение принадлежит корковым фронтальным областям, обеспечиваю- щим также речевую регуляцию внимания.
Глава 19. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАССУДОЧНОГОМЫШЛЕНИЯ 841 С нейрофизиологической точки зрения ориентация, как и внимание, это, прежде всего, активирующее влияние ретикулярной формации. Раз- дражитель «включает» активирующую систему ствола мозга, что ведет к диффузной активации коры больших полушарий. Однако для проявления внимания, кроме неспецифического усиления тонуса коры, важное значе- ние принадлежит активации наиболее значимых для данного состояния структур коры. Оно определяется влиянием таламического отдела ретику- лярной формации и образований гипоталамуса и лимбических отделов. Уже на уровне формирования УР, памяти, а также для выполнения рассудочной деятельности в возникновении сознания большое значение принадлежит взаимодействию процессов анализа и синтеза, происходя- щих в коре больших полушарий. Эти процессы начинаются сразу при поступлении сенсорной информации. Анализ (различение, расчленение) раздражений происходит уже в рецепторном аппарате, разные элементы которого реагируют на различные модальности раздражителя. Элемен- тарный анализ продолжается на уровне низших отделов ЦНС и заканчи- вается в корковых отделах сенсорных систем. Аналитические процессы, происходящие в коре, неразрывно связаны с синтетическими, «рождаю- щими» рефлекторные ответы. Процессы высшего анализа и синтеза, свойственные вниманию, проис- ходят при предъявлении двух и более раздражителей, когда ЦНС должна выбрать соответствующий конкретной ситуации ответ. Ведущую роль в их осуществлении играют ассоциативные отделы таламуса и связанные с ними ассоциативные зоны коры больших полушарий, не занятые анали- зом конкретной сенсорной импульсации от специфических сенсорных си- стем — лобная и теменно-височная доли. Ассоциативные ядра таламуса получают импульсы не прямо от специфических сенсорных путей, а через посредство конвергенции их в таламусе. В результате импульсы в эти ядра поступают от нескольких сенсорных источников. Медиодорсальное ядро таламуса проецируется на лобную долю коры. Имея широкие кортико-кортикальные связи, связи с лимбической систе- мой, лобная доля обеспечивает взаимосвязь сенсорных систем, взаимо- действие сенсорных и двигательной систем, регуляцию эмоций. В свою очередь, обратное влияние указанных отделов новой и старой коры обес- печивает их участие в функциях лобных долей. В результате здесь программируется целенаправленное поведение как с учетом доминирую- щей эмоционально окрашенной мотивации, так и прошлого жизненного опыта. Велико значение лобных долей в осуществлении рассудочных процес- сов. При поражении лобных отделов коры личностное поведение изменя- ется весьма существенно: отсутствуют мотивации, твердые намерения и планы, основанные на прогнозировании, часто бывает несоответствие между словами и поступками. Среди таламических ядер, проецирующихся на теменные отделы коры, по многообразию связей особое место занимает подушка зрительного
842 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА бугра. Теменные области коры не только получают уже готовую, конвер- гированную в таламусе сенсорную информацию. Они сами являются мес- том широкой конвергенции от сенсорных корковых зон и симметричных отделов коры противоположного полушария. Благодаря этому здесь вы- полняются: - центральный первичный одновременный анализ и синтез всей обста- новочной афферентации, а при необходимости и запуск механизмов ориентировочных движений глаз и туловища; - центральная ориентировка схемы тела и сенсорный контроль текущей двигательной активности. Таким образом, нейронные структуры, ответственные за различные яв- ления внимания, имеют иерархическое строение. В них несколько уров- ней: уровень ретикулярной формации ствола, уровень таламических, ги- поталамических и лимбических образований и уровень новой коры. 19.15. ФОРМИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ ПОВЕДЕНИЯ Глубинные физиологические поцессы, обеспечивающие столь сложный механизм организации поведения с помощью рассудочного мышления, во многом еще не ясны. На сегодня общая схема формирования такого механизма наиболее точно сформулирована П. К. Анохиным в гипотезе о «функциональной системе». В основе большинства более или менее сложных форм целенаправлен- ного поведения лежит предварительное представление о цели, задачах и ожидаемом результате действия. Для обеспечения такой формы деятель- ности в ЦНС можно выделить несколько стадий (этапов) формирования соответствующих механизмов. Афферентный синтез Первый этап заключается в предшествующем принятию решения «афферентном синтезе». В основе его лежит анализ и синтез афферентной информации от четырех компонентов: биологической мотивации (пище- вые, половые, оборонительные и т. п.), обстановочной афферентации (окружающая среда), пусковой афферентации (непосредственный стимул) и памяти. Основным побуждающим мотивом формирования афферентного синтеза выступают биологически важные мотивации. Они формируют доминантный очаг возбуждения, к которому устремляются другие компо- ненты, и в частности — память, включающую как генетически врожден- ный, так и приобретенный опыт по удовлетворению указанной потребно- сти. Кроме того, при формировании первой стадии поведенческого акта большое значение имеет анализ всей поступающей сенсорной импульса- ции. Она может быть расчленена на две части: обстановочную (фоновую) и пусковую афферентацию. Последний компонент является тем конкрет-
Глава 19. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАССУДОЧНОГОМЫШЛЕНИЯ 843 ным механизмом, который и запускает эту и дальнейшие фазы формиро- вания всей системы поведенческого акта. Ведущая роль в качестве структурной основы осуществления указан- ных процессов принадлежит лобной и теменной ассоциативным зонам коры (о чем более подробно рассказано в предыдущем разделе). Здесь выражены процессы конвергенции нервных импульсов от различных об- разований ЦНС, обеспечивающих афферентный синтез. Эти процессы до- полнительно усиливаются конвергенцией активирующих влияний под- корковых структур и особенно ретикулярной формации, аминоспечифи- ческих систем мозга. Формирование программы действия В результате взаимодействия указанных факторов афферентный синтез формирует программу действия, состоящую из набора рефлекторных ко- манд к исполнительным органам (мышцам, железам). И, к примеру, для двигательных рефлексов исполнительные команды исходят из пирамид- ных нейронов коры. Здесь важное место принадлежит вытормаживанию побочных вариантов поведения, которые могли бы помешать выполне- нию адекватной реакции. Акцептор результата действия Наиболее существенным (и спорным) в этой гипотезе является допуще- ние того, что одновременно с указанными выше механизмами формиру- ется так называемый акцептор результата действия, то есть нейронная модель предполагаемого эффекта действия. В обеспечении функциональ- ного назначения этого механизма принимают участие кольцевые взаимо- действия нейронов, которые при выполнении двигательных рефлексов получают импульсную активность от коллатералей пирамидного тракта, передающего команды к исполнительным органам. Значение обратных связей в организации функциональных систем Выполнение команд (рефлексов) приводит к результату, параметры которого оцениваются рецепторами. Информация об этой оценке по ка- налам обратной связи поступает к акцептору результата действия. И если эффект совпадает с предварительной моделью результата, то рефлектор- ные реакции прекращаются — цель достигнута. Если же такого совпаде- ния нет, то в программу действия вносятся коррективы — и эффекторное возбуждение приводит к продолжению действия. Так происходит до тех пор, пока не будет достигнуто совпадение результата с его предполага- емой моделью. Указанные процессы обеспечиваются ассоциативными зонами коры, где, благодаря наличию нейронных ловушек, происходит реверберация импульсных потоков, обеспечивающая кратковременное хранение следов интегративной программы. После выполнения соответствующего поведенческого акта вся эта сложная цепь взаимодействующих нейронов распадается. Поэтому в на-
844 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА звание данного механизма входит определение «функциональная», то есть создающаяся на время выполнения какой-либо функции. Если достигнуть полезного результата все же не удается, то это может привести к проявлению отрицательных эмоций. Принципиально по такой же схеме в ЦНС могут формироваться не только сложные программы для целенаправленного поведения всего субъекта, но и для регуляции относительно более простых функций орга- низма. В качестве наглядного примера функции такого рода можно при- вести механизмы терморегуляции, которые обеспечиваются заданностью параметров температуры в центре терморегуляции — гипоталамусе. То есть место формирования в ЦНС акцептора результата действия опреде- ляется самой выполняемой функцией. Как указывалось выше, при выпол- нении сложных движений такой акцептор образуется в корковом отделе двигательного анализатора. 19.6. ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ (ТИПОЛОГИЧЕСКИЕ) ОСОБЕННОСТИ ЧЕЛОВЕКА На социальное поведение человека существенный отпечаток накла- дывают его индивидуальные особенности, которые обычно характери- зуются такими терминами, как «темперамент», «характер». Они во многом обусловлены индивидуальными особенностями нервной системы человека. Издревле врачи обращали внимание на то, что основные особенности характера человека сохраняются всю жизнь. К тому же и реакция орга- низма на болезнь имеет некоторые особенности, обусловленные характе- риологическими различиями. Еще Гиппократом (IV в. до н. э.) была разработана классификация ти- пов нервной системы людей, которая сохранилась в медицине до наших дней. Он предложил выделять сангвиников, холериков, меланхоликов и флегматиков. В основу такого деления легло предположение о превалиро- вании в организме определенного вида жидкостей. Это соответственно кровь, желтая желчь, черная желчь и слизь. Близка указанной классификация И. П. Павлова. В ее основу ученый положил силу, выраженность и подвижность двух составляющих нервной деятельности: процессы возбуждения и торможения в коре головного мозга. Равномерная и высокая выраженность соотношения этих процессов ха- рактерна для людей сильного уравновешенного подвижного типа. Второй тип характеризуется сильной уравновешенной, но инертной нервной си- стемой. Третий тип характеризуется сильной, но неуравновешенной нерв- ной системой с преобладанием процессов возбуждения над торможением. Четвертый тип отличается слабостью процессов возбуждения и тормо- жения.
Вопросы для №1 Укажите неправильный ответ. Мышление характеризуется: А. Образованием общих представлений Б. Способностью предвидеть будущее В. Использованием речи как средства изло- жения мысли Г. Проявлением безусловных рефлексов №2 Для формирования речевого способа изложения мысли требуется взаимо- действие центров речи, расположен- ных у большинства людей в коре лево- го полушария. Каков порядок вовлече- ния их? А. Центр Брока - центр Вернике — теменная область коры - мотонейроны прецент- ральной извилины Б. Центр Вернике - центр Брока - теменная область коры — мотонейроны прецент- ральной извилины В. Теменная область коры-центр Брока- центр Вернике - мотонейроны прецент- ральной извилины Г. Центр Вернике - центр Брока — мотоней- роны прецентральной извилины №3 Пожилой человек время от времени на- чал забывать слова. В каком отделе мозга начали развиваться склеротиче- ские процессы, приводящие к данному состоянию: А. В лобных долях коры больших полушарий Б, В теменной области коры больших полу- шарий В. В затылочной области коры больших по- лушарий Г. В височной области коры больших полу- шарий Д. В стволе мозга №4 У больного произошел инсульт. Среди прочих его проявлений у больного ис- чезла способность произносить слова. Где локализуется очаг поражения: А. В нижнем отделе 3-й лобной извилины Б. В задней части верхней височной извилины В. В заднем отделе средней лобной извилины Г. В угловой извилине теменной доли повторения №5 Поражение центра речи Брока приве- дет к нарушению: А. Счета (акалькулии) Б. Воспроизведения письменной речи В. Воспроизведения устной речи Г. Понимания устной речи Д. Понимания письменной речи №6 Поражение центра речи Вернике при- водит к нарушению: А. Счета (акалькулии) Б. Воспроизведения письменной речи В. Воспроизведения устной речи Г. Понимания устной речи Д. Понимания письменной речи №7 Парадоксальная фаза сна сна характе- ризуется: А. Появлением на ЭЭГ высокочастотных низкоамплитудных волн Б. Быстрыми движениями глаз В. Медленной высокоамплитудной актив- ностью на ЭЭГ Г. Расслаблением скелетных мышц Д. Повышением тонуса парасимпатической нервной системы №8 Медленный сон характеризуется: А. Появлением на ЭЭГ высокочастотных низкоамплитудных волн Б. Быстрыми движениями глаз В. Медленной высокоамплитудной актив- ностью на ЭЭГ Г. Расслаблением скелетных мышц Д. Повышением тонуса парасимпатической нервной системы №9 В осуществлении каких функций принима- ет участие левое полушарие у правшей: А. Воспроизведение и понимание речи Б. Последовательная обработка информации В. Параллельная (одновременная) обработ- ка информации Г. Обеспечение логического мышления Д. Обеспечение образного мышления
846 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА №10 В осуществлении каких функций прини- мает участие правое полушарие у правшей: А. Воспроизведение и понимание речи Б. Последовательная обработка информации В. Параллельная (одновременная) обработ- ка информации Г. Обеспечение логического мышления Д. Обеспечение образного мышления №11 К появлению парадоксального сна при- водит возбуждение: А. Серотонинергических нейронов ядер шва (центр Гесса) Б. Норадренергических нейронов голубого пятна моста В. Нейронов восходящей ретикулярной фор- мации ствола мозга Г. Переключающих ядер зрительного бугра №12 У людей художественного типа: А. В мышлении преобладает 1-я сигнальная система Б. В мышлении преобладает 2-я сигнальная система В. Используется преимущественно образ- ный способ мышления Г. Резко выражена способность к абстраги- рованию Д. Преобладает в мышлении синтетическая деятельность Е. Доминирует логический способ мышления №13 У людей мыслительного типа: А. В мышлении преобладает первая сиг- нальная система Б. В мышлении преобладает вторая сиг- нальная система В. Используется преимущественно образ- ный способ мышления Г. Резко выражена способность к абстраги- рованию Д. Преобладает в мышлении синтетическая деятельность Е. Доминирует логический способ мышле- ния №14 Голос образуется при вибрации голосо- вых связок. Для этого необходимо вза- имодействие следующих механизмов: А. Сужение голосовой щели Б. Прохождение струи воздуха при вдохе В. Прохождение струи воздуха при выдохе Г. Расширение голосовых связок Д. Прохождение воздуха как при вдохе, так и выдохе №15 Укажите неправильный ответ. Частота вибрации голосовых связок при образовании голоса меняется при: А. Ослаблении голосовых связок Б. Напряжении голосовых связок В. Изменении конфигурации голосовой щели Г. Изменении скорости вдоха Д. Изменении скорости вдоха №16 Укажите неправильный ответ. Физиологические механизмы артикуля- ции заключаются: А. В изменении положения губ Б. В изменении положения языка В. В изменении положения мягкого нёба Г. Во влиянии резонаторов Д. Во влиянии силы выдоха №17 У больного произошел инсульт. Среди прочих его проявлений у больного ис- чезла способность понимать устную речь. Где локализуется очаг поражения: А. В нижнем отделе 3-й лобной извилины Б. В задней части верхней височной извилины В. В заднем отделе средней лобной извилины Г. В угловой извилине теменной доли №18 У больного произошел инсульт. Среди прочих его проявлений у больного ис- чезла способность читать. Где локали- зуется очаг поражения: А. В нижнем отделе 3-й лобной извилины Б. В задней части верхней височной извилины В. В заднем отделе средней лобной извилины Г. В угловой извилине теменной доли
Глава 19. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАССУДОЧНОГО МЫШЛЕНИЯ 847 №19 У больного произошел инсульт. Среди прочих его проявлений у больного ис- чезла способность писать слова. Где локализуется очаг поражения: А. В нижнем отделе 9-й лобной извилины Б. В задней части верхней височной извилины В. В заднем отделе средней лобной извилины Г. В угловой извилине теменной доли №20 Укажите, какая стадия сна, как правило, сопровождается сновидениями: А. Первая фаза Б. Вторая фаза В. Третья фаза Г. Парадоксальный сон Д. Медленный сон №21 Процесс засыпания обусловлен пре- имущественно возбуждением: А. Серотонинергических нейронов ядер шва (центр Гесса) Б. Норадренергических нейронов голубого пятна моста В. Нейронов восходящей ретикулярной фор- мации ствола мозга Г. Переключающих ядер зрительного бугра №22 К пробуждению приводит возбуждение: А. Серотонинергических нейронов ядер шва (центр Гесса) Б. Норадренергических нейронов голубого пятна моста В. Нейронов восходящей ретикулярной фор- мации ствола мозга Г. Переключающих ядер зрительного бугра №23 Сон различной глубины характеризуют изменения со стороны ЭЭГ. Для первой фазы сна характерны следующие волны: А. Быстрый [5-ритм Б. Появление а-ритма В. Появление единичных медленных высоко- амплитудных волн Г. Высокоамплитудных 5-волн становится более 20% Д. Медленные волны сменяются Р-ритмом №24 Сон различной глубины характеризуют изменения со стороны ЭЭГ. Для второй фазы сна характерны следующие волны: А. Быстрый р-ритм Б. Появление а-ритма В. Появление единичных медленных высо- коамплитудных волн Г. Высокоамплитудных 5-волн становится более 20% Д- Медленные волны сменяются р-ритмом №25 Сон различной глубины характеризуют изменения со стороны ЭЭГ. Для мед- ленной фазы сна характерны следую- щие волны: А. Быстрый р-ритм Б. Появление а-ритма В. Появление единичных медленных высо- коамплитудных волн Г. Высокоамплитудных 5-волн становится более 20 % Д. Медленные волны сменяются р-ритмом №26 Сон различной глубины характеризуют типичные изменения со стороны ЭЭГ. Для быстрого сна характерны следую- щие волны: А. Быстрый р-ритм Б. Появление а-ритма В. Появление единичных медленных высо- коамплитудных волн Г. Высокоамплитудных 5-волн становится более 20% Д- Медленные волны сменяются р-ритмом №27 При засыпании постепенно нарушается кантакт организма с внешней средой. Это происходит в связи с изменением центральных механизмов обработки сенсорной информации. В первую фа- зу сна происходит: А. Почти полное отсутствие контакта, разбу- дить трудно Б. Контакт с внешним миром еще сохра- нен, разбудить легко В. Чувствительность к внешним раздражите- лям повышена, разбудить легко Г. Контакт с внешним миром еще сохра- нен, но разбудить трудно
848 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА №28 При засыпании постепенно нарушается кантакт организма с внешней средой. Это происходит в связи с изменением центральных механизмов обработки сенсорной информации. В фазу мед- ленного сна происходит: А. Почти полное отсутствие контакта, разбу- дить трудно Б. Контакт с внешним миром еще сохранен, разбудить легко В. Чувствительность к внешним раздражите- лям повышена, разбудить легко Г. Контакт с внешним миром еще сохранен, но разбудить трудно №29 При засыпании постепенно нарушается кантакт организма с внешней средой. Это происходит в связи с изменением центральных механизмов обработки сенсорной информации. В фазу быст- рого сна происходит: А. Почти полное отсутствие контакта, разбу- дить трудно Б. Контакт с внешним миром еще сохранен, разбудить легко В. Чувствительность к внешним раздражите- лям повышена, разбудить легко Г. Контакт с внешним миром еще сохранен, но разбудить трудно №30 Засыпание обусловлено комплексом активности центров сна и химических посредников. С влиянием какого из хи- мических соединений можно связать сонливость больного при развитии ин- фекционного процесса: А. Фактор S Б. Фактор DSIP В. Интерлейкин-1 Г. ВИП №31 Засыпание обусловлено комплексом активности центров сна и химических посредников. С влиянием какого из хи- мических соединений можно связать сонливость после принятия пищи: А. Фактор S Б. Фактор DSIP В. Интерлейкин-1 Г. ВИП №32 В период сна организм отдыхает. Какие механизмы обеспечивают зто: А. Повышение тонуса симпатического отде- ла ВНС Б. Повышение тонуса парасимпатического отдела ВНС В. Повышение образования гормона роста Г. Снижение образования гормона роста Д. Повышение образования кортизола Е. Снижение образования кортизола №33 Одним из механизмов, обеспечиваю- щих адекватное поведение в реальных условиях внешней среды, является со- стояние внимания. Влиянием каких от- делов ЦНС главным образом обеспе- чивается произвольное внимание: А. Ретикулярная формация ствола мозга Б. Неспецифические ядра таламуса В. Ассоциативные зоны коры больших полу- шарий Г. Прецентральная извилина коры больших полушарий Д. Базальные ядра №34 Одним из механизмов, обеспечиваю- щих адекватное поведение в реальных условиях внешней среды, является со- стояние внимания. Влиянием каких от- делов ЦНС главным образом обеспе- чивается непроизвольное внимание: А. Ретикулярная формация ствола мозга Б. Неспецифические ядра таламуса В. Ассоциативные зоны коры больших полу- шарий Г. Прецентральная извилина коры больших полушарий Д. Базальные ядра
Глава 20 ОРГАНИЗМ И СОЦИАЛЬНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЧЕЛОВЕКА. АДАПТАЦИЯ, СТРЕСС И БОЛЕЗНИ Живое существо может находиться в двух, принципиально отличаю- щихся состояниях — физиологическом покое и активном, деятельном состоянии. Диапазон физиологических процессов в последнем случае весьма широк: от состояния утреннего пробуждения до смерти. Когда на организм действуют какие-то факторы или в нем самом возникают про- цессы, по своей интенсивности превосходящие обычный (привычный) уровень, возникают ответные реакции — адаптации. Частным случаем адаптации является компенсация. Компенсаторные механизмы обеспечивают устранение или ослабление функциональных сдвигов в организме, вызванных неадекватными факторами среды. Как и физиологическая стадия адаптации (см. ниже), они мобилизуются быстро, лишь только организм попал в неадекватные условия существования, и постепенно затухают по мере развития адаптационного процесса. Напри- мер, при воздействии холода сужение кровеносных сосудов кожи обеспе- чивает сохранение в организме тепла. А при отравлении угарным газом снижение кислородной насыщенности крови компенсируется усилением кровотока за счет интенсификации работы сердца (ростом МОК). 20.1. ПОНЯТИЕ ОБ АДАПТАЦИИ Расширяя ареал своего существования, участвуя в производственных отношениях, человек изменяется сам. В его организме происходят порой существенные перестройки, захватывающие многие органы и системы, которые именуются адаптационными. Адаптация — это приспособитель- ный процесс, возникающий в ходе индивидуальной жизни человека, в ре- зультате которого приобретается способность жить в ранее непривычных для жизни условиях, или на новом уровне активности, то есть повышает- ся устойчивость организма к действию факторов этих новых условий су- ществования. Организм человека может адаптироваться к высокой или низкой тем- пературе, к действию необычных по силе эмоциональных раздражителей (страх, боль и т. п.), к пониженному барометрическому давлению или да- же к некоторым болезнетворным факторам. Например, адаптированный к гипоксии альпинист способен подняться на горную вершину, высота ко- торой может превышать 8000 м, где парциальное давление кислорода приближается к 50 мм рт. ст. Атмосфера на такой высоте столь разреже- на, что неприспособленный человек погибает за считанные минуты от не- достатка кислорода, даже находясь в условиях покоя. По сути дела, люди, живущие в северных или южных широтах, в горах или на равнине, во влажных тропиках или пустыне, по многим параметрам гомеостаза отли- чаются друг от друга. Поэтому ряд показателей нормы для отдельных ре- гионов земного шара может различаться.
850 Раздел ГУ. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА Можно сказать даже, что сама жизнь человека в реальных условиях есть постоянный адаптационный процесс. Организм человека адаптиру- ется к действию различных климато-географических и природных факто- ров (атмосферное давление и газовый состав воздуха, продолжительность и интенсивность инсоляции, температура и влажность, сезонные и суточ- ные ритмы, географическая долгота и широта, горная и равнинная мест- ность и т. д.), социальных, а также факторов цивилизации. Нередко орга- низм адаптируется к действию комплекса различных факторов. Необходимость активировать механизмы, приводящие в действие адаптационный процесс, возникает по мере нарастания силы или продол- жительности воздействия какого-либо внешнего фактора. К примеру, в естественных условиях жизни такие процессы развиваются осенью и весной, когда организм постепенно перестраивается при похолодании или потеплении климата. Адаптация развивается и тогда, когда человек меняет уровень активности: начинает заниматься физкультурой, каким- либо видом трудовой деятельности, то есть по мере нарастания интенсив- ности выполняемых актов жизнедеятельности. В настоящее время вслед- ствие развития скоростного транспорта человек при дальних поездках столкнулся не только с проблемой быстрой смены климато-географиче- ских условий, но и пересечения часовых поясов. Последнее обстоятель- ство затрагивает смену биоритмов, что также проявляется в развитии адаптационных процессов. 20.1.1. Стресс Любой фактор внешней среды, к которому развивается процесс адап- тации, если действует очень долго или становится слишком интенсивным, может перейти в разряд повреждающих — стрессорных. Стрессорными эти факторы могут стать и при ослаблении организма. Таким образом, при действии раздражителя высокой интенсивности следствием чрезвы- чайного напряжения функциональной активности органа она может ока- заться неадекватной данным условиям, и процесс из физиологического переходит в патологический. Такой переход целесообразно называть стрессом или общим адаптационным синдромом (Селье). Этот синдром развивается и при действии на организм раздражителя, являющегося бо- лезнетворным (инфекционный агент, физическая или психическая травма и т. п.). В своем развитии стресс проходит три стадии: - тревога, - резистентность, - истощение. Примерно через 6 ч после стрессорного воздействия развивается первая стадия — реакция тревоги. В это время происходит начальная мобилиза- ция защитных сил организма. Одним из основных механизмов их являет- ся выраженная активация симпатоадреналовой системы. При этом увели- чивается и повышается активность коркового слоя надпочечников, смор- щиваются и уменьшаются вилочковая железа, лимфоидные железы.
Глава 20. ОРГАНИЗМ И СОЦИАЛЬНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ 851 Эта стадия в благоприятных условиях через 1-2 суток переходит в ста- дию резистентности, то есть устойчивости. Если же стрессор оказался слишком мощным или организм недостаточ- но устойчивым, развивается стадия истощения. В отличие от первой ста- дии, мобилизующей организм, здесь при сильном и длительном воздейст- вии стрессора возникает болезнь или даже смерть организма. 20.1.2. Стадии развития адаптационного процесса Процесс адаптации развивается в несколько стадий. Вначале при дей- ствии необычной силы раздражителя в организме могут возникать изме- нения параметров, характеризующих постоянство внутренней среды (гомеостаза покоя). Изменения могут локализоваться либо в каком-то одном органе, либо охватить многие органы и системы. В ответ на это активируются механизмы гомеостатической регуляции, под воздействием которых система стремится вернуться в исходное состояние. Причем вна- чале активируются энергетические, а затем и пластические ресурсы кле- ток заинтересованного органа (системы органов). Если этих ресурсов ока- зывается достаточно, а это имеет место при действии небольшого по силе раздражителя, то организм возвращается в первоначальное состояние без существенных изменений. Но если ресурсов самого органа недостаточно, то возникает необходимость мобилизовать ресурсы всего организма, и тогда начинают развертываться все стадии процесса адаптации. Физиологическая (срочная) стадия При действии на организм необычного (по качеству или силе) раздра- жителя для ответа используются резервные возможности организма, ко- торые обусловлены наличием так называемой избыточной организации его структур. Избыточная организация — это имеющееся в организме дуб- лирование органов, клеток в органе, отдельных элементов в клетке. В со- стоянии относительного покоя каждый орган, система органов и орга- низм в целом никогда не функционируют с использованием всех своих структурных возможностей. Обычно структуры органов функционируют на '/б-'/ю часть своих потенциальных возможностей. Так, для обеспече- ния организма кислородом вполне достаточно одного легкого, для выве- дения шлаков — одной почки. В условиях относительного мышечного покоя поглощается около 250 мл кислорода в минуту, а при интенсивной работе может использоваться до 2-3 л. Минутный объем дыхания в по- кое — около 6 л, а при работе даже у нетренированного человека может достигать 120-150 л/мин, сердечный выброс с 5-6 л/мин может увеличи- ваться до 20-24 л/мин. Благодаря этому, когда к органу предъявляются повышенные требова- ния и он начинает функционировать более активно, вначале используется указанный запас функциональных резервов (например, при повышении тем- пературы окружающей среды начинает секретироваться больше пота, а при выполнении мышечной работы — интенсивно сокращаться двигательные единицы мышц). Более активное функционирование невозможно без увели-
852 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА чения использования энергии. Запас же энергетических веществ (АТФ) в клетках, как правило, невелик, поэтому, в первую очередь, возникает необходимость восполнять энергетические потребности усиленно функцио- нирующего органа. Для этого повышается доставка кислорода и субстра- тов окисления (углеводов, жиров) к работающему органу. Использование физиологических резервов организма для ответа и определяет название данного периода развития процесса адаптации — физиологическая фаза. В связи с тем, что развитие указанной фазы происходит благодаря ак- тивному вовлечению симпатоадреналовой системы, механизмов, отвеча- ющих за эмоциональную сферу, эта фаза в учении о стрессе именуется «реакцией тревоги». Морфологическая (долговременная) стадия При повторном действии раздражителя (например, при повторных фи- зических тренировках) либо при очень продолжительном их действии (пребывание в горах в условиях разреженной атмосферы, в новых клима- то-географических условиях) первая стадия постепенно переходит во вто- рую — долговременную {морфологическую). Она развивается лишь в ре- зультате многократного повторения срочных адаптационных реакций. Во время этой стадии постепенно совершается структурная перестрой- ка органов. В результате морфологическая основа органа (органов) постепенно увеличивается, а следовательно, возрастают функциональные резервы. Поэтому раздражитель, ранее бывший необычным для организ- ма, уже перестает быть таковым, и изменившаяся структура, в связи с ее возросшими функциональными возможностями, легко справляется с от- ветом на эту величину раздражителя. В указанную фазу наряду с разви- тием неспецифических изменений в организме, свойственных ответу на действие любого фактора, проявляются и специфические механизмы, повышающие устойчивость к конкретному раздражителю. В учении о стрессе эта фаза называется «стадией резистентности». Переход от срочной, во многом еще несовершенной фазы адаптации к долговременной знаменует собой узловой момент адаптационного про- цесса. Именно этот переход делает возможной жизнь организма в новых условиях. Другими словами, именно здесь «решается», разовьется в орга- низме истинная реакция адаптации или возникнет (продолжится) стресс- реакция. В этот период в зависимости от раздражителя и формируется структур- ный след, составляющий материальную основу адаптации. Если организм адаптируется к действию химического фактора, то результат достигается главным образом за счет увеличения содержания ферментов системы ци- тохромов в печени и ее гипертрофии. В процесс адаптации организма к гипоксии вовлекаются многие органы и системы. Выделяют пять основных компонентов структурного следа. - Во-первых, возрастает мощность системы поступления и транспорта кислорода. В результате возрастает резистентность к гипоксии любого генеза.
Глава 20, ОРГАНИЗМ И СОЦИАЛЬНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ 853 - Во-вторых, активация синтеза РНК и белков в головном мозге обеспе- чивает ускорение формирования временных связей, увеличение мощ- ности стресс-лимитирующих систем. Это обеспечивает увеличение ус- тойчивости к эмоциональным стрессорам, к неврозам и т. п. - В-третьих, снижается функциональная активность супраоптических ядер гипоталамуса и клубочковой зоны надпочечников. Следствием этого является снижение резерва натрия и воды в организме (антиги- пертензивный эффект). - В-четвертых, возникают изменения в системе иммунитета и как след- ствие — широкий антиаллергический эффект. - В-пятых, происходит увеличение активности дезинтоксикационных систем в печени, антиоксидантных систем в различных органах. След- ствием этого является увеличение устойчивости к атерогенным и ток- сическим факторам. Изолированные органы и клеточные структуры (ядра, митохондрии, элементы саркоплазматического ретикулума), взятые у адаптированных животных, сами по себе обладают повышенной устойчивостью к аноксии, реоксигенации, токсическим концентрациям катехоламинов, аутолизу при длительном хранении. Это явление обозначено как «феномен адапта- ционной стабилизации структур» (ФАСС). В молекулярных механизмах ФАСС важную роль играет увеличение экспрессии определенных генов. Следствием этого является накопление в клетках особых стресс-белков (мол. масса 71-72 кД), которые предотвращают денатурацию белков и та- ким образом защищают клеточные структуры от повреждения. 20.1.3. Регуляция развития адаптационного процесса Адаптивные реакции, как правило, захватывают весь организм — начиная с различных отделов ЦНС, организующих поведение в новых ус- ловиях, вплоть до конкретного органа, с функцией которого связан ответ на действующий фактор. Ведущим эфферентным звеном, запускающим первую стадию процесса адаптации, является симпатоадреналовая систе- ма. Мобилизация ее происходит под влиянием центральных механизмов эмоциональной сферы, памяти, а нередко и высших отделов коры, где формируются механизмы организации сложного поведенческого акта — ассоциативных зон коры больших полушарий. Из центральных структур наиболее значимую роль играют также такие отделы ЦНС, как гипоата- ламус, ретикулярная формация, миндалевидное ядро, гиппокамп. При действии необычного раздражителя повышается тонус-симпатиче- ского отдела ВНС и активируется образование и выход в кровь гормонов стресса: гормонов коркового (глюкокортикоиды) и мозгового (катехола- мины) слоя надпочечников. Кроме того, в сбалансированности углевод- ного обмена большая роль принадлежит инсулину, обеспечивающему утилизацию глюкозы клетками: в начальной стадии развития процесса адаптации образование инсулина увеличено. (Полноценное развитие процессов адаптации происходит при активном участии и ряда других
854 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА гормонов, как анаболической, так и катаболической направленности действия.) Несмотря на то, что адаптационные механизмы могут реализоваться исключительно на уровне вегетативной регуляции, минуя кору головного мозга, в естественных условиях жизнедеятельности у человека, как прави- ло, вовлекаются высшие отделы коры головного мозга. Об этом сви- детельствует десинхронизация ЭЭГ (что обусловлено активирующим воздействием ретикулярной формации), эмоциональная неустойчивость. Импульсы от различных рецепторов после обработки в различных уров- нях ЦНС поступают в лимбическую систему, где информация получает соответствующую эмоциональную окраску, и вновь выходят на вегета- тивные центры гипоталамуса и продолговатого мозга, внося при этом в первичную реакцию соответствующую корректировку. Анализ поступа- ющей информации (особенно через экстерорецепторы) и принятие реше- ния осуществляются при активном участии лобных отделов больших полушарий. Вместе с гиппокампом, гипоталамусом они принимают уча- стие в реализации ответа, особенно на маловероятные события. Так, удаление передних отделов новой коры устраняет эмоциональные и веге- тососудистые реакции у экспериментальных животных, решающих слож- ные поведенческие задачи. При этом допускается большое число ошибок. Разрушение гиппокампа лишает животных возможности прогнозировать маловероятные события: выключается эмоциональная сфера, нет нере- шительности, сомнений, неврозов, но в результате при этом затрудняется образование рефлексов, ухудшается поведенческая адаптация. Таким образом, в результате комплексного влияния общих и местных факторов вначале используются собственные энергетические резервы ор- гана (расщепление гликогена) и пластические — биосинтез ферментов за счет свободного пула аминокислот. Постепенно, по мере истощения соб- ственных резервов, добавляется использование общих ресурсов организ- ма, например, гликогена печени (расщепление его активируют катехола- мины), жировых депо (липолиз активируется под влиянием комплекса гормонов). Одним из эффектов увеличения уровня глюкокортикоидов в крови является мобилизация фонда аминокислот, транспорт их к орга- нам для синтеза ферментов, структурных белков. Кроме того, повышает- ся функция органов системы транспорта кислорода (дыхательной, сердеч- но-сосудистой систем, крови). Схематично механизм, обеспечивающий развитие второй стадии, мож- но представить следующим образом. Интенсивное функционирование приводит к истощению резервных запасов органа. В первую очередь ис- тощаются источники образования энергии, начинают накапливаться про- дукты обмена, в том числе недоокисленные субстраты (например, молоч- ная кислота), уменьшается запас гликогена и т. д. В результате гомеоста- тические условия течения обменных процессов нарушаются, следствием чего является изменение процесса восстановления клеточных структур, известное под названием физиологической регенерации.
Глава 20, ОРГАНИЗМ И СОЦИАЛЬНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ 855 Физиологическая регенерация — процесс обновления структур на уровне атомов, молекул, субклеточных образований или целых клеток. Он сба- лансирован так, что активность его зависит от функциональных потреб- ностей клеток, органов и организма в целом. В условиях обычного уров- ня функциональной активности сколько разрушается «отработанной» структуры, столько и восстанавливается. Если же начинает разрушаться больше (а это есть прямое следствие более высокой функциональной ак- тивности), то и восстановление идет более интенсивно. Причем в услови- ях повышенной функциональной активности восстановление, как прави- ло, идет даже с «плюсом», то есть синтезируется больше, чем разрушает- ся. В первую очередь эти изменения захватывают молекулярный и субкле- точный уровни. Так, при повышенной физической активности в мышцах первично появляются изменения на уровне ферментов, субстратов, орга- ноидов. Более значительные изменения структуры, которые можно опре- делить на глаз или увидеть под микроскопом, проявляются не сразу и не всегда. Они, по сути дела, являются суммой преобразований на биохими- ческом уровне. Таким образом, различные функциональные состояния не могут быть связаны с одной и той же качественной характеристикой структуры, с ее неизменной формой, так как всякая специальная функция развертывается на основе своей конструкции. Хорошим примером этого служит факт, что структурной основой мышц спортсмена-спринтера является генети- чески обусловленное наличие в них 50-80 % быстрых и лишь 20-25 % мед- ленных мышечных волокон, а в мышцах стайера, наоборот, 70-90% медленных волокон. Поэтому полное развертывание адаптационного про- цесса характеризуется совмещением срочной и долговременной адаптации. 20.1.4. Адаптация — процесс повышения уровня функциональных резервов В развитии указанных выше стадий адаптационного процесса при дей- ствии различных адаптационных факторов много общих черт, свидетель- ствующих о неспецифической реакции организма на действие различных стрессорных агентов. К ним, в частности, можно отнести повышение за- щитных возможностей организма к действию болезнетворных факторов. Однако при развитии адаптационного процесса постепенно все больше начинают проявляться и специфические черты, выражающиеся в морфо- функциональной перестройке, развивающейся преимущественно в тех системах, которые непосредственно реагируют на воздействующий агент. К примеру, при спортивной тренировке изменения наиболее выражены в скелетных мышцах, а при действии низкой или высокой температуры — в системе терморегуляции. Суммарным результатом этих преобразований и являются новые функ- циональные возможности обновленной (измененной) структуры. Адапти- рованный организм отличается тем, что для него бывший ранее чрезвы- чайным по силе раздражитель уже перестает быть таковым. И теперь, при новом воздействии организм начинает реагировать на него не как на
856 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА чрезвычайный, поскольку возникающие в организме под его влиянием изменения уже не столь существенны, и раздражитель, бывший ранее сильным, переводится в разряд обычных. Поэтому, например, трениро- ванный (адаптированный) человек может жить в условиях полярной ночи, а спортсмен — пробежать марафонскую дистанцию (42 км), под- няться на Джомолунгму (около 9000 м над уровнем моря) и т. д. 20.1.5. Перекрестная адаптация Если адаптационные процессы выражены относительно умеренно, то в процессе их развития к какому-либо конкретному раздражителю можно обнаружить повышение устойчивости и к действию других факторов. Такое состояние называется перекрестной адаптацией. Перекрестная адаптация обусловлена тем, что процесс адаптации несет не только спе- цифические черты, но и неспецифические. Неспецифический характер ответной реакции организма на действие самых разных факторов, к кото- рым организм адаптируется, особенно выражен в период срочной стадии. Неспецифичность обусловлена тем, что для обеспечения более интенсив- ной реакции любого органа требуется использовать энергетические резер- вы организма. А эти резервы зависят от состояния систем дыхания и кро- вообращения, от мобилизации энергообразующих субстратов, доставляе- мых к органу от их депо, от активности нейрогормональной регуляции этих процессов. Но при развитии перекрестной адаптации учитывается также патоге- нетическое родство изменений, которые возникают в организме при дей- ствии фактора. Например, гипоксия проявляется как при физической тренировке, так и при действии высокогорного воздуха. Поэтому спорт- смены легче переносят пребывание в горах, чем нетренированные люди. На представлениях о перекрестной адаптации основано применение средств физической культуры для повышения устойчивости к холоду, неблагоприятным условиям внешней среды. 20.1.6. Индивидуальность процессов адаптации Несмотря на то что процессы адаптации развиваются по единой схеме, с использованием единых механизмов, выраженность их у разных людей индивидуальна. Это обусловлено как врожденными, так и приобретенны- ми в течение жизни индивидуальными особенностями организма, опре- деляющими уровень функциональных резервов. Их величина во многом зависит от генетических факторов, то есть является врожденной. Так, ва- готоники (повышен тонус парасимпатического отдела ВНС) по сравне- нию с симпатикотониками более устойчивы к действию экстремальных факторов. Правильно определенный уровень резервов, с учетом специфи- ки условий, может помочь и в трудовой ориентации, определении благо- приятной аридной зоны существования, «чувствительности» к болезни и лечебным процедурам. При адаптации расширяются границы этих резер- вов. Особо следует указать, что в связи с участием высших отделов коры больших полушарий в развитии процессов адаптации волевым настроем
Глава 20, ОРГАНИЗМ И СОЦИАЛЬНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ 857 можно повысить уровень физиологических резервов и организм сможет выдерживать более выраженные сдвиги гомеостаза. Свойство организма к адаптации можно рассматривать как меру его индивидуального здоровья. Состояние здоровья человека в конечном сче- те определяется количеством и мощностью его адаптационных резервов. Чем выше уровень функциональных резервов, тем ниже «цена адапта- ции». Одним из важных разделов учения о здоровье человека является разработка мероприятий по увеличению функциональных резервов орга- низма. С этой целью могут использоваться факторы физической культу- ры, закаливающие, тренирующие к специфическим условиям, а также медикаментозные средства (адаптогены). Учение об адаптации имеет не только теоретическое значение, посте- пенно расширяется и прикладное, медицинское значение его. Сегодня люди все чаще сталкиваются с различного рода стрессовыми, субэкстре- мальными и экстремальными факторами, воздействие которых на орга- низм необходимо изучать, а полученные знания нужно использовать для профилактики возможных заболеваний. 20.1.7. «Плата» за адаптацию Уже на первых стадиях развития адаптационного процесса в усиленно функционирующем организме, когда процессы биосинтеза белков резко активируются, начинают использоваться не только энергетические, но и пластические резервы, как самого работающего органа, так и всего орга- низма. Но одновременно пластическое обеспечение всех тканей и клеток организма усиливаться не может. Поэтому в каждом конкретном случае происходит определенный выбор в пользу той ткани, того процесса в ней, который больше всего нуждается в пластическом обеспечении. А это про- исходит иногда за счет других органов и тканей. Результатом такого рас- пределения может быть снижение функциональных возможностей других систем. В этом плане весьма показательным является нередко наблюдае- мый у спортсменов на пике «спортивной формы» факт снижения сопро- тивляемости организма к простудным, инфекционным заболеваниям. То есть в данном случае имеет место как бы «плата» организма за резко вы- раженную специализированную адаптацию. Если сила воздействующего фактора столь велика или организм нахо- дится в таком состоянии, что реакция адаптации развиться не может, про- исходит срыв адаптации — стадия истощения. В данном случае речь идет о появлении нового качества, переходе адаптации в стресс. Стадия исто- щения представляет собой совокупность реакций организма, которые развиваются в результате чрезмерно продолжительного или многократ- ного действия раздражителя, переходящего в разряд стрессора, в отноше- нии которого выработанную устойчивость невозможно больше поддер- живать. Нередко стадия истощения заканчивается смертью. Вполне вероятно, что с этим связан известный факт возрастания забо- леваемости осенью и весной, то есть в те периоды года, когда организм адаптируется к предстоящей зиме или лету.
858 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА 20.1.8. Утрата адаптации и реадаптация При изменении условий существования — возврате в прежние усло- вия — приобретенные адаптационные изменения постепенно утрачивают- ся. В различных органах и системах адаптационные изменения как возни- кают, так и утрачиваются неодновременно. В случае повторного действия того же фактора развертывается процесс реадаптации. При этом адапта- ционные изменения развиваются быстрее. Однако слишком частые процессы реадаптации могут привести к срыву в действии систем регу- ляции — к дезадаптации — и послужить причиной заболевания или даже смерти. 20.1.9. Возрастные особенности процессов адаптации В детском возрасте адаптационные процессы происходят более быстро. Однако в зависимости от возраста, в связи с тем, что еще не завершено развитие систем организма, механизмов регуляции их, при действии мно- гих факторов процессы кратковременной и долговременной фаз развития адаптации затруднены. Так, например, в связи с отличительными особен- ностями механизмов терморегуляции (см. гл. 16) новорожденные, да и де- ти первых лет жизни, хуже переносят действие экстремальных темпера- тур. Они часто простывают при действии низкой температуры и перегре- ваются — при высокой. У пожилых людей функциональные резервы наиболее важных систем (кровообращения, дыхания) постепенно уменьшаются. Снижаются также и возможности систем регуляции, как нервной, так и — особенно — гор- мональной. Это, естественно, ухудшает развитие как физиологической, так и морфологической фаз адаптации. Поэтому пожилой человек при действии каких-либо экстремальных факторов может заболеть или даже погибнуть (то есть проявятся реакции стресса), хотя в более молодом воз- расте эта же интенсивность действующего фактора приведет к развитию процессов адаптации. 20.1.10. Эмоции, стресс и болезни В связи с чрезвычайно важным значением эмоционального возбужде- ния для формирования адаптивного или стрессорного ответа организма, эмоции сами по себе могут привести к патологии. Чаще всего это проис- ходит тогда, когда они слишком сильные или нереализованные (то есть «не выполнившие» своего физиологического назначения). В этих случаях говорят об эмоциональном стрессе. При действии необычного раздражителя повышается тонус симпатиче- ского отдела ВНС и активируется образование и выход в кровь гормонов, получивших название гормонов стресса: коркового (глюкокортикоиды) и мозгового (катехоламины) слоев надпочечников, гипоталамо-гипофиза (АКТГ, вазопрессин). Кроме того, для сбалансированности углеводного обмена очень важна роль инсулина, обеспечивающего утилизацию глюко- зы клетками: в начальной стадии развития процесса адаптации образова- ние инсулина увеличено. Так, при действии на организм неблагоприятных
Глава 20, ОРГАНИЗМ И СОЦИАЛЬНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ 859 факторов внешней среды у людей с высоким уровнем тревожности актив- ность симпатоадреналовой и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой систем повышается столь резко, что это само по себе может стать причи- ной развития различной психосоматической патологии — дистоний, не- врозов и других патологических проявлений. 20.2. ОСНОВЫ ФИЗИОЛОГИИ СПОРТА Частным случаем адаптации, развивающейся при изменении уровня функциональной активности самого организма, является адаптация как следствие спортивной тренировки. При этом адаптационный процесс раз- вивается в результате многократного повторения физических упражне- ний. Физические упражнения — это определенным образом скомпоно- ванные мышечные движения, основная цель которых — направленное воздействие на организм для повышения функциональных возможностей его органов и систем, обеспечивающих наиболее адекватное выполнение соответствующей мышечной работы или сохранение и восстановление здоровья. Физические упражнения развивают три основных физических качества: силу, скорость и выносливость. Различный тип физических упражнений приводит к различным изменениям не только в двигательной сфере, но и других системах организма. В связи с тем, что тип физического упражне- ния человек может контролировать, создается уникальная возможность сознательно вмешиваться в функцию и даже структуру своего организма. 20.2.1. Интенсивность мышечной деятельности Реакция и характер изменений, возникающих в организме в ответ на физические упражнения, в первую очередь определяются интенсивностью мышечных движений. В зависимости от интенсивности выполняемые на- грузки можно подразделить на: - чрезмерно большие; - тренирующие (околопредельные); - поддерживающие (недостаточные для дальнейшего возрастания адап- тационных изменений, но исключающие обратное развитие трениро- ванности); - восстанавливающие (недостаточные для поддержания достигнутого уровня, но ускоряющие процессы восстановления после выполнения тренирующей нагрузки); - малые (не оказывающие заметного физиологического эффекта). Причем одна и та же интенсивность упражнения может вызвать раз- личный физиологический эффект в зависимости от функционального со- стояния организма. В то же время функциональное состояние организма человека может изменяться даже в течение одних суток, что может быть обусловлено или суточными биоритмами активности обменных процес- сов, систем регуляции, или быть следом предшествующей нагрузки,
860 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА эмоционального состояния. В зависимости от объема мышечной массы физические нагрузки можно подразделить на: - локальные — задействовано менее */з мышц, - регионарные —от 1/з до !/г, - общие — работает более '/г объема всех скелетных мышц. В условиях современной жизни для большинства людей характерна не- достаточная интенсивность и сила мышечных сокращений, что получило название гиподинамии и гипокинезии. Эти состояния относятся к факторам риска, то есть к таким состояниям, которые если сами и по себе не при- водят к тяжелым нарушениям функций организма, но значительно ухуд- шают его реакции на другие, в том числе и болезнетворные, факторы. В период длительной эволюции и приспособления к окружающей среде сформировался мощный опорно-двигательный аппарат, только часть ко- торого — скелетные мышцы — составляет 30-40 % общей массы тела. И если эту систему органов человек эффективно не использует, то уменьша- ется «тренированность» всех систем организма, что особенно наглядно проявляется на системе транспорта кислорода. Снижение нагрузки приво- дит к снижению функциональных резервов всех органов указанной систе- мы (дыхания, крови и кровообращения). Одновременно с этим в крови возрастает концентрация липидов (холестерола и триглицеридов), увели- чивается жировая масса тела, что может привести к раннему развитию атеросклеротических изменений в сосудах. 20.2.2. Периодизация процессов, происходящих в организме при выполнении физических упражнений При выполнении физических упражнений в организме происходят про- цессы, которые можно сгруппировать в следующие стадии: предстартовое состояние, врабатывание, стационарное состояние, утомление, восстанов- ление. Эта периодизация определяется: - инерцией включения систем регуляции и энергообразующих процес- сов как в самих работающих мышцах, так и во всем организме; - энергетическими потребностями и возможностями работающих мышц. Энергетические потребности расслабленной мышцы незначительны, и сравнительно небольшое количество АТФ в них расходуется на обеспече- ние процессов обновления структурных компонентов и поддержание ион- ных градиентов (работу ионных насосов). При сокращении мышцы рас- ход АТФ резко увеличивается. Поэтому работоспособность мышцы (интенсивность и продолжительность сокращения) определяется активно- стью систем ее ресинтеза. Вначале используется креатинфосфатазный путь ресинтеза, который является практически безынерционным, то есть развивается сразу после распада АТФ. При этом в единицу времени АТФ образуется достаточно много (около 3,6 моль/мин), но КФ в мышце хва- тит лишь на 1-2 с работы. Гликолитический путь менее энергоемкий (1,2 моль/мин), к тому же он приводит к образованию недоокисленных
Глава 20. ОРГАНИЗМ И СОЦИАЛЬНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ 861 продуктов, что препятствует длительной работе мышцы, однако за счет него можно выполнять работу в течение 1-2 мин. Наиболее экономич- ным путем ресинтеза АТФ является аэробное окисление. Правда, этот путь является наиболее инерционным: активность ферментов в самой мышце врабатывается спустя 2-4 мин после начала мышечного сокраще- ния. Для его обеспечения нужен кислород, адекватная доставка которого к мышцам зависит от систем дыхания и кровообращения. А они также врабатываются постепенно. Напомним, что в единицу времени образу- ется лишь около 0,8 моль АТФ/мин при окислении углеводов и 0,4 моль/мин при окислении жиров. Следствием этого является менее ин- тенсивная работа, но зато она может продолжаться много часов. Врабатывание Врабатывание—процесс постепенного выхода на необходимый уро- вень функций мышечной системы и вегетативных органов, участвующих в обеспечении мышечной деятельности. Инерционность механизмов, обеспечивающих вовлечение мышц и систем их энергоснабжения, опреде- ляет постепенность врабатывания. Время, затрачиваемое для перехода на новый функциональный уровень, тем больше, чем сложнее устроена сис- тема. В обеспечении мышечной работы участвуют многие органы и сис- темы, которые имеют различную сложность собственной структуры и си- стем регуляции, в силу чего врабатывание их после начала мышечной де- ятельности происходит гетерохронно (неодновременно). Сами скелетные мышцы, иннервируемые соматической нервной систе- мой, выходят на должный функциональный уровень достаточно быстро (уже через 4-5 с). Это время необходимо для возбуждения моторных от- делов ЦНС, вовлечения необходимого количества мышц, а в них — дви- гательных единиц для придания должного ускорения телу и его отдель- ным частям. Значительно большей инертностью при увеличении функциональной активности обладают внутренние органы — дыхание и кровообращение. Внешнее дыхание за счет участия в нем скелетных мышц врабатывается быстрее. Уже с первыми сокращениями скелетных мышц дыхательные движения учащаются, а через 20-30 с и углубляются. Однако точное соо- тветствие МОД необходимому уровню потребности в газообмене уста- навливается лишь спустя несколько минут после начала мышечной рабо- ты постоянной мощности. Сердечно-сосудистая система выходит на стационарный уровень, то есть приспосабливается к должному уровню кровоснабжения работающих мышц, спустя 3-5 мин после начала их сокращения. Постепенно за счет увеличения частоты и силы сокращения сердца растет МОК. К 3-5-й ми- нуте устанавливается и необходимое состояние сосудов работающих мышц: они расширяются, что обеспечивает поступление сюда большего объема крови за счет перераспределения кровотока (табл. 20.1).
862 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА Таблица 20.1 Кровоток в некоторых органах человека в состоянии покоя и при выполнении физической работы (по Фолкову) Состояние МОК Мышцы Сердце Почки Головной мозг л/мин л/мин % л/мин % л/мин % л/мин % В покое 5,5 0,8-1,0 17 0,25 4-5 1,2 20 0,75 15 При тяжелой работе 25 20 80 1,0-1,2 0,5 2-4 3-4 Время врабатывания органов и систем после начала выполнения физи- ческого упражнения определяется мощностью работы, а также состоя- нием организма, зависящим от тренированности. Чем интенсивнее мышечная работа, тем меньше время врабатывания системы транспорта кислорода. Так, при интенсивной нагрузке (на уровне максимального потребления кислорода или выше) устойчивость функций вегетативных органов устанавливается уже к концу 1-й минуты, а при выполне- нии вдвое менее активной работы врабатывание завершается лишь после 3-5-й минуты. Подробно механизмы регуляции функций системы транс- порта газов при физической работе рассматриваются в соответствующих разделах (см. гл. 11, 14). Устойчивое состояние Период врабатывания завершается с переходом систем организма на новый, устойчивый уровень функциональной активности, при котором обеспечивается заданная интенсивность мышечной работы. Это состоя- ние характеризуется поддержанием на стационарном состоянии обеспече- ния мышц энергией. Время работы в устойчивом состоянии зависит от мощности нагрузки и состояния организма. Чем интенсивнее работа, тем меньше времени подерживается устойчивое состояние функционирования всех органов и систем организма, обеспечивающих эту работу. В первую очередь это определяется функциональными резервами путей ресинтеза АТФ в мыш- цах. При интенсивной нагрузке велика доля гликолиза, при котором образуются недоокисленные продукты обмена, ограничивающие работо- способность. При менее интенсивной работе используется аэробный путь ресинтеза АТФ, который в состоянии обеспечить сокращение мышц в течение длительного времени. При этом поддержание устойчивого состо- яния определяется не возможностями скелетных мышц, а «работоспособ- ностью» систем транспорта кислорода— сердечно-сосудистой, дыхатель- ной и кровью. За счет перераспределения крови интенсивно сокращающиеся мышцы могут получать в 20 раз больше крови, а интенсивность поглощения кис- лорода ими может возрастать в 50—60 раз. Более интенсивное поглощение кислорода работающими мышцами обусловлено следующими механиз- мами:
Глава 20, ОРГАНИЗМ И СОЦИАЛЬНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ 863 - понижение РРСЬ в мышцах приводит к росту градиента парциального давления кислорода между ними и притекающей кровью, - повышение температуры, - увеличение кислотности, - увеличение концентрации в эритроцитах 2,3-ДФГ. Все указанные механизмы ускоряют диссоциацию оксигемоглобина. Кроме того, в крови резко возрастает уровень РСО2 и содержание недо- окисленных продуктов обмена, что наряду с активностью симпатической нервной системы поддерживает на высоком уровне интенсивность дыха- ния и сокращений сердца. Продолжительность поддержания устойчивого состояния определяет предел работоспособности организма спортсмена. Естественно, чем тре- нированнее человек к данной нагрузке, тем дольше его организм может поддерживать устойчивое состояние. Утомление Устойчивое рабочее состояние раньше или позже приводит к развитию утомления. Утомлением называется такое состояние, при котором вслед- ствие длительной или напряженной работы ухудшается функция двига- тельной системы и вегетативных органов, их координация и снижается работоспособность. Утомление является закономерным следствием пред- шествующей работы. Физиологическое назначение утомления — опове- щение организма о необходимости закончить данную работу, так как ее интенсивность и длительность могут привести к чрезмерному истощению организма. Полагают, что для послерабочего восстановления необходим минимальный уровень в организме энергоемких веществ не менее 30%, (см. гл. 15). И если с помощью допинга отодвинуть наступление утомле- ния, то последующее восстановление будет крайне затруднено, а иногда даже невозможно, и человек может погибнуть. В то же время при спортивной тренировке утомление является необхо- димым компонентом, так как без него не происходят полноценные адап- тационные перестройки в организме. Утомление развивается тем быстрее, чем интенсивнее работа или менее тренирован человек. Основным признаком наступающего утомления яв- ляется снижение работоспособности. При этом нарушается координация функций как в самой двигательной системе, так и между нею и вегетатив- ными органами, снижается экономичность их функционирования. Веду- щая роль в отказе от мышечной работы при развитии утомления принад- лежит системам регуляции, и в первую очередь нервной системе. Утомление является целостной реакцией организма на физическую ра- боту и развивается вследствие комплекса изменений. Механизмы, обус- лавливающие отказ от выполнения работы, различаются в зависимости от ее интенсивности. Так, чрезвычайно интенсивная работа (скоростная или скоростно-сило- вая) приводит к быстрому истощению фосфагенов (АТФ и КФ) в мышцах и невозможности поддерживать выполнение нагрузки на требуемом уров-
864 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА не. Это мышечный компонент развития утомления. Кроме того, отказ от выполнения работы связан и с нейрогенным механизмом: высокая часто- та афферентной и эфферентной импульсации в моторных центрах снижа- ет их возбудимость. При такой работе падает также и проводимость в нервно-мышечных синапсах, в которых вследствие высокой частоты им- пульсации не успевает ресинтезироваться медиатор. При субмаксимальной нагрузке на первый план выходит закисление саркоплазмы за счет продуктов гликолиза. И при снижении в мышечных волокнах pH до 6,3-6,5 резко снижается активность ферментов гликолиза, а значит, падает способность к ресинтезу АТФ. Одновременно с этим па- дает АТФазная активность миозина (что определяет скорость расщепле- ния АТФ при сокращении) и возможность выброса кальция саркоплазма- тическим ретикулумом. Комплекс вышеуказанных изменений и приводит к быстрому снижению работоспособности при высокоинтенсивной физи- ческой нагрузке. При менее интенсивной, но более продолжительной работе на первый план выходят процессы, развивающиеся в ЦНС. Причем нередко они яв- ляются следствием дискоординации в системе кровоснабжения и развития метаболических сдвигов в ЦНС и всем организме. К примеру, после пре- одоления марафонской дистанции у спортсменов резко снижаются запасы гликогена в мышцах и печени, что приводит к снижению уровня глюкозы в крови. А это один из основных источников окисления для нервных кле- ток. В результате снижается возбудимость нервных центров при одновре- менном росте в них содержания тормозных медиаторов (в частности, ГАМК). Указанные изменения в нервных центрах приводят к нарушению адекватной регуляции функции скелетных мышц и вегетативных органов. В мышцах начинают рекрутироваться более крупные двигательные еди- ницы (а они для ресинтеза АТФ используют главным образом гликолиз). Для сохранения прежней скорости подключаются дополнительные мыш- цы. Это приводит к изменению характера движений. А дискоординация функций сердечно-сосудистой системы, дыхания, развивающаяся одно- временно с этим, еще более затрудняет выполнение работы. Формирую- щиеся в ЦНС процессы приводят к появлению чувства усталости. Уста- лость является субъективным показателем накапливающегося в организ- ме утомления. Восстановление Уже при выполнении работы в организме непрерывно происходят про- цессы, направленные на восстановление энергетических ресурсов и обнов- ление структур. Но наиболее активно восстановление протекает после прекращения работы. Причем при правильном сочетании тренировки и отдыха все ресурсы организма не только восстанавливаются до прежнего уровня, но даже могут превышать его, то есть развивается долговременная стадия адаптации. В этот период проявляется специфика физического упражнения: характер адаптационных изменений определяется особенно- стью выполненной нагрузки, уровнем тренированности, врожденными
Глава 20, ОРГАНИЗМ И СОЦИАЛЬНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ 865 особенностями организма. Это же определяет и гетерохронность развития восстановления в различных органах и системах. Так, после максимальной нагрузки восстановление развивается быстро и может закончиться спустя несколько часов. А, скажем, после преодоления марафонской дистанции даже у тренированного спортсмена этот процесс растягивается на несколь- ко дней (основной обмен нормализуется не ранее чем через три дня). Регуляция процессов восстановления определяется комплексным влия- нием местных метаболитов, гормонов, ВНС. Морфологические перестройки, развивающиеся в результате предшест- вующей тренировки, затрагивают все органы и системы организма, кото- рые обеспечивали выполнение физической работы. Если тренирующая нагрузка была интенсивной (силовой или скоростно-силовой), то измене- ния развиваются главным образом в двигательной системе. При этом ги- пертрофируются быстрые мышечные волокна, а вместе с этим возрастает мышечная масса. При тренировке на выносливость к длительной работе развиваются преимущественно медленные мышечные волокна, в которых возрастают функциональные возможности аэробных механизмов ресин- теза АТФ. Соответствующие изменения, направленные на повышение функциональных возможностей, развиваются в сердечно-сосудистой и дыхательной системах, крови. В результате постепенно развивающихся адаптационных изменений эффективность выполнения физических упражнений возрастает, что вы- ражается в снижении затрат кислорода и меньшей напряженности функ- ций систем его транспорта (табл. 20.2). Таблица 20.2 Изменение эффективности выполнения стандартной мышечной работы (500 кГм) одной группой студентов до и после цикла спортивных тренировок Группа Условия обследования Потребление Ог, л/мин ЧСС, уд./мин АВР-Ог, мл/л Контрольная В покое 0,42 67 36,5 После нагрузки 1,09 119 69,8 После тренировок В покое 0,22 66 36,5 После нагрузки 0,94 108 69,8 Процесс восстановления требует адекватного питания, а также соответ- ствующего режима жизни. Он ускоряется в зависимости от перемены рода деятельности, так называемого активного отдыха. Одной из его разно- видностей является работа в период отдыха тех мышц, которые не были задействованы в выполнении основного упражнения. Другой разновидно- стью активного отдыха является смена режима физической работы. Так, если физические упражнения сопровождались накоплением большого количества недоокисленных продуктов обмена, то после их окончания по- лезно выполнить работу небольшой интенсивности. Новая нагрузка, при- водя к улучшению кровообращения и усилению дыхания, способствует выведению продуктов обмена из работавших мышц, усилению процессов
866 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА окисления. При этом, к примеру, молочная кислота будет активно окис- ляться в цикле Кребса, и одним из органов ее поглощения является сердце. Предстартовое состояние Как правило, еще перед началом выполнения физических упражнений в организме происходят заметные изменения функций ряда органов и си- стем. Они направлены на подготовку организма к последующей деятель- ности и способствуют ускорению процесса врабатывания. У спортсмена заранее повышается частота сердечных сокращений, изменяется дыхание, то есть активируется система транспорта газов. Можно обнаружить и сдвиги в показателях крови: возрастает уровень сахара и может повы- ситься содержание лактата. Эти и другие (не описанные здесь) изменения являются следствием возбуждения симпатоадреналовой системы, систем, регулирующих эмоциональное состояние. А выраженность предстартово- го состояния во многом обусловлена условно-рефлекторными механизма- ми, связанными с проявлением рефлекса на время, место и т. п. Предстар- товое состояние наиболее выражено перед спортивными соревнованиями. Тогда оно может проявляться за несколько часов и даже дней, до старта. 20.2.3. Некоторые показатели определения физической работоспособности (тренированности) Физическая работоспособность определяется комплексом показателей и сама по себе является комплексным понятием. Ее характеризует ряд фак- торов самого организма. К ним относятся: телосложение и антропомет- рические показатели, особенности строения мышечной системы (процент- ное соотношение различных мышечных единиц, составляющих мышцы), мощность, емкость, эффективность механизмов энергопродукции аэроб- ным и анаэробным путем, сила и выносливость мышц, состояние систем их регуляции, функциональные возможности органов и систем, обеспечи- вающих мышечную деятельность. В связи с особенностями каждого чело- века и в зависимости от конкретной работы работоспособность будет различной: один и тот же человек может выполнять длительное время ме- нее интенсивную работу, а возможности для интенсивной работы у него могут быть резко ограничены, или наоборот. При определении показателей работоспособности можно выделить три основные группы показателей. I. Определение количества выполненной физической работы С помощью соответствующих приспособлений определяется время, мощность, интенсивность или количество выполненной работы. II. Определение МПК и МОК В связи с тем, что работа мышц определяется не только функциональ- ными возможностями самих мышц, но во многом зависит от функци- онального состояния системы транспорта кислорода, по количеству потребляемого кислорода (его максимальному уровню) также можно судить о физической работоспособности. Для этого лучше всего приме-
Глава 20. ОРГАНИЗМ И СОЦИАЛЬНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ 867 нить стандартную нагрузку постепенно повышающейся мощности и реги- стрировать количество поглощаемого за единицу времени (за минуту) кислорода (ПК). По мере роста нагрузки ПК постепенно увеличивается, а затем, выйдя на какой-то максимум, стабилизируется на нем, несмотря на дальнейшее повышение мощности работы. Это и будет уровень макси- мального потребления кислорода (МПК). Его величина является комплекс- ным показателем функции системы использования кислорода в самих работающих мышцах, а также всего пути транспорта кислорода. При вы- полнении работы на уровне МПК можно определять также максималь- ные возможности наиболее лимитирующего звена системы транспорта кислорода — уровень МОК (см. гл. 11). III. Определение порога анаэробного обмена Порог анаэробного обмена (ПАНО) определяется по уровню молочной кислоты в крови при выполнении постепенно повышающейся интенсив- ной физической нагрузки. Порог ПАНО определяет максимальную воз- можность системы анаэробного пути ресинтеза АТФ в мышцах при вы- полнении мышечной работы. Он примерно совпадает с уровнем молоч- ной кислоты в крови — 35 мг/% и частотой сердечных сокращений — 170 уд./мин. 20.2.4. Возрастные и половые особенности влияния физических упражнений на организм Возрастные особенности В условиях естественной природы развитие новорожденного животно- го неотделимо от формирования и постоянной «тренировки» его двига- тельной системы. Эта система, ее «тренировка», во многом обеспечивает и возрастное развитие других органов и систем организма. Так что функ- циональные резервы даже взрослого организма во многом обусловлены не только его генофондом, но и тем, какой была его мышечная актив- ность в период роста. У маленьких детей это проявляется в естественной игровой активности. Позже, при соответствующем воспитании или с на- чалом обучения в школе, велика вероятность развития явлений гиподина- мии и гипокинезии. Этим во многом и объясняется крайняя необходимость проведения целенаправленной физкультуры в этом возрасте. Однако в подростковом возрасте развитие двигательной системы орга- низма нередко может опережать возможности систем обеспечения мы- шечной деятельности (особенно это относится к сердечно-сосудистой си- стеме). И поэтому если применять неадекватно интенсивные физические нагрузки, то это может привести к перенапряжению указанных выше «си- стем обеспечения». Особенно часто эти изменения имеют место в самом «узком звене» — сердце. Половые особенности Биологические особенности женского организма не сводятся лишь к отличиям детородных органов. Может быть, менее наглядно, но они проявляются и в двигательной системе. Так, относительная мышечная
868 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА масса у женщин на 5-10% меньше, чем у мужчин. Причем у женщин в мышечных волокнах даже плотность актомиозиновых волокон меньше (результат анаболического эффекта андрогенов, которых в женском орга- низме образуется меньше). Значит, ниже не только абсолютная, но и относительная сила мышц. В мышцах женщины с возрастом, причем достаточно рано — уже с 23-25 лет, первыми начинают атрофироваться быстрые (силовые) волокна. У женщин в сравнении с мужчинами существенно отличаются и функ- циональные резервы системы транспорта кислорода. Так, уровень МПК у физически не тренированных женщин на 25—30 % ниже. Причем более низкие показатели аэробной работоспособности у женщин обусловлены меньшими функциональными возможностями всех звеньев системы транспорта кислорода (ниже уровень гемоглобина, АВР-Ог, МОК, эффек- тивность легочной вентиляции), а также использованием его в мышцах (ниже активность системы аэробного окисления). Биологическое назначение женщин — выносить, родить и вскормить ребенка — накладывает соответствующие требования к тренировке мышц, и в первую очередь тех мышц, а через них и тех систем организма, от которых зависят указанные функции. Специфический интерес представляет вопрос о половых отличиях вли- яния интенсивных спортивных тренировок на аппетит. Установлено, что непосредственно после интенсивной тренировки у мужчин аппетит не из- меняется или может несколько снижаться, в то время как у женщин он возрастает. Это отличие позволяет по-разному подходить к такой пробле- ме, как снижение массы тела с помощью физических тренировок. Если мужчина может себе позволить не уделять слишком большого внимания диете, то женщина при этом должна следить еще и за диетой, обязательно снижая количество потребляемой пищи. Однако при этом диета должна быть полноценной, так как иначе может проявиться влияние поступления в организм недостаточного количества каких-либо крайне необходимых ему веществ. 20.3. ОСНОВЫ ФИЗИОЛОГИИ ТРУДА В процессе трудовой деятельности человека также развивается адапта- ция организма. Физиология труда—прикладной раздел физиологии, ко- торый изучает механизмы адаптации к труду с целью разработки мероп- риятий, направленных: - на сохранение здоровья; - на повышение производительности труда при наименьшем вреде для здоровья. Для этого необходимо изучать не только организм человека, адаптаци- онные изменения происходящие в нем, но и обязательно изучать условия труда, вредные факторы, сопровождающие его. Кроме того, физиология труда позволяет разработать показатели для профессионального отбора. В этом плане врач должен помочь в ориентации будущего представителя
Глава 20. ОРГАНИЗМ И СОЦИАЛЬНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ 869 какой-либо профессии таким образом, чтобы она оказывала наименьший вред его организму. Целенаправленная трудовая деятельность человека отличается от ак- тивности животных тем, что его взаимодействие с природой осуществля- ется путем активного преобразования ее. По своей сущности труд являет- ся одной из разновидностей социальной деятельности человека. Социаль- ное и биологическое начало в природе человека — две качественно раз- личные ступени развития. В силу социальной природы трудового процес- са биологическое начало человека должно подчиняться социальному, включаться в него. В то же время биологическая сущность человека со- храняет относительную самостоятельность (суточный биологический ритм, скорость реакций, мышечная сила и т. д.), так же как и свои харак- терные константы жизнедеятельности (гомеостаз). Деятельность человека в сложной производственной системе осуществ- ляется с учетом процессов перестройки многих функций его организма под воздействием различных факторов, присущих процессу трудовой деятельности. Одним из важнейших механизмов, формирующихся в процессе обуче- ния трудовым навыкам, является выработка динамического стереотипа. Формирование рабочего динамического стереотипа у человека происхо- дит под влиянием различных факторов, как-то: - факторов, определяющих наследственное развитие морфофункцио- нальных механизмов нервных центров; - факторов внешней среды; - целенаправленных педагогических воздействий. 20.3.1. Основные формы трудовой деятельности Все виды труда условно делятся на две группы: физический труд, где преобладает мышечная деятельность, и умственный труд с преобладанием интеллектуальной деятельности. Такое подразделение достаточно условно, так как ни одни из видов труда не может выполняться без регулирующей деятельности ЦНС. Но оно необходимо, поскольку реакция организма на эти два типа труда достаточно своеобразна. В настоящее время существует следующее подразделение видов трудовой деятельности: I. Формы труда, требующие значительной мышечной активности В настоящее время их можно отнести к уходящим, так как они сопря- жены с большими физическими нагрузками (землекопы, лесорубы, руч- ная косьба и др.). В этих профессиях полностью или частично отсутствует механизация производственного процесса. Эти работы характеризуются повышенными энергетическими затратами — до 4000 ккал и выше. Хотя такой физический труд развивает мышечную систему человека, он вызы- вает ряд отрицательных последствий. Основное из них — социальная не- эффективность такого труда. Для достижения сколько-нибудь оправдыва- ющей себя производительности требуется высокое, неоптимальное напря- жение физических сил человека.
870 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА II. Механизированные формы труда Это многочисленные профессии во всех отраслях производства. Энер- гетические затраты в этих группах составляют до 3500 ккал в сутки. От- личительные черты механизированных форм труда определяются сниже- нием мышечного компонента в работе и усложнением программы дейст- вий. Механизация переводит мышечную активность с проксимальных звеньев на дистальные, уменьшая роль крупных мышц в пользу мелких. При этом задача мелких мышц состоит преимущественно в развитии ско- рости и точности движений. Усложнение программы действий при механизированных формах тру- да связано с накоплением специальных знаний и двигательных умений. III. Групповые формы труда (работа на конвейерах) Основой высокой производительности труда на конвейере является ав- томатизация двигательных навыков, освобождение работника от вспомо- гательных операций, синхронизация работы участников ее. Эта форма труда отличается монотонностью однообразных трудовых процессов. Ве- личину такта, то есть интервал времени между операциями, можно при- нять за меру монотонности. Чем меньше этот интервал, тем монотоннее работа. В связи с этим высокие нагрузки предъявляются к подвижности нервных процессов, эмоциональной сфере. К тому же при этой форме труда создаются дополнительные нагрузки на нервную систему, посколь- ку на конвейере работают люди с далеко не одинаковыми свойствами нервной системы. IV. Формы труда, связанные с полуавтоматическим и автоматическим производством В этих формах труда получает дальнейшее выражение механизация производственного процесса. Человек не дополняет механизм, а управ- ляет им, обеспечивая его бесперебойную работу. Основной чертой дея- тельности работника во всех случаях является готовность к действию и связанная с ней срочность реакции. Такое функциональное состояние А. А. Ухтомский обозначил термином «оперативный покой». Это трудо- вая доминанта, направленная на предстоящую деятельность. Уровень оперативного покоя бывает различным в зависимости от важности пред- стоящей работы, отношения к ней, срочности действий, от индивидуаль- ности функций организма работника. Сохранение состояния оперативно- го покоя обеспечивается высоким уровнем напряжения нервной системы. Оно тем больше, чем меньше вероятность раздражителя. V. Формы труда, связанные с дистанционным управлением Здесь различают два основных рабочих ритма. В одних случаях пульты управления требуют частых активных действий человека, в других — редких. В первом варианте непрерывное внимание работника получает разрядку в многочисленных движениях или речедвигательных актах, во втором — работник находится главным образом в состоянии готовности
Глава 20. ОРГАНИЗМ И СОЦИАЛЬНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ 871 к действию. Более сложные формы — деятельность диспетчеров на про- изводстве или транспорте. VI. Формы интеллектуального труда С физиологической точки зрения, интеллектуальная деятельность осно- вывается на сложной активности ЦНС, в которой формируется соответ- ствующая программа действий. Интеллектуальный труд весьма многооб- разен, и программы действий могут быть самыми разными по сложности и качеству. С одной стороны — постоянная, относительно простая про- грамма действий, создающая более или менее законченный монотонный стереотип (телеграфисты, счетоводы и др.), с другой — переменная, слож- ная программа действий, которой руководствуются талантливый ученый, выдающийся конструктор — творческий труд. Можно выделить несколько наиболее типичных особенностей умствен- ного труда. К умственному труду относят работы, связанные с приемом и переработкой информации. Это создает повышенную нагрузку на сен- сорный аппарат, внимание, память, активирует процессы мышления, эмо- циональной сферы. Основные виды умственного труда Операторский труд — группа профессий операторов, связанная с уп- равлением машинами, оборудованием, технологическими процессами: операторы-наблюдатели, операторы-исполнители, операторы-технологи и др. Для исследования данной профессии, как наиболее распространен- ной в современном производстве, возник даже новый раздел науки — ин- женерная психология, изучающая взаимодействие человека с автоматизи- рованными системами. Управленческий труд — руководители учреждений, предприятий, учителя, преподаватели. В данной группе деятельности доминируют фак- торы, обусловленные чрезмерным ростом объема информации, возраста- нием дефицита времени для ее переработки, повышением социальной значимости и личной ответственности за принятие решений. Современно- му руководителю необходима большая совокупность различных качеств (политических, организаторских, деловых, личных), широкий круг знаний (экономики, управления, техники, технологии, психологии), наличие определенных навыков (педагога, воспитателя). Для данной формы труда характерны нестандартные решения, нерегулярность нагрузки, возмож- ность конфликтных ситуаций. Творческий труд — одна из наиболее сложных форм человеческой дея- тельности, так как требует многолетней предварительной подготовки, высокой квалификации. Это научные работники, писатели, композиторы, артисты, художники, конструкторы. Для их работы характерно создание новых алгоритмов деятельности (чаще, чем в других профессиях), значи- тельный объем памяти, напряженное внимание. Кроме того, у людей творческого труда, как правило, не регламентирован график деятель-
872 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА ности. Все это создает высокую степень нервно-эмоционального напря- жения. Труд медицинских работников. При всем многообразии специальностей врача и среднего медицинского работника у них есть и общие черты, связанные с постоянными контактами с людьми (в основном с больны- ми). И что самое важное — у медицинского работника должна быть постоянно повышенная ответственность за жизнь другого человека, часто сочетающаяся с дефицитом информации для принятия решения. Труд учащихся и студентов. Учебный процесс требует напряжения та- ких основных психических функций, как память, внимание (особенно его концентрация и устойчивость), восприятие. Кроме того, обучение часто сопровождается стрессовыми ситуациями (экзамены, зачеты). 20.3.2. Физиологическая характеристика умственного труда Основным условием трудового процесса при выполнении умственной работы является выработка и поддержание устойчивой доминанты. Пси- хическая деятельность реализуется всем мозгом в целом. При этом раз- личные отделы ЦНС функционируют весьма дифференцированно, но включаются в единое целое для обеспечения различных по содержанию форм психической деятельности. Вовлекаются как специфическйе (ана- лизаторные), так и неспецифические (ассоциативные зоны коры, лим- бическая система) структуры мозга. Во время умственной деятельности локальные процессы захватывают различные корково-подкорковые взаи- моотношения в обоих полушариях головного мозга. Если генерализованные (общие) изменения активности мозга сопро- вождают любой вид умственной деятельности, то локальные процессы активации наблюдаются при различных видах деятельности в разных об- ластях коры. Чем сложнее работа мозга, тем большее количество его структур функционирует синхронно. Так, если работа сопряжена с ре- чевой функцией, то большую роль играют отделы левого полушария (центры речи). Огромная роль принадлежит лобным отделам мозга (ассо- циативным отделам), осуществляющим объединение неспецифических форм активности с поступающей афферентной информацией. Утомление при умственном труде Важным механизмом обеспечения эффективности умственной работы является увеличение кровотока в активно работающих нервных центрах, что происходит преимущественно за счет перераспределения кровотока в сосудах мозга. Даже при большинстве форм физического труда основные механизмы утомления обусловлены развитием соответствующих процессов в ЦНС, а при умственном труде это проявляется тем более. Примечательно, что при утомлении, как результате умственной работы, снижается также и физическая работоспособность. Утомление и снижение работоспособно- сти при умственном труде тесно связаны с биоритмами и возрастом.
Глава 20, ОРГАНИЗМ И СОЦИАЛЬНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ 873 Основными особенностями процесса утомления, развивающегося при умственном труде, являются: - чувство слабости, - расстройство внимания, - ухудшение памяти и мышления, - ослабление воли, - сонливость, - моторные нарушения: - нарушение координации, - снижение их силы, - торопливость при выполнении. Развитие утомления зависит от состояния организма человека, внешних, а также эмоциональных факторов. Продолжение работы при развивающемся умственном утомлении происходит при повышении эмо- циональной напряженности. Большое влияние на скорость развития утомления оказывает возраст. У детей, в связи со слабыми тормозными процессами, утомление развива- ется быстрее. У пожилых людей при умственной работе более выражены процессы активации ВНС и наблюдается раннее ухудшение психических функций (особенно при напряженной работе). Все указанные изменения при частом (ежедневном) повторении могут приводить к патологическим сдвигам в организме, которые развиваются уже в сравнительно молодом возрасте. Причем изменения развиваются не только в психической сфере, но и в вегетативных органах. Особенно часто это встречается тогда, когда полное восстановление после работы (за период отдыха) не происходит, и острое утомление переходит в хро- ническое (переутомление). Негативное влияние умственного труда на организм Любая умственная работа вызывает определенное нервно-эмоциональ- ное напряжение. При этом обостряется восприятие, внимание, память, проявляются вегетативные сдвиги. Для каждого рода деятельности необ- ходим определенный оптимум эмоциональной напряженности, при кото- ром реакции организма оказываются наиболее совершенными и эффек- тивными. Эмоциональное напряжение во многом определяется сложными социально-психологическими мотивами. При умственной деятельности эмоции выступают в роли организатора целенаправленной деятельности (хотя наличие активации еще не гарантирует достижения соответствую- щего результата). В период выполнения умственной работы психические процессы пре- терпевают существенные изменения. В начале работы внимание, запоми- нание, скорость выполнения «тестовых» задач постепенно улучшаются (врабатывание). Значительная же умственная нагрузка обычно оказывает угнетающее влияние на психическую деятельность — проявляется быст- рым появлением усталости. В обеспечении умственной работоспособности большое значение при-
874.Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА надлежит вегетативным органам, обеспечивающим энергетический фон. Повышение активности симпатоадреналовой, гипоталамо-гипофизарно- адренокортикальной систем мобилизуют энергообеспечение организма в нужном направлении. Эмоции, при которых указанные механизмы также играют определенную роль, улучшают вовлечение их для обеспечения вы- полнения работы. Но положительное влияние эмоций на работоспособ- ность сказывается при непродолжительном эмоциональном возбуждении. При длительном же эмоциональном напряжении может проявиться отри- цательный эффект. В процессе эмоционального возбуждения ускоряется обмен катехола- минов (синтез и выход), стимулирующих энергетические процессы, мине- ральный обмен (повышается возбудимость нейронов). Наряду с увеличе- нием уровня глюкозы крови повышается содержание свободных жирных кислот (а это фактор риска развития атеросклероза). Вовлечение сердеч- но-сосудистой системы сопровождается увеличением ЧСС, а также повы- шением АД. Продолжительное эмоциональное напряжение может приво- дить к развитию нарушений в сердце, о чем свидетельствуют изменения на ЭКГ. Сам по себе умственный труд, не осложненный отрицательными эмо- циями, не оказывает значительного неблагопрятного влияния на орга- низм. И в то же время среди работников умственного труда достаточно высок процент заболеваемости, связанной с патологией в сердечно-сосу- дистой и нервной системах. Недостаточная активность скелетных мышц, которые в естественных условиях способствуют развитию процессов адаптации, повышающих функциональные резервы организма, сказыва- ется в виде обратного процесса — утраты адаптации. Поэтому важным средством поддержания высокой работоспособности, сохранения здо- ровья человека служит чередование умственного и физического труда (физических упражнений). 20.4. ЭКОЛОГИЯ И ЗДОРОВЬЕ Экология (от греч. oikos — дом) — это наука, изучающая «природный дом» — биосферу живущих в нем и те процессы, которые влияют на оби- тателей этого «дома». Биосфера (от греч. bios — жизнь и sphaira — шар) — это та часть Земли, состав, структура и энергетика которой определяются совокупной деятельностью живых организмов. В нее входят, наряду с рас- тительным и животным миром, все водные ресурсы, верхний слой земной коры и ее атмосфера. Экология человека исследует закономерности взаи- модействия человека с природой. Среди наиболее важных климатических факторов, воздействиующих на организм, можно назвать пониженную или повышенную температуру, влажность воздуха, его постепенное разрежение (понижение парциально- го давления кислорода) при подъеме в горы. Об изолированном воздей- ствии этих факторов на организм человека говорилось ранее в соответ- ствующих разделах. Здесь можно добавить, что в естественных условиях
Глава 20, ОРГАНИЗМ И СОЦИАЛЬНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ 875 чаще всего имеет место сочетанное воздействие нескольких из указанных факторов. Так, с увеличением высоты подъема над уровнем моря не только снижается содержание кислорода в воздухе, но он становится, как правило, более сухим. Воздух закрытых помещений Общепринятой точкой зрения является то, что при нахождении боль- шого количества людей в закрытом помещении развивается кислородное голодание. Однако это далеко не так. Как правило, в помещение посту- пает вполне достаточное количество кислорода через щели в дверях и окнах. Даже в герметически закрытых помещениях недостаточность кис- лорода может проявиться лишь спустя несколько часов. Человек погло- щает в минуту лишь около 250-300 мл кислорода, а в комнате размером 10 х 13x3 м его содержится около 85 м3. И даже если в такой (гермети- чески закрытой) комнате будет находиться 50 человек, они «выдышат» 5- 5,5% его лишь через 18-20 ч. При этом парциальное давление воздуха снизится примерно до уровня, аналогичного омечаемому на высоте 1700 м над уровнем моря. Но при таком парциальном давлении кислоро- да самочувствие и работоспособность еще мало изменяются. Другое дело углекислый газ. Его концентрация в воздухе закрытых помещений достаточно быстро может достигать такой величины, что ско- рость вентиляции легких по сравнению с исходной удвоится. Такая гипер- вентиляция приведет к существенному снижению содержания углекислого газа в крови, вследствие чего разовьются многие нежелательные послед- ствия для организма, в числе которых — снижение даже умственной ра- ботоспособности . Таким образом, скученность людей в закрытом помещении приводит к нарушению функций организма не за счет недостатка кислорода, а в пер- вую очередь в связи с выведением излишка углекислоты (а это один из наиболее мобильных буферов крови). 20.4.1. Урбанизация В последние десятилетия особенно ярко проявилось то, что не только человек зависит от условий внешней среды, но и природа, да и сама жизнь на планете Земля, все больше стали зависеть от жизнедеятельности человека. Поэтому в условиях современного технико-экономического уровня развития организм человека должен адаптироваться не только и не столько к природным условиям — к ним он адаптировался в течение всей «предыстории» жизни на нашей планете, — сколько к создаваемым самим человеком факторам, многие из которых являются отрицательны- ми антропогенными. А это порой оказывается намного трудней, так как отсутствует «опыт» предыдущих поколений. Самым характерным признаком современной цивилизации является урбанизация (от лат. urbanus — городской). В большинстве развитых стран в городах живет около 3/4 всего населения, а в некоторых даже бо- лее. В результате создается новая экологическая среда с высокой концен-
876 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА трацией антропогенных факторов. Одни из них, такие, как загрязнение атмосферного воздуха, высокий уровень шума, электромагнитные излуче- ния, являются непосредственным продуктом индустриализации. Дру- гие — высокая радиация, загрязнение больших территорий — следствие неизбежно возникающих аварий. Третьи, такие, как сосредоточие пред- приятий на ограниченной территории, высокая плотность населения, внутригородские и межгородские миграционные процессы и т. п. — след- ствие урбанизации как формы расселения. Человек как биологический вид может жить в естественно ограничен- ных условиях внешней среды. В то же время люди живут и на территори- ях, не полностью или не во все времена года отвечающих этим условиям. Это стало возможным благодаря применению искусственно создаваемых условий, особенно наглядно проявляющихся в городах. Но ...«любая пал- ка имеет два конца». Жизненная среда человека в большом городе пред- ставляет собой сложную систему не только экологических, но и социаль- ных воздействий на организм. При этом создаются не только условия, облегчающие или обеспечивающие жизнь, но и факторы отрицательного воздействия на организм. Человек как биологический вид эволюциониру- ет намного медленнее, чем создаваемые им самим внешние условия. И это отставание неизбежно отражается как на функции вегетативных органов и систем регуляции, так и на психике городского жителя. Указанные антропогенные факторы могут оказывать на организм че- ловека принципиально два типа воздействий: - непосредственное повреждающее влияние на биологические структуры; - опосредованное через возбуждение лимбической системы и связанные с ней структуры головного мозга. Еще одним негативным следствием научно-технического прогресса, су- щественно отражающимся на здоровье человека, приводящим к «болез- ням цивилизации», является гиподинамия. Еще 100 лет назад в обще- ственно-полезной деятельности человека доля физического труда состав- ляла 96 %, а сейчас — лишь около 1 %. У малоподвижного человека не только атрофируются скелетные мышцы, но «детренируется» сердечно- сосудистая система, часто встречаются ортопедические заболевания, нарушается обмен веществ, развивается ожирение. Все это относится к су- щественным факторам риска. 20.4.2. Урбанизация и стрессы Для медицины особенно важны те воздействия на организм человека, которые опосредованы через лимбическую систему, так как их влияние более скрытно, а порой и более опасно. Эмоциональная сфера обязатель- но включается при формировании любого адаптационного ответа ор- ганизма. Эмоции могут приводить к развитию «болезней адаптации». Появление эмоций сопровождается стандартным ответом, в который в качестве обязательного компонента входит выброс в кровь большого количества гормонов. Наиболее ярко проявляется действие адреналина. В результате усиливаются и учащаются сокращения сердца, суживаются
Глава 20, ОРГАНИЗМ И СОЦИАЛЬНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ 877 кровеносные сосуды и повышается кровяное давление, ускоряется свер- тывание крови, увеличивается просвет бронхов, тормозится деятельность органов ЖКТ, в крови возрастает содержание глюкозы и свободных жирных кислот. Такое состояние у животных и предков современного человека сопровождалось обязательной мышечной деятельностью, для которой и необходим весь комплекс указанных изменений. Но развитие адаптации на действие факторов урбанизации зачастую происходит при отсутствии мышечной деятельности, без реализации ка- техоламинов. И высокая концентрация гормонов приводит к их гистото- ксическому влиянию на организм. Прежде всего это сказывается на серд- це и сосудах, которые являются наиболее чувствительными и ранимыми: возникают микронекрозы в миокарде и других отделах сосудистого рус- ла, развивается гипертоническая болезнь, атеросклероз. Кроме того, может возникать язвенная болезнь, нарушение психической деятельности. Последнее особенно часто является следствием наслоения эмоциональ- ного стресса. Эмоциональный стресс развивается и в условиях, когда не удается достигнуть результата, жизненно важного для удовлетворения биологических и социальных потребностей. К примеру, городские виды деятельности порождают конкуренцию между людьми. Естественно, для большинства людей это весьма часто заканчивается поражением, а зна- чит, и эмоциональным всплеском — стрессом. Информационные и интел- лектуальные перегрузки вызывают у горожан чувство психической уста- лости (4/5 случаев инфаркта миокарда и большинство случаев язвенной болезни желудка можно связать с сопутствующим действием ее). Для современного типа урбанизации характерно ее резкое ускорение, когда жизнь одного поколения происходила вначале при небольшом ко- личестве автомобилей, а продолжилась при появлении космических ко- раблей. При этом могла быть даже смена социального строя. Для многих людей все это может происходить весьма болезненно, так как связано с разрушением прежнего образа жизни и требует существенной перестрой- ки личности. Одним из часто встречающихся следствий урбанизации является десин- хроноз (нарушение нормального соотношения биоритмичности многих жизненных процессов). С одной стороны, он возникает при быстрых пе- реездах (перелетах), смене временных поясов, изменении регламента ра- боты (сменная работа, круглосуточные дежурства), а с другой — является почти постоянным спутником многих разновидностей стресса. Наруше- ние соотношения ритмики наблюдается при перегревании и переохлажде- нии, рентгеновском и ультрафиолетовом облучении, при воздействии шу- ма и вибрации. Первым подстраивает свою активность к новому ритму опорно-двигательный аппарат. Для подстройки сна требуется несколько дней, а обменных процессов — недель. Сам процесс перенастройки рит- мов требует напряжения адаптационных механизмов. Но когда основные ритмы (сон, аппетит, самочувствие, работоспособность) уже перестрои- лись на новый ритм, а другие еще не успели, то эффективность работы
878 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА организма обеспечивается ценой избыточного напряжения систем регуля- ции. Даже у здорового молодого человека для перестройки всех ритмов требуется не менее 10-15 дней. У пожилых или больных людей этот про- цесс затягивается на большее время. В случае часто повторяющихся сдви- гов (авиаперелеты) наступают длительные и стойкие нарушения сна, же- лудочно-кишечные расстройства (вплоть до язвенной болезни), неврозы. Нарушение биологических ритмов особенно неблагоприятно при сопря- женном воздействии на организм человека других факторов урбанизации. Усталость, утомление, переутомление (особенно умственное) являются непременными спутниками горожан. Факторы урбанизации, даже такой относительно простой, как отдаленность места работы от места прожива- ния, приводя к сокращению свободного времени, способствуют накопле- нию усталости. В условиях резко выраженной урбанизации страдает и нравственное состояние человека. Примером этого является парадоксальный факт — именно для жителей города характерно ощущение пустоты и одиночест- ва. Современные города больше приспособлены не для людей, а для их автомобилей. Широкие магистрали с высотными домами создают дис- пропорцию естественной ориентации человека: с одной стороны, возни- кает искажение перспективы (а это отражается на функциональном состо- янии отделов ЦНС, связанных с важнейшей сенсорной системой организ- ма — зрением), с другой — возникает психологический дискомфорт типа ощущения своей ничтожности и т. п. Шумы и загрязнение атмосферы, контраст между роскошью и нище- той, скученность и одиночество — все это, действуя на психику человека, сеет разлад в его душе (жизнь в современном городе вплотную приблизи- лась к грани безумия). Во всех «цивилизованных» странах растет число психических заболеваний, самоубийств, преступлений, в том числе и «не- мотивированных». 20.4.3. Прямое повреждающее влияние факторов урбанизации на организм Относительно более понятным (и хотя бы теоретически проще устра- нимым) является воздействие факторов первого типа. Загрязнение окружающей среды и организм Наиболее важным негативным следствием научно-технического про- гресса является загрязнение всей биосферы. Основными виновниками этого являются города с их высокой плотностью промышленных пред- приятий, автотранспорта. Атмосферный путь поступления токсических веществ в организм является ведущим, так как в течение суток человек потребляет около 15 кг воздуха. Среди источников загрязнения атмосфе- ры на первом месте находится автотранспорт. Не намного отстает и оральный путь доставки в организм токсических соединений. Здесь пер- венствует вода, которой ежесуточно в организм поступает не менее 2,5 кг. Пищи человек употребляет около 1,5 кг. Вода и пища зачастую несут
Глава 20. ОРГАНИЗМ И СОЦИАЛЬНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ 879 в себе как отходы промышленных предприятий и транспорта, так и ток- сины, применяемые в сельскохозяйственном производстве. Загрязнение окружающей атмосферы приводит к многообразнейшим нарушениям в организме человека. Здесь сказывается прямое токсическое действие веществ на ферментативные и другие процессы, происходящие в различных системах организма здорового человека. Еще опаснее их вли- яние на организм больного. К примеру, окислы серы и разнообразные мелкие частицы (смесь сажи, пепла, пыли и т. п.) усугубляют течение хро- нических респираторных и сердечно-сосудистых заболеваний. Эти соединения оказывают и опосредованное влияние, так как многие из них модифицируются в организме, вступая вначале в рутинные хими- ческие процессы. Так, окислы азота при контакте с влажной поверхно- стью легких образуют кислоты, а те, в свою очередь, — нитриты и нитра- ты. Сами кислоты и их производные оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки, особенно глубоких отделов дыхательных путей, что может привести к рефлекторным расстройствам дыхания и даже оте- ку легких. Кроме того, нитриты и нитраты превращают оксигемоглобин в метгемоглобин, что приводит к снижению кислородной емкости крови. Уровень загазованности атмосферы напрямую взаимосвязан со многи- ми генетическими нарушениями. Причем кроме «грубых» генетических аномалий (типа хромосомных аберраций), приводящих к новообразова- ниям, спонтанным абортам, перинатальной гибели плода, аномалиям развития и т. п., могут быть и менее заметные нарушения. Дети, рожден- ные после патологически протекавшей беременности, которая встречает- ся намного чаще в наиболее загрязненных районах города, и живущие в загрязненных районах часто имеют более низкие показатели массы тела и физического развития. У них нередки также и функциональные откло- нения в сердечно-сосудистой системе. Кроме названных, как бы «обязательных» источников загрязнения биосферы, человечество все больше сталкивается с «непредусмотренны- ми» путями — различного типа авариями. Среди них наибольшую беду принесла Чернобыльская катастрофа. Существенное загрязнение почвы происходит как за счет разнообраз- ных промышленных выбросов, автотранспорта, так и при применении в сельском хозяйстве химикатов: пестицидов, гербицидов. Последние за- нимают первое место среди загрязнителей почвы. За ними следуют соли тяжелых металлов. Причина влияния микроэлементов на распространение заболеваний за- ключается в том, что они обладают высокой биологической активностью. Они участвуют в белковом, жировом, углеводном, витаминном, мине- ральном обменах, газо- и теплообмене, тканевой проницаемости, клеточ- ном делении, костеобразовании, кроветворении, росте, размножении, иммунных реакциях. Микроэлементы входят в структуру гормонов, вита- минов.
880 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА Влияние шума Шумом считаются нежелательные звуки, вызывающие различные нарушения в слуховой системе. Действие шума сначала ощущается психо- логически: в некоторых случаях даже его низкая интенсивность может восприниматься как утомляющая. Шум влияет на функции ЦНС, а через них — на вегетативные реакции. Это особенно наглядно проявляется на АД, деятельности внутренних органов. Высокий уровень шума приводит к повышению числа гипер- и гипотензий, гастритов, язвенной болезни желудка, болезней желез внутренней секреции и обмена веществ, психо- зов, неврозов, болезней органов кровообращения. У жителей шумных районов чаще выявляется церебральный атеросклероз, увеличенное со- держание холестерина в крови, астенический синдром. При сильных шумах возбуждение, достигая ВНС, действует на центры, регулирующие артериальное давление, дыхание, работу пищеваритель- ного тракта, влияет на кору больших полушарий. При этом вследствие развития охранительного торможения в коре больших полушарий проис- ходят серьезные сдвиги в высшей нервной деятельности (нарушается уравновешенность нервных процессов, снижается их подвижность, ухуд- шается условно-рефлекторная деятельность). Благоприятствует этим расстройствам и то, что шум способствует также развитию гипоксии моз- га. Это происходит в связи с тем, что многие из указанных вегетативных реакций приводят к ухудшению кровообращения. Так, одной из реакций действия шума является уменьшение содержа- ния сахара крови. В результате этого активируются надпочечники и рас- тет уровень адреналина в крови. Длительное же действие шума истощает этот механизм: угнетается деятельность надпочечников, развивается выраженная гипогликемия. Это, в свою очередь, дополнительно снижает активность функций ЦНС, для которых глюкоза крови является основ- ным источником энергообразования (ресинтеза АТФ). При малой интен- сивности, но постоянном шуме, в нервных центрах слуховой сенсорной системы создаются доминантные очаги, которые, тормозя деятельность других отделов ЦНС, нарушают многие функции организма. Вибрация и ускорения Колебательные движения (вибрация) передаются на туловище и голову через ноги, руки, ягодицы. Колебаниям подвергается как все тело, так и, в зависимости от их резонансных частот, отдельные органы. Вибрация может вызвать как острое падение работоспособности, общее недомо- гание, так и, накапливаясь, вызвать хронические нарушения. При этом развиваются повреждения суставов (особенно локтевого и сочленений позвоночника), расстройства кровообращения. При пользовании современным транспортом возникают различного рода ускорения, которые могут вызвать заболевания — кинетозы. Наибо- лее характерным из них является так называемая «морская болезнь» (см. гл. 6 — «Вестибулярный анализатор»).
Глава 20. ОРГАНИЗМ И СОЦИАЛЬНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ 881 Электромагнитные поля И еще один существенный источник вредного влияния на здоровье — электромагнитные поля (ЭМП) коротковолнового, ультракоротковолно- вого и высокочастотного диапазонов. Их основные источники — корот- коволновые передатчики, телецентры, радиолокаторы, сверхвысокоча- стотные и средневолновые передатчики. Ухудшение самочувствия под действием ЭМП является следствием влияния их на электромагнитные процессы, связанные с регуляцией многих физиологических функций. Наиболее уязвимой является нервная система, наиболее чувствительными структурами которой являются лимбическая система и гипоталамус. Че- рез эти отделы происходит воздействие на эндокринные железы и внут- ренние органы. Большой чувствительностью к действию ЭМП обладает половая сфе- ра. Изменения в ней происходят как в результате прямого воздействия, так и через нейроэндокринную регуляцию. Действие ЭМП на организм матери приводит к рождению неполноценного потомства. Эксперимен- тально показано и отставленное во времени влияние указанных полей на последующие поколения. Воздействие через системы регуляции и прямое влияние на проводящую систему сердца нарушают функцию сердечно- сосудистой системы. Комплексность воздействия малых доз Необходимо учитывать, что, как правило, на современного человека обычно оказывают комплексное влияние несколько факторов. Причем действие микстов, даже при условии, что каждый из их составляющих относительно слабый, может привести к значительным нарушениям в здоровье. Особенно это сказывается, когда добавляются факторы одно- направленного действия: с каждым из них риск заболевания возрастает. Нужно учитывать даже и то, что на здоровье человека существенное вли- яние оказывает резкая смена погоды. Этот механизм действует как сам по себе, так и через наслаивание на другие неблагоприятные факторы. Существенно и то, что многие токсические соединения имеют тенден- цию к постепенному накоплению (коммуляции) в организме. Причем осо- бенно опасно, что накопление этих соединений, металлов (свинец, никель, бериллий, ртуть) в организме начинается с уровня загрязнения, значи- тельно меньшего предельно допустимой концентрации (ПДК). Поэтому на современном уровне развития медицинской науки встал вопрос о пе- ресмотре отношения к предельно допустимым концентрациям токсиче- ских веществ. Под этим понятиям подразумевается пороговая или допо- роговая их концентрация, не дающая острого отравления. Но малые дозы токсических соединений, не приводя к острому отравлению, при длитель- ном поступлении в организм постепенно и в то же время существенно пе- рестраивают обменные процессы, активность систем регуляции, чувстви- тельность к ним эффекторов. Так, к примеру, пероральное поступление пестицидов приводит к фазным изменениям иммунных механизмов не только системы пищеварения, но и даже легких. Вначале дезинтоксикаци-
882 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА онные механизмы стимулируются, но в последующем происходит угнете- ние их активности. Поэтому на этом фоне повышается чувствительность организма к действию токсинов и микроорганизмов, которые могут по- ступить через систему дыхания. То есть и в легких, казалось бы, столь отдаленных от источника поступления токсинов, происходят те же изме- нения, но они отставлены во времени. Высокая загрязненность среды зачастую соседствует и даже способ- ствует росту содержания различных микроорганизмов. Показатели за- болеваемости бронхитами, бронхиальной астмой, отитами и другими относительно «малоинфекционными» заболеваниями взаимосвязано с за- грязненностью воздуха. Здесь проявляется двойной эффект — снижение иммунных механизмов самого человека и относительно более высокая микробная загрязненность. Космическая экология В настоящее время настала пора говорить и еще об одной экологиче- ской проблеме, которая связана с ближайшим и отдаленным Космосом. Речь идет о влиянии различного рода полей, связанных с электромагнит- ными и другими подобными потоками. В связи с их влиянием на орга- низм человека, его отдельные органы (особенно системы регуляции) и даже отдельные клетки, изменение интенсивности этих потоков не может не отразиться на здоровье. Ранее, когда человечество вторгалось в окру- жающую природу лишь на местном химическом (загрязняя почву, воду) уровне, этот вопрос на повестке дня не стоял. Но сейчас деятельность человечества перешла грань локального воздействия, приступив к гло- бальному вторжению в природу. Здесь можно выделить наиболее акту- альную проблему, связанную с нарушением защитного слоя атмосферы. Но не исключено, что в не столь отдаленное время встанет проблема влияния деятельности человека на более отдаленный Космос. Преобразуя окружающую среду, биосферу и особенно такие ее части, как гидросфера и атмосфера, человечество само себя подставляет под еще больший «обстрел» космических факторов. Так, к примеру, истончение защитного озонового слоя, а местами и появление озоновых дыр проис- ходит при поступлении в атмосферу фреоновых соединений. В результате на землю поступают жесткие ультрафиолетовые лучи в таком количестве, что вызывают не только «загар», но и множество патологических реак- ций организма. Космическое излучение может привести и к таким влия- ниям на организм человека, которые могут сказаться через много лет или даже поколений. Но урбанизация населения приводит и к изменению влияний на орга- низм полей различных космических источников. Эти поля являются од- ними из механизмов регуляции функций клеток наших органов и тканей. Железобетон, используемый в строительстве, экранируя человека от не- которых из естественных космических полей, не может не отразиться на указанных системах. В то же время появление источников таких полей, создаваемых человеком (линии электропередач, компьютеры, телевизоры,
Глава 20. ОРГАНИЗМ И СОЦИАЛЬНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ 883 сотовые телефоны и другие, менее рекламируемые), также сказывается да- леко не в лучшую строну на здоровье ныне здравствующего человечества. А кто знает, как это отразится на наших потомках? Все большее задымление атмосферы приводит к появлению парнико- вого эффекта и потеплению климата. Повышение среднегодовой темпера- туры может привести к более интенсивному таянию ледников, поднятию уровня океанов и морей, грунтовых вод и к затоплению не только низкой береговой зоны. То есть может произойти глобальное нарушение давно установившегося на земле водного равновесия. Это, несомненно, скажет- ся на человечестве. Таким образом, земная и космическая экология уже сейчас должны стать одними из наиболее актуальных направлений, и не только научных изысканий. К получаемым научным выводам должен, просто обязан прислу- шаться каждый житель нашей планеты, начиная от королей и премьер- министров до любого из нас. Человечество не имеет права жить по посло- вице «После нас хоть потоп». Человечество обязано сохранить себя, свое бессмертие! Вопросы для повторения № 1 Адаптация развивается при: А. Действии слишком сильного раздражителя Б. Повреждении органа патологическим про- цессом В. Более продолжительном или более час- том влиянии обычного раздражителя Г. Повышении функциональной активности № 2 Компенсация происходит при: А. Действии слишком сильного раздражителя Б. Повреждении органа патологическим процессом В. Более продолжительном или более час- том влиянии обычного раздражителя Г. Повышении функциональной активности № 3 Стресс возникает при: А. Действии слишком сильного раздражителя Б. Повреждении органа патологическим процессом В. Более продолжительном или более час- том влиянии обычного раздражителя Г. Повышении функциональной активности № 4 Физиологическая стадия адаптации ха- рактеризуется: А. Использованием функциональных резер- вов Б. Структурными перестройками в органах и системах В. Нарушением взаимодействия между от- дельными системами Г. Улучшением взаимодействия между от- дельными системами № 5 Морфологическая стадия адаптации характеризуется: А. Использованием функциональных резер- вов Б. Структурными перестройками в органах и системах В. Нарушением взаимодействия между от- дельными системами Г. Улучшением взаимодействия между от- дельными системами № 6 Проявление физиологической стадии адаптации происходит в связи: А. С повышением тонуса парасимпатиче- ского отдела ВНС Б. С повышением тонуса симпатического отдела ВНС В. С возрастанием уровня адреналина в крови Г. С увеличением уровня тироксина в крови
884 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА NS 7 Укажите неправильный ответ. Долговременная стадия адаптации про- исходит при участии: А. Инсулина Б. Вазопрессина В. Трийодтиронина Г. Андрогенов Д. Кальцитонина Ns 8 «Перекрестная адаптация» обусловле- на: А. Общностью механизмов, определяющих ответ на действие различных раздражите- лей Б. Одновременным влиянием на организм нескольких факторов В. Невозможностью адекватного ответа при действии нескольких факторов Г. Истощением резервов при развитии вы- сокого уровня адпаптации Д. Прекращением действия фактора, вызы- вающего адаптацию Ns 9 «Плата за адаптацию» обусловлена: А. Общностью механизмов, определяющих ответ на действие различных раздражите- лей Б. Одновременным влиянием на организм нескольких факторов В. Невозможностью адекватного ответа при действии нескольких факторов Г. Истощением резервов при развитии вы- сокого уровня адпаптации Д. Прекращением действия фактора, вызы- вающего адаптацию Ns 10 Дезадаптация происходит в связи: А. С одновременным влиянием на организм нескольких факторов Б. С невозможностью адекватного ответа при действии нескольких факторов В. С истощением резервов при развитии высокого уровня адаптации Г. Со слишком частой сменой процессов адаптации Д. С прекращением действия фактора, вы- зывающего адаптацию Ns 11 Укажите неправильный ответ. Особенности процессов адаптации у людей пожилого возраста обусловлены: А. Снижением фунциональных резервов сердечно-сосудистой системы Б. Изменением в системе нейрогенной ре- гуляции функций В. Изменением системы иммунитета Г. Улучшением эмоциональной регуляции функций ЦНС Д. Изменением в системе эндокринной ре- гуляции функций № 12 Утрата адаптации происходит в связи: А. С общностью механизмов, определяю- щих ответ на действие различных раз- дражителей Б. С одновременным влиянием на организм нескольких факторов В. С невозможностью адекватного ответа при действии нескольких факторов Г. С истощением резервов при развитии высокого уровня адпаптации Д. С прекращением действия фактора, вы- зывающего адаптацию Ns 13 Реадаптация развивается в связи: А. С общностью механизмов, определяю- щих ответ на действие различных раз- дражителей Б. С одновременным влиянием на организм нескольких факторов В. С невозможностью адекватного ответа при действии нескольких факторов Г. С истощением резервов при развитии высокого уровня адпаптации Д. С прекращением действия фактора, вы- зывающего адаптацию Е. С повторным действием фактора, ранее вызывавшего адаптацию Ns 14 При занятиях физкультурой в организ- ме развиваются процессы: А. Компенсации Б. Адаптации В. Стресса Г. Дезадаптации
Глава 20. ОРГАНИЗМ И СОЦИАЛЬНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЧЕЛОВЕКА 885 Ns 15 Укажите неправильный ответ. Недостаточная физическая активность у здорового молодого человека приводит: А. К гипоксии Б. К гипокинезии В. К гиподинамии Г. К возрастанию риска развития раннего атеросклероза № 16 Укажите неправильный ответ. При выполнении физических упражне- ний реакция организма происходит по следующим стадиям: А. Врабатывание Б. Стационарное состояние В. Напряжение Г. Утомление Д. Восстановление № 17 При выполнении равномерной физиче- ской нагрузки возрастание частоты со- кращения сердца происходит в следую- щие стадии: А. Врабатывание Б. Стационарное состояние В. Утомление Г. Восстановление № 18 Для развития процессов адаптации по- сле выполнения физической нагрузки она должна быть доведена до следую- щей стадии: А. Врабатывание Б. Стационарное состояние В. Утомление Г. Восстановление Ns 19 При спортивной тренировке развитие утомления: А. Является патологическим процессом Б. Необходимо для последующего развития процесса адаптации В. Является нежелательным Г. Является сигналом необходимости пре- кратить работу Ns 20 Развитие утомления при выполнении интенсивной, но непродолжительной работы обусловлено: А. Нарушением передачи нервного импуль- са в нервно-мышечных синапсах Б. Снижением в крови уровня глюкозы В. Нарушением передачи нервного импуль- са в синапсах ЦНС Г. Нарушением метаболизма в работавших скелетных мышцах Ns 21 Интенсивное поглощение кислорода ра- ботающими мышцами обеспечивается: А. Снижением pH в мышцах Б. Увеличением pH в мышцах В. Возрастанием уровня 2,3-ДФГ в эритро- цитах Г. Снижением уровня 2,3-ДФГ в эритроцитах Д. Повышением температуры мышц Ns 22 Устойчивое состояние при беге с по- стоянной скоростью характеризуется: А. Постоянным ростом МОК Б. Постоянным ростом МОД В. Стабильным уровнем МОК и МОД Г. Снижением МОК и МОД Ns 23 Период врабатывания при начале вы- полнения физической нагрузки харак- теризуется: А. Увеличением МОК Б. Постоянным ростом МОД В. Стабильным уровнем МОК и МОД Г. Снижением МОК и МОД Ns 24 Состояние восстановления после вы- полнения физической нагрузки харак- теризуется: А. Увеличением МОК Б. Постоянным ростом МОД В. Стабильным уровнем МОК и МОД Г. Снижением МОК и МОД NS25 Появление утомления при выполнении физической нагрузки характеризуется: А. Увеличением МОК Б. Постоянным ростом МОД В. Стабильным уровнем МОК и МОД Г. Снижением МОК и МОД
886 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА Ns 26 Укажите неправильный ответ. В основе выработки рабочего динами- ческого стереотипа при обучении лежат следующие свойства ЦНС: А. Мотивационное возбуждение Б. Иррадиация возбуждения В. Образование временных связей Г. Активное состояние ЦНС Д. Действие посторонних раздражителей Ns 27 Вставьте пропущенные цифры. В период врабатывания при выполне- нии средней интенсивности физической нагрузки сердечно-сосудистая система выходит на стационарный уровень че- рез ... , а скелетные мышцы через ... А. 15-20 мин, 3-5 мин Б. 4-5 с, 10-15 с В. 10-15 с, 15-20 мин Г. 3-5 мин, 4-5 с Ns 28 Укажите неправильный ответ. Недостаток мышечной деятельности может привести: А. К снижению мышечной массы Б. К риску развития атеросклероза В. К нарушению липидного обмена Г. К снижению адаптационных резервов ор- ганизма Д. К увеличению адаптационных резервов организма Ns 29 Отличительными особенностями утом- ления, развивающегося при умствен- ном труде, являются: А. Чувство слабости Б. Расстройство внимания В. Ухудшение памяти Г. Ослабление воли Д. Сонливость Ns 30 При развитии срочной стадии адапта- ции усиливается: А. Пищеварение Б. Частота сердечных сокращений В. Дыхание Г. Образование мочи Д. Обмен энергии Ns 31 Первые признаки нарушения дыхания при пребывании большого количества людей в замкнутом помещении обус- ловлены: А. Снижением РОг в артериальной крови Б. Снижением РСОг в артериальной крови В. Увеличением РОг в артериальной крови Г. Увеличением РСОг в артериальной крови Ns 32 Урбанизация населения приводит: А. К возрастанию частоты стрессовых ситуа- ций Б. К снижению частоты стрессовых ситуаций В. К увеличению количества работников физического труда Г. К снижению заболеваемости Д. К снижению количества работников фи- зического труда Ns 33 Среди подкорковых структур главная роль в развитии долговременной ста- дии адаптации принадлежит следую- щим отделам ЦНС: А. Гипоталамусу Б. Гиппокампу В. Ретикулярной формации Г. Двигательным ядрам мозгового ствола Д. Базальным ядрам Ns 34 Укажите наиболее характерные при- знаки тяжелого физического труда: А. Социальная неэффективность Б. Автоматизация двигательных навыков В. Монотонность Г. Повышенная нагрузка на сенсорные сис- темы Д. Значительное участие второй сигнальной системы Ns 35 Укажите наиболее характерные при- знаки конвейерного труда: А. Социальная неэффективность Б. Автоматизация двигательных навыков В. Монотонность Г. Повышенная нагрузка на сенсорные сис- темы Д. Значительное участие второй сигнальной системы
Глава 20. ОРГАНИЗМ И СОЦИАЛЬНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЧЕЛОВЕКА 887 № 36 Укажите наиболее характерные призна- ки интеллектуального труда: А. Социальная неэффективность Б. Автоматизация двигательных навыков В. Монотонность Г. Повышенная нагрузка на сенсорные сис- темы Д. Значительное участие второй сигнальной системы №37 В периоде врабатывания при физиче- ских нагрузках раньше всего на опти- мальный функциональный уровень вы- ходят: А. Органы кровообращения Б. Органы дыхания В. Скелетные мышцы Г. Механизмы транспорта газов кровью № 38 Укажите основной путь ресинтеза АТФ при интенсивных физических нагрузках: А. Гликолиз Б. Аэробный ресинтез АТФ В. Распад креатинфосфата Г. Нет правильного ответа № 39 Укажите основной путь ресинтеза АТФ, обеспечивающий выполнение длитель- ных физических нагрузок небольшой интенсивности: А. Гликолиз Б. Аэробный ресинтез АТФ В. Распад креатинфосфата Г. Нет правильного ответа № 40 При лабораторном определении уровня работоспособности двух человек у од- ного был обнаружен высокий уровень МПК (максимального потребления кис- лорода), а у другого — ПАНО (порога ан- аэробного обмена). Кто из них обладает большей физической работоспособно- стью при беге на длинные дистанции: А. Тот, у которого выше уровень МПК Б. Тот, у которого высокий уровень ПАНО В. Нет правильного ответа № 41 При лабораторном определении уров- ня работоспособности двух человек у одного был обнаружен высокий уро- вень МПК (максимального потребления кислорода), а у другого — ПАНО (поро- га анаэробного обмена). Кто из них обладает большей физической рабо- тоспособностью при беге на короткие и средние дистанции: А. Тот, у которого выше уровень МПК Б. Тот, у которого высокий уровень ПАНО В. Нет правильного ответа №42 Вставьте нужные слова. Опосредованное влияние загрязнения окружающей среды обусловлено тем, что при поступлении в организм неко- торые вещества ... с метаболитами самого организма и ... в токсические. А. Взаимодействуют, превращаются Б. Взаимодействуют, не превращаются В. Не реагируют, превращаются Г. Не реагируют, не превращаются № 43 В районе, прилегающем к аэропорту население чаще ... в связи с ... А. Болеет; влиянием приезжих Б. Болеет; влиянием шума В. Более здоровое; тем, что аэропорт рас- полагается в пригороде Г. Болеет; влиянием загазованности воздуха №44 В районе, прилегающем к металлурги- ческому комбинату, население чаще ... в связи с... А. Болеет; влиянием приезжих Б. Болеет; влиянием шума В. Более здоровое; тем, что аэропорт рас- полагается в пригороде Г. Болеет; влиянием загазованности воздуха №45 Укажите неправильный ответ. Длительное воздействие шума приво- дит: А. К нарушению слуха Б. Не изменяет слух В. К утомлению ЦНС Г. К росту заболеваний органов кровообра- щения Д. К росту заболеваний органов дыхания
Глава 21 ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ РАЗМНОЖЕНИЯ И РАЗВИТИЯ 21.1. МУЖСКОЙ ОРГАНИЗМ 21.1.1. Внутриутробное развитие У млекопитающих и у человека в том числе зачаточная гонада в отсут- ствие У-хромосомы запрограммирована на развитие полового тракта по женскому типу. При наличии у плода 23-й пары XY хромосом начиная с 6-16-й недели внутриутробного развития впервые проявляют себя анд- рогены, регулирующие половую дифференцировку по мужскому типу. В этот период, вначале постепенно повышаясь, а затем к 24-й неделе сни- жаясь, проявляется активность клеток Сертоли. Они вырабатывают бел- ковое вещество — фактор, ингибирующий Мюллеров проток (ФИМ). Одновременно с ним клетки Сертоли начинают продуцировать тесто- стерон. Этот андроген принимает участие в развитии многих структур мужского полового тракта. Под влиянием тестостерона клетки зароды- шевого гребешка развиваются с формированием наружных и внутренних мужских половых органов. Присутствие в организме плода андрогенов способствует также диффе- ренцировке мозга, становлению «мужского мозга» — формируются отли- чительные особенности тех мозговых структур (особенно гипоталамуса), которые в последующем будут связаны с регуляцией секреции гипофизар- ных гонадотропинов и обеспечивающих соответствующее половое пове- дение. Мужской тип гипоталамуса характеризуется тем, что в последую- щем, в период половой активности, он теряет способность к циклической регуляторной деятельности, характерной для женского организма. Любо- пытно, что «мужской мозг» как в эмбриональном периоде, так и во взрос- лом организме обеспечивается влиянием не самого тестостерона, а эстро- генов, образующихся из него в специфических нейронах. Во время внутриутробного формирования примитивного семенника гипофиз плода еще не продуцирует ЛГ. Его заменяет хорионический гона- дотропин (ХГ), секретируемый в этот период в плаценте и поступающий к плоду. В то же время эмбрионы обоего пола защищены от высокого уровня эстрогенов, которые могут поступать из крови матери, имеющим- ся в их крови а-фетопротеином, который связывает эти стероиды. 21.1.2. Младенчество и пубертатный период После рождения в период между 1-м и 6-7-м месяцами у здоровых мальчиков происходит существенное повышение содержания тестостеро- на в крови — его уровень может достигать примерно половины уровня у взрослого мужчины. Это обусловлено повышением содержания ЛГ. За- тем концентрация в крови обоих гормонов несколько падает. Следующий
Гл. 21. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ РАЗМНОЖЕНИЯ И РАЗВИТИЯ 889 пик активности семенников приходится на начало полового созревания и заканчивается после окончания репродуктивного периода. С 6-10 лет начинается новая волна постепенного повышения уровня ЛГ и ФСГ (причем образование ФСГ увеличивается быстрее). Содержа- ние ФСГ и ЛГ более значимо возрастает в период 10-15 лет и к концу этого срока уже может достигать уровня у взрослого мужчины. Парал- лельно повышается чувствительность гипофизарных гонадотрофов к РнРГ, а клеток Лейдига — к ЛГ. В период полового созревания наблюда- ются пиковые ночные «всплески» секреции гонадотропинов. В пубертатный период физиологическая роль андрогенов заключается в стимуляции развития вторичных половых признаков, сперматогенеза, а также синергического с ГР влияния на рост. Кроме того, андрогены явля- ются мощными анаболиками, особенно это влияние сказывается на био- синтезе мышечных белков. В этом периоде проявляется четкая зависи- мость влияния уровня гормонов крови на ростковые зоны костей. Так, относительно небольшой, но постепенно возрастающий уровень андроге- нов повышает чувствительность ростковых зон кости к действию гормо- на роста, и в результате усиливается рост костей в длину (пубертатный скачок). А затем, когда содержание половых гормонов в крови, постепен- но возрастая, становится выше какого-то определенного уровня, происхо- дит закрытие эпифизарных хрящей, и рост прекращается. Таким образом, проявив свою активность в период 6-23 недель внут- риутробного развития, гормональная функция семенников к 30-й неделе прекращается и вновь возобновляется в 10-12-летнем возрасте. До этого небольшое количество тестостерона образуется в надпочечниках. В ре- продуктивный период тестостерон у мужчин в надпочечниках почти не образуется (так проявляется эффект отрицательной обратной связи) и почти весь тестостерон крови синтезируется в семенниках. Другие андро- гены (андростендион, дигидротестостерон и т. д.) образуются как в над- почечниках, так и в других органах и тканях. 21.1.3. Взрослый организм Семенник представляет собой сложный орган, состоящий из двух ос- новных популяций клеток:. - клеток Лейдига, синтезирующих и секретирующих в кровь основной андроген — тестостерон; - клеток семенных канальцев, где происходит гаметогенез. Синтез и секреция тестостерона происходят под влиянием ЛГ гипофи- за. Процесс сперматогенеза регулируется ФСГ и тестостероном (пара- кринный эффект соседних клеток Лейдига). Хотя с возрастом секреция тестостерона снижается, нередко нормальный сперматогенез идет до глу- бокой старости. Длинный жгутикообразный «хвост» сперматозоида способствует его движению. Это происходит в слабощелочной среде, а в кислой гаметы выглядят ригидными. Слабощелочную реакцию во влагалище при по- ступлении туда спермы создают компоненты самой семенной жидкости,
890 Раздел ГУ. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА так как у влагалищных секретов реакция слабокислая. Основная масса се- менной жидкости образуется в семенных пузырьках и предстательной же- лезе. В состав спермы входят такие важные компоненты, как фруктоза (питание гамет), простагландины (стимулируют подвижность полового тракта женщины), фибриноген и ферменты (образуется фибрин, вызыва- ющий коагуляцию семенной жидкости). Кроме того, для функционирова- ния протоков, по которым новообразованные сперматозиоды должны пройти в семявыбрасывающий проток, также требуется высокая концен- трация андрогенов: активная форма их (5а-ДГТ) образуется здесь из тес- тостерона. Андрогены играют важную роль и в различных структурах ЦНС. При- чем в нервной ткани происходит активный метаболизм с превращением части их в эстрогены. Под влиянием андрогенов и эстрогенов находится активность многих функций ЦНС, начиная от процессов, связанных с ре- гуляцией полового поведения, эмоциональной сферы, вплоть до органи- зации высших форм рассудочной деятельности. Широко представлены рецепторы к андрогенам в структурах лимбической системы, активность которых обеспечивает появление эмоций, а значит, и их связь с половыми рефлексами. Наличие рецепторов к андрогенам в ретикулярной форма- ции мозга обеспечивает влияние половых гормонов на их функцию, свя- занную с регуляцией общей активности мозга. Андрогены влияют также и на процессы латерализации мозга. Особенно тесно связаны эти гормо- ны с активностью правого полушария. В свою очередь, на структуры гипоталамуса, ответственные за обра- зование рилизинг-гормонов — регуляторов уровня половых гормонов, оказывают активное влияние эндогенные опиоиды, дофаминергические нейроны, ГАМКергические структуры мозга. Эстрадиол у мужчин секретируется семенниками, но, кроме того, неко- торое количество его образуется непосредственно в тканях различных органов из андростендиола. Эстрон, напротив, секретируется надпочеч- никами. Концентрация гипофизарного пролактина в крови мужчин лишь чуть меньше, чем в крови женщин. Роль пролактина у мужчины заключа- ется в том, что он является агонистом ЛГ: усиливает действие ЛГ на сте- роидогенез в клетках Лейдига. Кроме того, пролактин увеличивает коли- чество рецепторов андрогенов в тканях предстательной железы и семен- ных пузырьках, что повышает чувствительность их к соответствующим гормонам. В то же время гиперпродукция пролактина приводит к атрофии семенников, снижению концентрации тестостерона в крови, к импотенции. Дефицит андрогенов приводит к существенным нарушениям формиро- вания первичных и вторичных половых признаков, роста костей, разви- тия скелетных мышц, оволосения, тембра голоса, обменных процессов и полового поведения. У евнухоидных мужчин наблюдается типично жен- ское расположение подкожного жира (в области бедер и нижней части живота). В силу того, что тестостерон участвует в обеспечении мужского полового поведения и облегчает процессы копуляции, при снижении его
Гл. 21. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ РАЗМНОЖЕНИЯ И РАЗВИТИЯ 891 образования может наблюдаться склонность к мужской гомосексуально- сти. Однако несомненно, что к данной патологии приводит не только со- ответствующий гормональный фон, то есть биологическая природа чело- века, обеспечивающая половое поведение, но огромное влияние оказыва- ют среда, социальные факторы, воспитание. Анаболический эффект андрогенов используется не только в медицине, но и, к примеру, в спорте. В последнем случае применение их запрещено не только в связи с «нечестностью» организации тренировочного про- цесса и соревновательной деятельности. Дело в том, что чрезмерное их применение приводит к ряду отрицательных эффектов у спортсменов, а у женщин — и к развитию вирилизующего эффекта. Кстати, все другие анаболики являются производными андрогенов и в большей или меньшей степени обладают вирилизующим эффектом. 21.2. ЖЕНСКИЙ ОРГАНИЗМ В воспроизведении потомства женщине принадлежит неизмеримо большая роль, чем мужчине. В связи с этим для регуляции процессов, свя- занных с развитием женщины, а затем с беременностью, родами и корм- лением, в ее организме образуется обширный спектр гормонов. Появля- ются и проявляют свои функции они в репродуктивный период строго циклически, примерно через 28 дней. 21.2.1. Внутриутробный период В период внутриутробного развития яичники не обладают гормональ- ной активностью, хотя гипоталамо-гипофизарная система и зародышевые клетки, формирующие половые органы, как и у мальчиков, подвергаются действию хорионического гонадотропина. Как указывалось выше, разви- тие плода идет по женскому типу даже при наличии XY хромосом, если «стрелка» не будет переведена тестостероном на рельсы мужского типа. То есть во внутриутробном периоде формирования женского типа поло- вых органов основным необходимым условием является отсутствие в ор- ганизме андрогенов. 21.2.2. Препубертатный период В период детства эстрогены секретируются надпочечниками и яични- ками в таком малом количестве, что для индуцирования дальнейшего развития репродуктивных органов их недостаточно. Однако в этот пери- од яичники сохраняют способность реагировать на гонадотропины, и при их введении или раннем начале эндогенной продукции может проис- ходить преждевременное половое созревание девочек. Начало полового созревания регулируется головным мозгом, его супрагипофизарными отделами. Небольшое количество эстрогенов, которые имеются в крови в этот период, обеспечивает ингибирование секреции гонадотропинов соответствующими центрами ЦНС за счет обратной связи.
892 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА 21.2.3. Пубертатный период В период полового созревания происходит резкое снижение чувстви- тельности центров ЦНС к тормозящему влиянию эстрогенов. В результа- те начинается секреция гонадотропинов, которые в конечном счете и обеспечивают половое созревание. Одним из основных «тормозов» чувст- вительности центральных структур «гонадостата» является гормон эпи- физа мелатонин, образование которого в этот период начинает постепен- но снижаться. Повышенная продукция эстрогенов, а также и андрогенов яичниками в ответ на новый, более высокий уровень гонадотропинов приводит к ускорению роста и развития матки, влагалища, наружных половых орга- нов, таза, молочных желез, а также добавочных половых желез и волос в подмышечной впадине и на лобке. Процесс полового созревания начи- нается в период 9-Ю лет, хотя первые месячные могут появиться в 12 и да- же 16 лет. Появление первых месячных (через несколько дней после овуля- ции) еще не означает становления регулярного полового цикла. Регуляр- ность возникает лишь спустя несколько месяцев. Но начальное повышение гонадотропной активности гипофиза с формированием ФСГ, ЛГ еще не характеризуется выраженной цикличностью. Однако несмотря на то, что эта активность еще не носит регулярного ритмического характера, она обеспечивает постепенное повышение продукции эстрогенов и развитие фолликулов в яичниках. Лишь через 1-2 года после этого под влиянием постепенно повышающегося уровня ЛГ наступает первая овуляция с фор- мированием желтого тела. В желтом теле образуется гормон прогестерон (сохраняющий беременность). Но в этот период желтое тело еще недоста- точно активно и продукция прогестерона в нем непродолжительна. В ре- зультате у девочек преобладает эстрогенное влияние над прогестероновым, что в период развития особенно важно, так как необходимо завершить рост организма и закончить формирование матки, влагалища, молочных желез. А эти процессы регулируются главным образом эстрогенами. Роль мужских половых гормонов в женском организме В женском организме определенную роль выполняют и андрогены. Они образуются как в яичниках и надпочечниках, так и, главным обра- зом, в жировой ткани из эстрогенов. Поэтому у тучных женщин нередко наблюдаются явления вирилизации — чрезмерный рост волос, огрубле- ние голоса, нарушение ритмичности менструаций и т. п. В норме у жен- щин основное их влияние заключается в анаболическом эффекте, особен- но на мышечную и костную ткани. Участвуют андрогены и в регуляции развития вторичных половых признаков женщины, оволосении. Ими обеспечивается нормально сбалансированный биосинтез белков во всех органах репродуктивной системы. Однако при чрезмерном уровне андро- генов в женском организме может наступить дегенерация молочных желез и женских вторичных половых признаков с появлением некоторой маскулинизации (рост волос по мужскому типу, огрубление голоса, раз- витие мускулатуры и т. д.). Полагают, что андрогены, воздействуя на
Гл. 21. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ РАЗМНОЖЕНИЯ И РАЗВИТИЯ 893 гипоталамус, у женщин и высших приматов определяют нормальное по- ловое влечение, в то время как у самок других млекопитающих эту роль выполняют эстрогены. 21.2.4. Репродуктивный период В репродуктивный период жизни женщины овариальный цикл включа- ет в себя координированное изменение активности гипоталамических структур, обеспечивающих образование гонадотропин-рилизинг-гормонов (функции гипофиза, приводящей к выделению гонадотропных гормонов в кровь), а также половых желез, основного места образования половых гормонов (рис. 21.1). Так, в результате влияния ФСГ начинает развиваться фолликул, в ко- тором наряду с формированием яйцеклетки в полости накапливаются по- ловые гормоны (эстрон, прогестерон, а также тестостерон, андростенди- он). По мере роста фолликула усиливается продукция и выход в кровь эстрогенов. В отличие от них прогестерон через стенку фолликула почти не проходит. За 1-2 дня до овуляции уровень эстрадиола скачкообразно возрастает. Под его влиянием в гипоталамусе усиливается секреция ЛГ- РГ, что резко стимулирует выход в кровь ЛГ и ФСГ (положительная обратная связь). Под влиянием пика ЛГ происходит разрыв фолликула' и пиковый выход гормонов в кровь. | Рис. 21.1 [ Схема месячного полового цикла женщины. Вверху: влияние гонадотропинов адено- гипофиза (/, II, VII — дегенерирующее желтое тело; III, IV — созревание фолликула; V — овуляция; VI — максимальное развитие желтого тела; А — степень развития сли- зистой матки); Э — уровень эстрогенов; П — уровень прогестерона в крови
894 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА В период расцвета гормональной активности желтого тела резко воз- растает продукция прогестерона (в 10-20 раз по сравнению с фолликуляр- ной фазой). В это время снижается выделение в кровь эстрогенов. Если оплодотворение не произошло, то в конце полового цикла желтое тело подвергается инволюции, что снижает в крови уровень эстрогенов, проге- стерона. Несколько снижается также уровень андрогенов и — как резуль- тат— понижается половое влечение женщины. 21.2.5. Влияние половых гормонов на эндотелий матки Происходящие в половых органах женщины циклические изменения (в среднем повторяющиеся с интервалом 28 дней) можно подразделить на четыре периода: - предовуляционный, - овуляционный, - послеовуляционный, - период покоя. Предовуляционный период Период подготовки к беременности, в основе которого лежит влияние ФСГ гипофиза. В это время усиливается кровоснабжение матки, которая увеличивается в размере, слизистая оболочка ее и железы разрастаются. Усиливаются и учащаются перистальтические сокращения матки и фал- лопиевых труб. Разрастается слизистая оболочки влагалища. Овуляционный период Этот период начинается с разрыва фолликула. Вышедшая из него в брюшную полость яйцеклетка под влиянием сокращений ресничек мерца- тельного эпителия и самой фаллопиевой трубы начинает движение по ней в полость матки. Именно в это время может происходить оплодотворение яйцеклетки, которая имплантируется в подготовленную слизистую матки. В целом продвижение яйцеклетки до полости матки продолжается около •3 суток: сокращения фаллопиевых труб постепенно замедляются под вли- янием прогестерона, образующегося в желтом теле, которое развивается на месте лопнувшего фолликула. Послеовуляционный период Если оплодотворение яйцеклетки не произошло, то она несколько дней находится в полости матки, а затем погибает, и в это время наступает менструация. Кроме человека, менструации бывают лишь у обезьян. Про- гестероновое торможение образования в гипофизе ФСГ приводит к рез- кому уменьшению образования эстрогенов в яичнике. Убыль ЛГ при- водит к прекращению развития желтого тела и продукции прогестерона. В результате наступает тоническое сокращение матки, ведущее к оттор- жению ее слизистой оболочки. Обрывки последней вместе с кровью и со- ставляют менструальное кровотечение, продолжающееся около 3 дней.
Гл. 21. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ РАЗМНОЖЕНИЯ И РАЗВИТИЯ 895 Период покоя После менструации происходит быстрая регенерация слизистой обо- лочки матки. Период покоя постепенно переходит в предовуляционный период нового цикла. 21.2.6. Угасание репродуктивной функции женщины По мере старения женщин количество примордиальных фолликулов постепенно уменьшается. Однако при сохранении регулярных циклов продукция половых гормонов не претерпевает существенных изменений. Менопауза наступает еще при сохранении большого количества фоллику- лов, полная их редукция наблюдается 3-4 года спустя. Менопауза — следствие возрастных изменений центров гипоталамуса, ответственных за гормональную регуляцию. В результате (что, как прави- ло, наблюдается с 45-50-летнего возраста) постепенно происходит пере- стройка активности образования гонадотропных гормонов. Вначале это проявляется постепенным увеличением времени выделения ФСГ и ЛГ, на- рушением цикличности их выброса. Так, в середине цикла наблюдается повышенный выброс ФСГ, а не ЛГ, как в репродуктивный период. След- ствием этого является временная задержка развития фолликулов. Это сопровождается снижением продукции эстрогенов. Происходящие изме- нения постепенно углубляются, и в постменопаузальный период содержа- ние эстрогенов снижается уже стойко. Это приводит к полному прекра- щению развития фолликулов и образования в них половых гормонов. Местом образования половых гормонов вновь становятся надпочечники. Но при этом существенно снижается активность образования эстрогенов, в то время как общая продукция андрогенов в организме женщин сущест- венно не изменяется, так как эти гормоны в течение всей жизни образу- ются в надпочечниках. В начальный период развития климакса существенно изменяется функ- циональная активность симпатоадреналовой системы. В результате про- исходят приступообразные вегетососудистые расстройства, во время ко- торых возникает ощущение жара или озноба, пятнистая гиперемия кожи лица или верхней половины туловища, колебания системного артериаль- ного давления. Нередки также и различные нарушения психоэмоцио- нального состояния, что связано не только с изменением ВНС, но и с не- достаточной активностью серотонинергической системы, ноцицептивных механизмов мозга. 21.2.7. Беременность Еще одним органом (хотя и непостоянным) образования гормонов является плацента. По разнообразию гормональных продуктов она как бы объединяет в себе гипофиз, яичники и желтое тело. При формирова- нии плаценты в ней начинается синтез эстрогенов, хорионического гона- дотропина, прогестерона. Причем образование прогестерона, начиная с 10-12 недель беременности, происходит только в плаценте. Она проду-
896 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА цирует также соматомаммотропин (плацентарный лактоген), плацентар- ные кортикотропин и тиреотропин. Под влиянием комплекса этих гормо- нов происходит быстрый рост гладкомышечных клеток матки (главным образом за счет эстрогенов), подготовка молочной железы к последую- щей лактации (эстрогены, прогестерон). Прогестерон ингибирует сокра- тительную активность матки и блокирует действие пролактина на молоч- ную железу. Тем самым предотвращается преждевременное наступление родов и лактации. 21.2.8. Роды К концу беременности, начиная примерно с 32-й недели, в желтом теле постепенно возрастает образование еще одного белкового гормона — ре- лаксина, гормона, размягчающего соединительную ткань. Его эффект наиболее выражен на лонном сочленении и тазовых костях. Их частичное размягчение создает возможность некоторому расхождению костей, что облегчает продвижение плода по родовым путям. Релаксин способствует также размягчению шейки матки и расслаблению гладкой мускулатуры самой матки. Важна роль плацентарных гормонов и в обеспечении самих родов. При этом плацента и плод функционируют столь тесно, что их можно объеди- нить в единую фетоплацентарную единицу. К примеру, предшественни- ком плацентарного эстриола является синтезируемый в надпочечниках плода дегидроэпиандростерон. Начиная с 30-36 недель беременности образование прогестерона посте- пенно снижается (к тому же часть прогестерона под влиянием глюкокорти- коидов самого плода превращается в эстрогены), что приводит к резкому увеличению концентрации эстрогенов в крови. Для родовой деятельности необходимо преодоление прогестеронового блока. Непосредственными сти- муляторами родов являются простагландины (ПГЕг, ПГЕ), синтез кото- рых в амнионе к началу родовой деятельности увеличивается. Одним из механизмов, стимулирующих образование простагландинов, является кор- тизол плода. Вероятно, в регуляции этого процесса участвуют и эстрогены плаценты. Эстрогены стимулируют также образование окситоцина. Кроме того, эстрогены повышают чувствительность матки ко всем указанным выше агентам. Уровень эстрогенов в крови существенно снижается уже че- рез несколько часов после родов. Гормон задней доли гипофиза (нейрогипофиза) окситоцин проявляет свое влияние на матку лишь при соответствующих условиях. По мере раз- вития беременности на мембране гладкомышечных клеток матки посте- пенно возрастает плотность рецепторов к окситоцину — максимум их до- стигается к началу родового акта. Кроме того окситоцин увеличивает продукцию простагландинов эндометрием, где одновременно растет плотность рецепторов к нему. Совместное влияние окситоцина и пара- кринное воздействие простагландинов способствуют сокращению матки и родам. Обнаружено, что к окончанию внутриутробного периода разви-
Гл. 21. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ РАЗМНОЖЕНИЯ И РАЗВИТИЯ 897 тия синтез окситоцина происходит и у плода. Тем самым плод еще раз сигнализирует о своей «зрелости». 21.2.9. Гормональная регуляция лактации Кроме стимуляции родовой деятельности матки, окситоцин оказывает также влияние на выделение молока. Раздражение сосков сосательными движениями новорожденного передается через следующие нейроэндокрин- ные образования: спинной мозг — ствол — ядра гипоталамуса — выделе- ние из гипофиза окситоцина. Этот гормон поступает с кровью к молочной железе и спустя 20-30 с вызывает выделение молока. По-видимому, окси- тоцин повышает и скорость секреции молока. Кроме того, у кормящей ма- тери окситоцин влияет на обмен веществ (особенно на углеводный), секре- торные процессы в ЖКТ, чем косвенно улучшается образование молока. Большое значение в выделении и образовании молока принадлежит также гормону аденогипофиза — пролактину. Его образовование стиму- лируется как рефлекторно (акт сосания), так и гуморально через эстроге- ны. Процесс образования молока регулируется также инсулином, тирокси- ном, кортизолом. 21.2.10. Физиологические основы гормональной контрацепции Для женского организма важна правильная цикличность образования половых гормонов, законченность всех циклов. Поэтому искусственное прерывание беременности (аборт), нарушая законченность цикла, может отрицательно сказаться на здоровье женщины. Не исключено, что именно в связи с резким нарушением естественной гормональной цикличности аборты являются одной из причин частого развития рака молочной желе- зы, женских половых органов в тех странах, где они широко распростра- нены, по сравнению, например, с мусульманскими странами, где абор- ты — явление редкое. По-видимому, не является самым лучшим способом предохранения от беременности и применение некоторых гормональных контрацептивных средств. Так, например, можно использовать экзогенное введение эстро- генов в начале цикла, что окажет свое влияние путем торможения секре- ции ЛГ-РГ посредством отрицательной обратной связи. При этом овуля- ция не происходит, так как не возникает пика ЛГ. Однако едва ли дли- тельное использование таких контрацептивов проходит бесследно для ор- ганизма, так как их применение существенно нарушает естественную цик- личность уровня различных гормонов в период месячного цикла. Проблема опухолей женской половой сферы, ее связь с соответствую- щими гормональными нарушениями достаточно сложна. Так, высказано предположение, что раку молочной железы могут способствовать месяч- ные, если они происходят у женщины регулярно в течение всего репро- дуктивного периода, не прерываясь беременностями (это имеет место, к примеру, у монашек, у которых рак молочной железы встречается до- статочно часто).
898 Раздел IV, ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА 21.3. ПОЛОВОЕ ПОВЕДЕНИЕ Половой цикл делится на четыре фазы: - возбуждение, - плато, - оргазм, - спад. Временные характеристики каждой из них индивидуальны. Наиболее длительны фазы возбуждения и спада. У мужчин половой цикл более сте- реотипен, протекает без существенных индивидуальных колебаний. По- сле оргазма и наступления фазы спада возбуждения в течение некоторого времени проявляется рефрактерный период, когда половые стимулы не могут привести к повторному оргазму. У женщин длительность и выра- женность отдельных фаз полового цикла более разнообразны. Женщины способны многократно испытывать оргазм даже в период одного полово- го акта, если он достаточно продолжителен. Оргазм Состояние, охватывающее весь организм. Происходящие при нем реак- ции вовлекают не только половые органы, но и многие внутренние орга- ны, непосредственно не относящихся к половой сфере, а также и системы регуляции — нервную и эндокринную. Со стороны половых органов наи- более типичным проявлением его являются происходящие под влиянием вегетативных нервов эякуляция у мужчин и сокращение оргастической манжетки у женщин. Общее возбуждение ЦНС, особенно выраженное у женщин, приводит к подавлению остальных видов чувствительности. Возбуждение симпатической нервной системы способствует повышению ЧСС (до 100-180 уд./мин), систолического и, особенно, диастолического давления (на 20-60 мм рт. ст.). При этом может покраснеть кожа, возник- нуть одышка (до 40 в минуту). Во время оргазма усиливается кровоснаб- жение молочных желез и происходит их увеличение в размере, сокраще- ние наружного анального сфинктера. В меньшей степени, но аналогичные проявления наблюдаются и у мужчин. Во время оргазма нередко может утрачиваться сознательный контроль за состоянием скелетной мускула- туры и могут возникать произвольные и непроизвольные сокращения многих скелетных мышц. Оргазм сопровождается появлением положи- тельных эмоций. А это создает дополнительную мотивацию к половому влечению. 21.3.1. Половые рефлексы у мужчин Для извержения семени в половые органы женщины происходит поло- вой акт. У мужчины он состоит из нескольких последовательных фаз: эрекции полового члена, эмиссии семенной жидкости в задние отделы мо- чеиспускательного канала, ее эякуляции. Все указанные фазы согласованы сложным комплексом безусловных рефлексов. В их организации прини- мают участие соматические и висцеральные афференты, соматические и
Гл. 21. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ РАЗМНОЖЕНИЯ И РАЗВИТИЯ 899 вегетативные нервные центры, соматические, симпатические и парасим- патические эфференты. Эрекция полового члена обеспечивается расширением артерий пещери- стых тел пениса и губчатого тела уретры. В результате венозные синусы пещеристой ткани наполняются кровью, в них повышается давление, что приводит к их максимальному расширению. Одновременно происходит сдавление вен в области прохождения их через белочную оболочку поло- вого члена, что практически прекращает венозный отток из пещеристой ткани. Расширение артерий происходит под влиянием парасимпатических нервов, центры которых расположены в крестцовом отделе спинного моз- га. Возбуждение их происходит как безусловно-рефлекторным путем при повышении притока импульсов по чувствительным волокнам от наруж- ных половых органов и окружающих тканей, так и в результате психоген- ных влияний. Причем поступление сигналов от половых органов приво- дит к возрастанию и психогенного полового возбуждения. Наиболее чув- ствительным отделом является головка полового члена, а наиболее адек- ватным раздражителем ее являются механорецепторы, раздражающиеся при скользящих движениях полового члена во время коитуса. Рефлексы, обеспечивающие эрекцию, замыкаются на уровне крестцовых сегментов (S2-S4), поэтому при перерыве спинного мозга выше указанного отдела данный рефлекс может сохраняться. Эмиссия и эякуляция заключают коитус. При коитусе постепенно нара- стает возбуждение, которое активирует симпатические нейроны нижних грудных и верхних поясничных сегментов. Эмиссия начинается с возбужде- ния симпатических нервов, приводящих к сокращению гладких мышц, входящих в состав придатка яичка, семявыносящего протока, семенных пузырьков и простаты. В результате семенная жидкость выбрасывается в задние отделы мочеиспускательного канала. Забрасыванию жидкости в мочевой пузырь препятствует сокращение внутреннего сфинктера моче- испускательного канала под влиянием симпатических импульсов. После эмиссии начинается эякуляция. Возникает она вследствие воз- буждения афферентных симпатических волокон, идущих в составе тазо- вых нервов от предстательной железы и заднего отдела уретры, а также волокон от придатков яичек, семявыносящих протоков, семенных пу- зырьков. Импульсы поступают к тораколюмбальным сегментам спинно- го мозга. В результате наступают тонические и клонические сокращения бульбокавернозных и ишиокавернозных мышц, окружающих прокси- мальные отделы пещеристых и губчатых тел. Сокращаются также мыш- цы тазового дна. Комплекс указанных сокращений приводит к продвиже- нию семени по мочеиспускательному каналу и выбросу его наружу. Про- исходящие одновременно с этим ритмические сокращения мышц тулови- ща и резкие толчкообразные движения таза способствуют попаданию се- менной жидкости в проксимальные отделы влагалища и шейку матки. Постоянная обратная афферентация от всех мышц, участвующих в осуществлении эякуляции, обеспечивает наивысшее возбуждение симпа-
900 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА тических и парасимпатических волокон, иннервирующих половые орга- ны. После эякуляции возбуждение парасимпатических нервов постепенно спадает, и кровь оттекает от пещеристых тел. Постепенно спадает и эрек- ция. 21.3.2. Половые рефлексы у женщин Принципиально половые рефлексы у женщин похожи на мужские. Так, половое возбуждение рефлекторным и психогенным путем приводит к из- менению состояния наружных женских половых органов, наподобие эрек- ции у мужчин. Большие половые губы при возбуждении расходятся в сто- роны, утончаются и сдвигаются в переднебоковом направлении. При дли- тельном возбуждении они переполняются кровью. В основе изменения состояния малых половых губ лежит изменение кровотока в них за счет расширения сосудов парасимпатическими нервами. Застой венозной кро- ви в них достигает такой степени, что удваивает или даже утраивает их толщину. Они выдвигаются за большие губы и тем самым увеличивают влагалищный канал. Клитор (особенно его головка) также набухает, уве- личивается в длину и толщину и по мере продолжения коитуса подтяги- вается к лонному сочленению. Указанные рефлекторные реакции замыкаются как на уровне S2-S4 сег- ментов спинного мозга, так и нервных центров головного мозга (послед- нее определяет психогенные проявления). Само по себе набухание поло- вых органов усиливает половое возбуждение. При коитусе интенсивность его постепенно возрастает в результате тактильного раздражения клито- ра, малых половых губ, преддверия влагалища, лобка, промежности. Во время совершения полового акта циклические изменения происхо- дят и во внутренних половых органах женщины. Уже через 10—30 с после возникновения полового возбуждения начинается транссудация слизи- стой жидкости через плоский эпителий влагалища. Увлажнение влагали- ща обеспечивает адекватное возбуждение рецепторов как полового члена, так и самого влагалища при коитусе. Транссудация обусловлена общим переполнением венозной системы стенки влагалища. Бертолиевые железы преддверия влагалища к этому процессу отношения, по-видимому, не имеют. При нарастании возбуждения в результате застоя крови в нижней трети влагалища возникает сужение — так называемая оргастическая манжетка. Благодаря этому сужению и набуханию малых половых губ, во влагалище создается длинный канал, который обеспечивает анатоми- ческие условия для возникновения оргазма у обоих половых партнеров. В период оргазма, в зависимости от его интенсивности, происходит 3- 15 сокращений оргастической манжетки. Вероятно, эти сокращения обус- ловлены влиянием симпатического отдела ВНС и представляют собой аналог эмиссии и эякуляции у мужчин. При половом возбуждении изменяется положение матки в тазовой области. Из положения anteversio и anteflexio она поднимается, и в куль- минационный момент коитуса шейка ее отклоняется от задней стенки
Гл. 21. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ РАЗМНОЖЕНИЯ И РАЗВИТИЯ 901 влагалища с образованием в его внутренней трети полости для приема спермы. При этом размеры матки увеличиваются до 50%. Эрекция, при- поднятие и увеличение матки обусловлены переполнением кровью обла- сти малого таза. Во время оргазма под влиянием симпатических нервов происходят регулярные сокращения матки. Все эти изменения обеспечи- вают как бы «засасывание» сперматозоидов в матку. В мужской сперме кроме сперматозоидов и гормонов содержится еще один из продуктов деятельности семенников и предстательной железы — простагландины (ПГЕ| и ПГЕ2). Попадая во влагалище, они способству- ют усилению сокращения и расслабления гладкой мускулатуры женских половых путей. Одним из следствий этого является повышение скорости прохождения яйцеклетки по маточным трубам навстречу сперматозои- дам. Однако чрезмерно высокое содержание ПГЕ способствует столь интенсивному сокращению матки, что при наличии беременности может произойти ее прерывание. Спустя 20-30 мин после прекращения полового акта наружные и внут- ренние половые органы женщины постепенно возвращаются в свое обыч- ное состояние. Стадия спада более длительна, если после интенсивного полового возбуждения оргазм не наступает. Вопросы для № 1 Во внутриутробном периоде развития при наличии ХУ хромосом для форми- рования зародыша соответствующего пола требуется ли участие половых гормонов, и если да, то каких: А. Да. Эстрогенов матери Б. Нет В. Да. Андрогенов матери Г. Да. Собственных андрогенов № 2 Во внутриутробном периоде развития при наличии XX хромосом для форми- рования зародыша соответствующего пола требуется ли участие полоаых гормонов, и если да, то каких: А. Да. Эстрогенов матери. Б. Нет. В. Да. Андрогенов матери. Г. Да. Собственных эстрогенов. № 3 Значение андрогенов в эмбриональном периоде при наличии ХУ хромосом сво- дится: повторения А. К формированию «мужского типа» гипо- таламуса Б. К формированию наружных половых ор- ганов В. К формированию внутренних половых органов Г. К развитию скелетных мышц № 4 Роль плаценты как эндокринной желе- зы сводится к секреции: А. Хорионического гонадотропина Б. АКТГ В. Пролактина Г. Тироксина № 5 Защищается ли плод от половых гор- монов матери, и если да, то каким ка- ким образом: А. Нет Б. Да. Плацента к ним непроницаема В. Да. С помощью синтезируемого плодом а-фетопротеина Г. Да. Клетки плода не имеют к ним рецеп- торов
902 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА № 6 Пубертатный скачок роста мальчиков связан: А. С резким повышением образования гор- мона роста Б. С резким повышением образования анд- рогенов В. С взаимодействием гормона роста с уме- ренным количеством андрогенов Г. С взаимодействием гормона роста с вы- соким уровнем андрогенов № 7 Пубертатный скачок роста девочек свя- зан: А. С резким повышением образования гор- мона роста Б. С резким повышением образования эст- рогенов В. С взаимодействием гормона роста с уме- ренным количеством эстрогенов Г. С взаимодействием гормона роста с вы- соким уровнем эстрогенов № 8 Остановка роста юношей связана: А. С резким повышением образования гор- мона роста Б. С резким повышением образования анд- рогенов В. С взаимодействием гормона роста с уме- ренным количеством андрогенов Г. С взаимодействием гормона роста с вы- соким уровнем андрогенов № 9 Остановка роста девушек связана: А. С резким повышением образования гор- мона роста Б. С резким повышением образования эст- рогенов В. С взаимодействием гормона роста с уме- ренным количеством эстрогенов Г. С взаимодействием гормона роста с вы- соким уровнем эстрогенов № 10 Значение эпифиза в регуляции полово- го созревания определяется посредст- вом: А. Образования в нем серотонина, через ги- поталамус стимулирующего образование половых гормонов Б. Образования в нем серотонина, через ги- поталамус тормозящего образование по- ловых гормонов В. Образования в нем мелатонина, через гипоталамус стимулирующего образова- ние половых гормонов Г. Образования в нем мелатонина, через гипоталамус тормозящего образование половых гормонов № 11 Влияние уровня естественной осве- щенности на начало полового созрева- ния опосредуется путем: А. Сетчатка - верхний шейный симпатиче- ский узел - эпифиз - серотонин - гипо- таламус Б. Сетчатка - симпатический нерв-гипота- ламус - эпифиз - мелатонин - гипофиз В. Сетчатка - зрительные области коры больших полушарий - гипоталамус Г. Сетчатка - зрительные области коры больших полушарий - гипофиз № 12 Высокий уровнь естественной осве- щенности стимулирует более раннее начало полового созревания через: А. Эпифиз, образующий серотонин Б. Эпифиз, образующий мелатонин В. Гипофиз, образующий ФСГ и ЛГ Г. Надпочечники, образующие половые гор- моны Д. Вилочковую железу, образующую тимо- зины и тимопоэтины № 13 Недостаточное образование андроге- нов у мужчин приводит: А. К похудению Б. К увеличению площади волосяного по- крова В. К нарушению роста костей Г. К изменению тембра голоса Д. К склонности к гомосексуальности
903 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА № 14 Половое созревание девочек опреде- ляется гормонами: А. ФСГ Б. ЛГ В. АКТГ Г. ТТГ Д. ГР № 15 Развитие сперматозоидов регулируется прямым влиянием на семенные ка- нальца: А. ЛГ Б. ФСГ В. Тестостерона клеток Лейдига Г. Гормона роста Д. Инсулина № 16 Какие гормоны из перечисленных влия- ют на формирование вторичных поло- вых признаков у юношей: А. Андрогены Б. Эстрогены В. Пролактин Г. Инсулин Д. Тироксин № 17 Какие гормоны из перечисленных влия- ют на формирование вторичных поло- вых признаков у девушек: А. Андрогены Б. Эстрогены В. Кальцитонином Г. Инсулин Д. Тироксин № 18 В зрелом возрасте андрогены у мужчин образуются: А. В надпочечниках Б. В гипофизе В. В гипоталамусе Г. В яичках № 19 В зрелом возрасте эстрогены у женщин образуются: А. В надпочечниках Б. В аденогипофизе В. В гипоталамусе Г. В яичниках № 20 Образуются ли женские половые гор- моны: в зрелом возрасте у мужчин, и если да, то играют ли они какую-либо физиологическую роль; А. Да, но физиологического значения они не имеют Б. Да. Они выполняют определенную фи- зиологическую роль В. Нет № 21 Образуются ли мужские половые гор- моны в зрелом возрасте женщин, если да, то играют ли они какую-либо фи- зиологическую роль: А. Да, но физиологического значения они не имеют Б. Да. Они выполняют определенную физи- ологическую роль В. Нет № 22 Месячная цикличность изменений в по- ловых органах женщины определяется: А. Регуляторной ролью гормонов гипотала- муса .Б. Регуляторными влияниями коры больших полушарий В. Регулирующими влияниями лимбической системы Г. Гормонами не регулируется Д. Гормонами яичника Д. Гормонами плаценты № 23 Развитие яйцеклетки в яичнике женщи- ны регулируется: А. ФСГ Б. Пролактином В. Окситацином Г. Тироксином Д. Инсулином
904 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА № 24 Биосинтез и метаболизм половых гор- монов происходят: А. В гипофизе Б. В гипоталамусе В. В яичниках Г. В жировых клетках Д. В печени № 25 При созревании и сохранении плода основная функция принадлежит гормо- нам, синтезирующимся: А. В яичниках Б. В плаценте В. В гипофизе Г. В гипоталамусе Д. В коре надпочечников № 26 Укажите неправильный ответ. Менопауза происходит в связи с посте- пенным развитием нарушений в виде: А. Увеличения времени выделения ФСГ и ЛГ Б. Нарушения цикличности вьделения ФСГ и ЛГ В. Снижения продукции эстрогенов Г. Постепенного прекращения развития фолликулов Д. Нарушения механизмов синтеза эстроге- нов яичниками № 27 Укажите неправильный ответ. При менопаузе в организме женщины происходит комплекс изменений, вклю- чающий: А. Изменения функциональной активности ВНС Б. Нарушение синтеза андрогенов В. Снижение образования эстрогенов Г. Вегетососудистые нарушения Д. Нарушения психоэмоционального состоя- ния № 28 Укажите неправильный ответ. При оргазме в организме происходит комплекс изменений состояния органов и систем, включающий: А. Возбуждение лимбической системы Б. Обострение восприятия посторонних раз- дражителей В. Угнетение восприятия посторонних раз- дражителей Г. Рост артериального давления Д. Увеличение частоты сердечных сокраще- ний № 29 При оргазме у женщины происходит: А. Образование оргастической манжетки Б. Сокращение анального сфинктера В. Расслабление анального сфинктера Г. Сокращение матки Д. Расслабление матки № 30 Пролактин у мужчин является: А. Агонистом лютеотропного гормона Б. Гормоном, тормозящим влияние лютео- тропного .гормона на выработку андроге- нов В. Понижает чувствительность семенных ка- нальцев к андрогенам Г. Нет правильного ответа № 31 Вставьте пропущенные слова. В период полового созревания у дево- чек происходит ... чувствительности центров ЦНС к ... влиянию эстрогенов. А. Повышение, активирующему Б. Повышение, тормозящему В. Снижение, активирующему Г. Снижение, тормозящему № 32 В период полового созревания у дево- чек угнетается продукция: А. Гонадотропина Б. Мелатонина В. Эстрогенов Г. Андрогенов № 33 Вставьте пропущенные слова. Мужские половые гормоны у женщин вызывают ... эффект в отношении мы- шечной и костной тканей и ... в разви- тии вторичных половых признаков. А. Анаболический, участвуют Б. Анаболический, не участвуют В. Катаболический, участвуют Г. Катаболический, не участвуют
Глава 22 ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ СТАРЕНИЯ Раздел медицины (и биологии), который изучает процессы старения, называется геронтологией (от греч. geronlos — старик). Принципиальным отличием живого от неживого является способность путем размножения поддерживать бесконечность жизни (своеобразное бессмертие). Это самообновление, именуемое физиологической регенера- цией, осуществляется путем взаимодействия процессов катаболизма, при- водящих к повреждению (гибели), и противоположных процессов — ана- болизма (восстановления). Обновляются отдельные молекулы, субклеточ- ные структуры, клетки. На различных структурных уровнях организма процессы самообновления совершаются по-разному, что определяется их функциональными характеристиками. К примеру, не могут (да скорее всего и не должны!) обновляться целиком нейроны, так как иначе станет невозможным запоминание, которое обеспечивает формирование и на- копление в течение жизни условных рефлексов и мыслительную деятель- ность. На уровне сложного многоклеточного организма самообновление заключается в умирании «материнского» организма и рождении нового, «дочернего» (вне зависимости от пола). Онтогенетическое развитие сложного организма во многом протекает по тем же принципам, что и развитие отдельной самообновляющейся клет- ки. Основой основ этого развития является «раскрытие» генетической информации. Регуляция этих процессов происходит путем комплекса сложных взаимовлияний генома, цитоплазмы, соседних клеток и внешних факторов. В результате постепенно формируется соответствующий фено- тип. Однако в связи с чрезвычайной сложностью целого организма про- цессы его возрастной эволюции, естественно, значительно сложнее, чем у отдельно взятой клетки. Это наглядно проявляется как на ранних этапах (в эмбриогенезе), так и на завершающих этапах жизни индивидуума — при старении. Возрастные периоды Период расцвета и наиболее устойчивого функционирования организма человека продолжается с 20-22 до 35 лет. Начиная с этого времени и до 50-55 лет у женщин и 55-60 лет у мужчин, в организме происходят изме- нения, приводящие к начальной инволюции. Период жизни с 55 до 75 лет у женщин и 60-75 лет у мужчин характеризуется ускоренным развитием инволюционных перестроек — это пожилой возраст. После 75 лет насту- пает старость. Понятие «старость» основывается на представлении о том, что в этот период жизни снижается психическая и физическая адаптация организма. Старение, начинаясь еще в среднем возрасте, продолжается до естествен- ной смерти человека. Максимальная продолжительность жизни человека составляет около 115-120 лет (по мнению некоторых авторов— 150 лет).
906 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА Для пожилого возраста характерным является активно развивающийся процесс адаптации организма к происходящим внутри его процессам ста- рения. Изменения, происходящие в этот период, имеют много общих про- явлений, характерных для типичной стресс-реакции. В период старости скорость развития изменений замедляется, а меха- низмы регуляции функций организма становятся несколько более ста- бильными, чем в предыдущий период. При дальнейшем изложении материала мы не будем заострять особое внимание на отдельных гипотетических представлениях, а дадим относи- тельно короткий перечень тех основных изменений в организме стареюще- го человека, которые и определяют увядание отдельной особи. Напомним, что в природных условиях животные редко доживают до естественной гибели организма, так как по мере увядания их, как правило, настигает преждевременная гибель. Так что процессы старения и естественной старо- сти характерны главным образом для человеческого общества как тако- вого, либо они могут быть прослежены у животных, которые приручены человеком. 22.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССА СТАРЕНИЯ Процесс старения является неотъемлемым свойством жизни, то есть старость следует рассматривать как нормальный, естественный процесс. Но при этом необходимо учитывать, что многие процессы, протекающие в организме человека при старении, схожи с развитием ряда патологиче- ских процессов, и поэтому знание их представляет особую ценность для медицины. К настоящему времени в биологической науке накоплено большое ко- личество гипотез о механизмах старения, но пока не одна из них не стала полноценной теорией. Одни геронтологи считают, что старение запро- граммировано генетически, другие — что оно является результатом по- степенного накапливания повреждений в ходе жизнедеятельности орга- низма. Скорее всего истина лежит где-то в промежутке, но, вероятно, ближе к первой точке зрения. Старение является частью развития общей программы становления, формирования организма, особенностей обмена веществ его. Но на эту программу наслаиваются различные факторы внешней среды, которые направлены, как правило, в одну сторону — на преждевременное разви- тие процесса старения. 22.1.1. Типические возрастные изменения клеток Наиболее типичным изменением структуры различных органов, разви- вающимся при старении, является постепенное уменьшение клеточного состава их. При этом оставшиеся клетки вынуждены компенсировать недостающие, и в них можно обнаружить явления, характеризующие гипертрофию клеток в целом или их отдельных структурных элементов. В результате нарушается естественное соотношение «работающих» и «резервных» единиц, что является одной из причин развития процессов
Глава 22. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ СТАРЕНИЯ 907 гипертрофии. Но указанная ситуация существенно ухудшает адаптаци- онные возможности данного органа и организма в целом. В то же время в условиях, когда организм находится в состоянии, близком к относитель- ному покою, его системы могут функционировать достаточно успешно и по основным показателям гомеостаза мало отличаться от более молодых. Старение возникает в различных мембранных структурах клетки. Существенные перестройки мембранных структур клеток затрагивают как липидные, так и белковые компоненты их. В мембранах нарушается соотношение различных липидных компонентов, что изменяет подвиж- ность и активность рецепторов, ионных каналов и насосов, связанных с ними ферментов, вторичных посредников. Нарушающиеся с возрастом механизмы синтеза белковых компонентов, в свою очередь, влияют на функциональные свойства мембран и других структур клеток. Особую роль в процессах старения играют возрастные перестройки плазматиче- ской мембраны клеток, которые достаточно разнообразны и носят как общий, так и специфический характер, зависящий от функционального назначения клетки. При этом они не являются лишь «негативными», в них можно обнаружить и компенсаторно-адаптационные проявления. Изменения ионотранспортных систем, связанные с перестройкой плаз- матических мембран, отражаются на функции не только возбудимых кле- ток, но и невозбудимых (гепатоцитах, клетках эндокринных желез и др.). Можно выделить три группы клеток по процессам старения: 1) клетки, которым свойственно первичное старение; 2) клетки, у которых старение является вторичным, то есть результа- том комплекса регуляторных влияний; 3) клетки, у которых старение является результатом собственных возрастных изменений и влияния регуляторных или трофических механизмов, связанных с первичным старением других клеточных элементов. К первой группе относятся нервные клетки и некоторые элементы со- единительной ткани, ко второй — эпидермис, эпителий многих органов, к третьей — мышечные, железистые, печеночные, почечные. 22.1.2. Гетерогенность процессов старения Для процессов старения характерным является гетерогенность (от греч. heteros — иной и genos — род), что выражается: гетерохронно- стью, гетеротопностью, гетерокатефтенностью (от греч. katathtensis— направление), гетерокинетичностью. Совершенно очевидно, что все эти различия неизбежно должны привести к разным вариантам течения ста- рения у конкретного человека на фоне некоторых общих, фундаменталь- ных механизмов этого процесса. Старение — многоочаговый и многопричинный процесс. Он возникает в различных структурах клетки — ядре, митохондриях, эндоплазматиче- ском ретикулуме, мембранах. Изменения в органах стареющего человека развиваются неодновременно: в одних раньше, в других позже. Причем
908 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА эти изменения начинают развиваться не всегда в одних и тех же органах: у одних людей, в первую очередь они затрагивают различные структуры ЦНС, у других — эндокринную систему, у третьих — систему кровообра- щения. Кроме того, необходимо учитывать, что возрастные изменения начина- ют развиваться в разном возрасте. Известны примеры чрезвычайно ран- него одряхления (в 20-30 лет). В то же время имеются и противополож- ные примеры (долгожители). В данных случаях речь идет о темпах старе- ния: у некоторых людей оно идет более активно, у других — замедленно. Ускорение темпа, преждевременное старение проявляется многогран- но, но далеко не всегда однотипно. Оно связано с нейрогуморальными, сосудистыми изменениями, выражающимися снижением умственной и физической работоспособности, репродуктивной функции, ухудшением памяти, эмоциональной неустойчивостью, уменьшением подвижности нервных процессов, неадекватными сосудистыми реакциями, замедлени- ем восстановления гемодинамических и респираторных сдвигов после на- грузок, растущими гликемическими сдвигами, снижением адаптационных возможностей и др. Поэтому в ряде случаев возникает необходимость установления истинного биологического возраста человека. Процессы старения затрагивают весь организм. Хотя изменения в от- дельных органах развиваются далеко не всегда однотипно, но есть и об- щие проявления, характерные для всех органов. Так, при старении в клет- ках происходят процессы, приводящие к постепенному изменению считы- вания генетической информации и синтеза белков. При исследовании воз- растных изменений, развивающихся при старении, прежде всего выделя- ется многофакторность изменения обменных процессов. Так, в тканях на- капливаются свободные радикалы, токсические продукты обмена, наблю- даются различные проявления кислородного голодания. Гетерохронизм изменений органов при старении способствует повы- шению чувствительности людей пожилого возраста к патологическим воздействиям. И особенно это выражено в переходный период пожилых людей, когда в связи с происходящей перестройкой организма механизмы регуляции функций столь напряжены, что резко повышается риск забо- леть. А сама болезнь протекает, как правило, более тяжело, возрастает вероятность летального исхода. Исходя из сказанного выше, следует учитывать, что вследствие много- образия механизмов, обуславливающих старение, воздействие на какой-либо один из них не приводит к заметному продлению жизни. 22.1.3. Изменения белкового синтеза Существенную роль в процессах старения, в увеличении частоты воз- никновения различных патологических состояний в этом возрасте играет рост повреждений на уровне генной информации, начиная со структуры ДНК, ее взаимодействия с гистоновыми белками. Указанная ситуация усиливается еще и тем, что с возрастом становятся недостаточно эффек- тивными системы репарации повреждений ДНК.
Глава 22. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ СТАРЕНИЯ 909 В результате снижения активности генорегуляторных механизмов, вза- имного нарушения связей «цитоплазма-геном» изменяются белки. К рас- стройствам внутриклеточных механизмов физиологической регенерации (обновления белковых структур) приводит и нарушение электролитного состава клеток, транспорта ионов через мембрану, количества и активно- сти внутриклеточных посредников, осуществляющих передачу регулятор- ных влияний гормонов и других соединений на цитоплазму клеток. В старости изменяются и нейрогенные влияния на генетические меха- низмы биосинтеза белков. Так, снижается диапазон регуляторного влия- ния гипоталамуса на биосинтез различных классов РНК, генетическую индукцию ряда ключевых ферментов. Возрастные изменения нейрогу- моральной регуляции, сами по себе являясь результатом молекулярно- генетических сдвигов, также становятся важным механизмом старения, изменения регуляции трофики. Возрастные изменения генома могут быть обратимыми. Нейрогуморальные механизмы их регуляции могут сдержи- вать темп возрастных изменений генома. Одним из характерных примеров процессов, происходящих на молеку- лярном уровне, является «старение» основного белка соединительной тка- ни — коллагена. При старении в молекуле коллагена происходит «сшива- ние» друг с другом трех цепей аминокислот, составляющих эту молекулу. В результате образуются более грубые «канаты». Указанные изменения молекулы приводят к потере эластичности кожи, морщинам, изменению соединительнотканного каркаса внутренних органов, связок, сухожилий. Наглядным примером нарушения гормональной регуляции состава белков может служить появление шелушения кожи, морщин, что может являться результатом снижения эстрогенного влияния на коллаген. С возрастом меняется соотношение синтезируемых белков. К примеру, из трех форм миозина в кардиомиоцитах относительно больше становит- ся изоформы К3 при падении Vt. Это приводит к снижению активности кальциевого насоса в желудочках сердца. Изменения в расположении отдельных цепей белковых молекул влия- ют на их свойства, что особенно существенно сказывается на функции различных ферментов. А проявляется это наиболее наглядно тогда, когда встает необходимость усиления их функции: у старых людей возрастание ферментативной активности менее выражено. С возрастом продолжительность жизни многих белков несколько уве- личивается, то есть ослабляется физиологическое обновление их. А это также приводит к снижению активности выполняемых ими функций. Указанные изменения происходят не во всех клетках и не со всеми белками равномерно и однотипно, то есть и в этом проявляются явления гетерохронизма и гетеротопизма. 22.1.4. Гомеостаз В старости лишь относительно небольшое количество показателей, характеризующих обмен веществ и константы гомеостаза, существенно отклонены от нормы зрелого возраста. Многие показатели гомеостаза
910 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА остаются довольно стабильными. Несущественны сдвиги уровня сахара в крови, показателей щелочно-кислотного состояния, онкотического дав- ления, мембранного потенциала клеток. Однако постоянство гомеостаза происходит на фоне выраженных из- менений соотношения механизмов регуляции его. Так, нормальная ЧСС поддерживается за счет одновременного снижения парасимпатических и симпатических влияний. Постоянство уровня ряда гормонов в крови обеспечивается уравновешиванием взаимосвязанных процессов синтеза и использования: снижается активность как образования гормонов, так и их разрушения. Поэтому, к примеру, для выполнения одного и того же объема мышечной работы вовлекается большее количество нейромотор- ных единиц. Необходимый уровень образования антител требует включе- ния большего количества иммунокомпетентных клеток. В результате создаются условия для относительно легкого отклонения показателей гомеостаза, когда при действии различных нагрузок орга- низм находится в условиях повышенной функциональной активности. У пожилых людей при различных воздействиях на организм гомеостати- ческие константы не только значительно легче сдвигаются, но и возвра- щаются к исходному состоянию намного медленнее. Таким образом, у здоровых людей пожилого и старческого возраста в относительно стабильных условиях гомеостаза снижается надежность функционирования систем организма и легче возникают срывы гоме- остаза, что и создает предпосылки для более легкого развития различных заболеваний. 22.2. МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ОРГАНОВ И СИСТЕМ ПРИ СТАРЕНИИ 22.2.1. Морфо-функциональные изменения в ЦНС Нарушение передачи информации в различных звеньях систем регуля- ции является одним из наиболее существенных в цепи изменений, опреде- ляющих процесс старения. Эти изменения затрагивают как сами системы регуляции функций организма, так и передачу информационных сигна- лов на клеточном уровне. Нарушение нейрогуморальной регуляции ока- зывает наиболее мощное воздействие на весь организм, и если указанные изменения выражены, то возрастная деградация прогрессирует бурно. При старении в ЦНС наблюдаются неравномерные изменения: в ряде областей они более выражены, в других едва заметны. Так, после 50- 60 лет суммарная потеря нейронов может достигать 1,4% в год. И, к при- меру, к 80 годам количество нейронов в спинномозговых ганглиях умень- шается на 30%, а в ряде подкорковых нервных центров, мозжечке они еще более выражены. В коре головного мозга наибольшая убыль нейро- нов отмечается в верхней височной извилине, в то время как в постцент- ральной их потери менее значительны. Это находит отражение даже при такой грубой оценке, как масса моз- га. Так, если с 60 до 75 лет масса мозга снижается на 6 %, то масса лобной доли уменьшается на 12-15%. Результатом уменьшения коры больших
Глава 22. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ СТАРЕНИЯ 911 полушарий (в среднем на 4 %) является расширение и углубление борозд, сужение извилин. Вместе с тем во многих сохранившихся нейронах можно обнаружить адаптационные изменения, направленные на сохранение функциональной активности. Так, об интенсификации обменных процессов свидетельст- вует увеличение объема ядер, ядрышек, усложнение контуров ядра, увели- чение и расширение ядерных пор, развитие эндоплазматической сети, обилие рибосом, гиперплазия комплекса Гольджи, гипертрофия мито- хондрий и активация ферментов их. На это же направлена активация ме- таболизма в разрастающихся нейроглиальных структурах. В большинстве сохраняющихся нейронов мембранный потенциал оста- ется на прежнем уровне, хотя в некоторых нейронах он может несколько снижаться. Однако в целом в нейронах снижаются функциональные возможности, что особенно наглядно проявляется в случаях, когда необходима максималь- ная их активность. Показателем этого является существенное снижение лабильности, то есть способности к воспроизведению максимальной час- тоты импульсов. Например, у старых крыс нейроны спинного мозга могут воспроизводить 80—100 имп./с, а у молодых — 200-300. В нейронах, обладающих спонтанной активностью, снижается как частота возникающих ПД, так и число их в пачке. На моллюсках было показано, что средняя частота фоновых потенциалов у взрослых была равна 54,7 имп./мин, у старых — лишь 28,7 имп./мин. Число потенциалов в пачке у взрослых в 4 раза выше, чем у старых. Указанные выше изменения во многом связаны с нарушением ионной проницаемости клеток. С возрастом происходят существенные изменения мембранных структур, как липидов, так и белков. Возрастание соотноше- ния холестерин/фосфолипиды приводит к повышению микровязкости мембран, что особенно сказывается на функции рецепторов. На мембра- нах снижается количество натриевых и калиевых каналов, ионных насо- сов. И, к примеру, в результате замедления скорости выходящего калие- вого тока происходит существенное замедление реполяризации мембраны нейронов, а значит, снижается частота возможной импульсации. Гематоэнцефалический барьер Гибель нейронов сопровождается разрастанием глиальных элементов, и при старении происходят значительные изменения процентного соотно- шения клеточного состава: соотношение нейроны/нейроглия снижается. Существенные перестройки наблюдаются в гематоэнцефалическом барь- ере, составной частью которого являются нейроглиальные элементы — астроциты. Причем в тех отделах мозга, где происходит наиболее интен- сивная убыль нейронов и разрастается глия, последняя фагоцитирует ос- татки погибающих клеток. В дальнейшем глиальные макрофаги мигриру- ют в субэпендимальный слой и к кровеносным сосудам, у стенок которых располагаются отростки и тела глиоцитов, нагруженные шлаками. Это приводит к затруднению обмена между кровью и тканями мозга, что,
912 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА в свою очередь, приведет к дальнейшему углублению деструктивных из- менений в нейронах. Изменения происходят и со стороны структур кровеносной системы. Число капилляров в отдельных структурах мозга с возрастом меняется по-разному: может увеличиваться, уменьшаться или оставаться без изме- нения (правда, соответствующие данные у различных исследователей достаточно противоречивы). Но наиболее существенные изменения про- исходят в стенке капилляров. Так, утолщается базальный слой, наблюда- ется отек ее, частичная гибель эндотелиальных клеток. Все указанные перестройки приводят к ухудшению функции гемато- энцефалического барьера. Вместе с тем происходят и компенсаторные изменения, направленные на улучшение условий обмена. К ним можно отнести: - большую ориентацию отростков нейронов параллельно ходу капил- ляров; - увеличение числа нейронов, с нескольких сторон охваченных капил- лярами. Изменение синаптической передачи В процессе старения выраженные изменения происходят в синапти- ческих структурах. Причем изменения затрагивают все механизмы, обес- печивающие синаптическую передачу нервных импульсов, начиная от плотности синапсов и их площади до перестройки рецепторов на пре- и постсинаптических мембранах. Синаптические механизмы нарушаются также и в результате снижения образования медиаторов, скорости их рас- пада и обратного ресинтеза. Эти изменения в различных отделах мозга развиваются также гетеро- генно. Так, в период между 56 и 80 годами в зубчатой извилине гиппо- кампа плотность синаптических контактов падает на 53%, а в мозжеч- ке — на 44%. При этом возрастает площадь сохранившихся синапсов. На крысах было показано возрастное снижение аксосоматических и аксоши- пиковых синапсов в зубчатой извилине гиппокампа (что можно расце- нить как уменьшение морфологического субстрата для процессов форми- рования пространственной памяти). Возрастные изменения медиаторной системы более выражены, чем потери нейронов. Наиболее выраженные изменения медиаторной переда- чи связаны с активностью различного рода «минорных» медиаторов, которые участвуют в межцентральных взаимодействиях, модуляции ак- тивности нейронов. Наиболее ярко изменяются моноаминергические структуры. Среди них наиболее выражены изменения дофаминергических медиа- торных структур, которые ослабляются во всех отделах мозга: стриатуме и черной субстанции, гипоталамусе и коре больших полушарий. В резуль- тате нарушается нейрогенная регуляция движений (особенно существенно на уровне базальных ядер), высшая нервная деятельность, нейрогенный контроль выделения гипофизарных гормонов.
Глава 22, ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ СТАРЕНИЯ 913 К дофамину имеется два типа рецепторов: - D| -рецепторы — связанные с внутриклеточной аденилатциклазой; - ГЪ-рецепторы — не связанные с этим ферментом. При старении снижается содержание обоих типов рецепторов, но осо- бенно существенно — В2-рецепторов. Феномен резкого снижения биосин- теза белков рецептора D2 генетически детерминирован: у короткоживую- щих животных он более выражен. В несколько меньшей степени изменяются норадрен- и серотонинерги- ческие нейронные структуры. При старении снижено количество адренер- гических нейронов в голубом пятне и мозжечке. Возрастная дегенерация адренергических структур голубого пятна непосредственно связана со значительным ухудшением краткосрочной памяти и способностью к обу- чению. При старении количество а-рецепторов в гипоталамусе уменьша- ется, а в коре сохраняется. В коре снижено содержание 0- и 02-рецепто- ров. (Напомним, что а,- и 02-рецепторы локализуются на терминалях аминоспецифических нейронов и участвуют в модуляции их активности, а 01-рецепторы — на постсинаптических мембранах нейронов.) Большое значение для обеспечения нормальной активности нейронных структур мозга имеет соотношение различных их типов. Так, полагают, что происходящее в старости ослабление двигательной и поведенческой реакций на различные виды стресса и замедление периода восстановления после него обусловлено не столько снижением уровня медиатора НА, но преобладанием серотонинергических влияний. Существенную роль игра- ет баланс указанных медиаторов и АХ. При старении серотонинерги- ческие структуры изменяются мало. (Серотонин участвует в регуляции сна, терморецепции, болевой чувствительности, памяти, биологических ритмов, аппетита, артериального давления.) Учитывая антагонизм дофа- мин- и серотонинергических влияний, дисбаланс НА и серотонина, пре- валирование серотониновых воздействий усугубляет возрастной дефицит других систем. Этот дисбаланс может быть основой старческих депрес- сий, паркинсонизма и т. п. Старческие изменения происходят и в ацетилхолиновой медиации. Эти изменения охватывают все три звена: синтез АХ, его гидролиз и функцию холинорецепторов. Причем при старении человека, протекающем без существенных патологических нарушений функции мозга, АХ-медиация изменена в меньшей степени, чем другие медиаторы. Нарушение АХ-ре- цепции является одной из основных причин расстройств памяти, воспри- ятия, познавательных процессов, развития старческой деменции. Нарушаются также механизмы, связанные с эндогенными опиатными системами мозга, модулирующими действие основных медиаторов. Но в нервной системе развиваются и компенсаторные изменения. В ча- стности, в старости повышается чувствительность нейронов к действию катехоламинов, серотонина, ацетилхолина. Ослабляется также реакция нейронных структур на такие гормональ- ные регуляторы, как вазопрессин, оказывающий влияние на процессы
914 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА обучения и памяти (он их снижает). Но если в одних отделах мозга (в гипоталамусе) концентрация вазопрессина возрастает, то в других — снижается. Причем понижается реакция нейронных структур и на вазо- прессин крови, уровень которого обычно достаточно высок. Таким образом, с возрастом нарушаются сложные механизмы взаимо- действия различных медиаторных механизмов мозга. Указанные процес- сы создают соответствующую основу для относительно легкого развития различных патологических процессов. Поэтому они в этом возрасте явля- ются столь частыми. 22.2.2. Изменение физиологических процессов в ЦНС Нужно иметь в виду, что, несмотря на указанные выше изменения, у по- жилых людей далеко не всегда (конечно, если отсутствуют патологические изменения в самих нейронах или кровеносных сосудах) снижаются интел- лектуальные способности. А изменения отдельных процессов, о которых речь пойдет ниже, тоже выражены у различных людей не одинаково. С возрастом существенно нарушаются процессы запоминания. Значит, ухудшается процесс образования межнейронных взаимодействий, новых условных рефлексов. Но, говоря о памяти, нужно учитывать, что в старо- сти нарушается главным образом более «древний» вид памяти — механи- ческое запоминание. В отличие от этого, более «молодое» логически- смысловое запоминание может оставаться на относительно высоком уровне, и старые люди сохраняют способность к системной памяти. Это также свидетельствует о неравномерности изменений, происходящих в мозге: дольше всего сохраняются нейронные механизмы функциониро- вания тех отделов мозга, которые обеспечивают высшие формы мысли- тельной деятельности. Состояние эмоциональной сферы С возрастом изменяются корково-подкорковые взаимоотношения. И, к примеру, ослабление тормозящего влияния коры на лимбическую систему приводит к неустойчивости настроения, вспыльчивости, эмоцио- нальной неадекватности в оценке реальной действительности. В самой лимбической системе также происходят существенные изменения. Так, в гиппокампе при старении уменьшается число нейронов, снижается плотность синапсов. Функции гиппокампа модулируются аминоспецифи- ческими структурами, к медиаторам которых уменьшается чувствитель- ность гиппокампа. При старении в септальных отделах, регулирующих активность гиппокампа, уменьшается число клеток со спонтанной актив- ностью, снижается частота их разрядов. Снижение функциональной активности нейронов медиального ядра перегородки, вероятно, является одной из причин того, что при старении значительно легче возникают отрицательные эмоции, к тому же след положительных стирается очень быстро. Неравномерность изменений, возникающих в лимбической систе- ме, приводит к тому, что создаются предпосылки для ее дискоординации,
Глава 22. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ СТАРЕНИЯ 915 что имеет последствия для различных видов поведения, памяти, мотива- ций. Меняется и вегетативное обеспечение эмоций и указанных реакций. Изменение центральных сенсорных механизмов Кроме того, существенным механизмом изменения нервно-рефлектор- ного контроля функций организма является нарушение ее афферентного звена. С возрастом нарушается чувствительность рецепторов, что при- водит к изменению рефлекторной регуляции всей внутренней среды, к «дезинформации» центров регуляции. Эти изменения не только ограничи- вают приспособительные возможности организма, но могут также стать причиной развития возрастной патологии. Хорошим примером этого может быть снижение чувствительности барорецепторов артерий к дав- лению крови, что является одной из причин развития гипертонии. Возрастные изменения афферентации затрагивают и подкорковый кол- лектор сенсорных путей — таламус. Здесь снижается способность усваи- вать ритм раздражения, снижается активность тормозных механизмов, блокирующих поступление части информации в кору больших полуша- рий. Причем изменения в различных ядрах таламуса развиваются нерав- номерно. Так, возрастные изменения медиодорсального ядра, связанного с соматовисцеральными функциями и участием в системе торможения ко- рой эмоций, выражены в большей степени, чем латерального коленчатого тела и переднего ядра. В результате страдает обработка и отбор нужной информации, а это приводит к неадекватным реакциям на раздражитель. Изменения нейроэндокринных механизмов регуляции Возрастные изменения в гипоталамусе, являющемся центральным зве- ном регуляции вегетативных процессов организма, настолько выражены, что многие исследователи именно сюда помещают «биологические часы» старения. С возрастом наступает разрегулирование функций гипоталаму- са, разрегулирование получения, обработки и эфферентации его нервной и гуморальной информации, что ведет к существенным нарушениям функции ВНС и эндокринных желез. В 32 парах ядер гипоталамуса возрастные изменения выражены по-раз- ному. Так, плотность нейронов в латеральных маммилярных и перифор- никатном ядрах падает лишь на 7 %, в то время как в супраоптическом — на 25%, в паравентрикулярном — на 21%, в вентромедиальном — на 37%. Меняется также и плотность различных рецепторов на мембранах сохранившихся нейронов. В то же время с возрастом в большинстве отде- лов гипоталамуса существенно не меняется содержание норадреналина, серотонина и дофамина. Вместе с тем объем, занимаемый гормонсодер- жащими гранулами и липофусцином, с возрастом может даже увеличи- ваться (то есть многие гормонсекретирующие элементы гипоталамуса до некоторой степени «защищены» от процессов старения). Возбудимость отдельных нейронов гипоталамуса меняется неоднородно. К примеру, она возрастает в переднеталамическом ядре, в супраоптическом — не ме- няется, а в латеральных ядрах — снижается.
916 Раздел IV, ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА В результате неравномерно меняется чувствительность нейронов к ней- ронным входам, действию гормональных стимулов, обеспечивающих обратную связь, гуморальным влияниям. Создающиеся новые условия взаимодействия ядер между собой меняют регулирующее влияние гипота- ламуса на обменные процессы и другие функции стареющего человека. Меняется состояние вегетативных органов, эндокринных желез, а также мотивации и, в конечном счете, поведенческие реакции организма. Ука- занные выше возрастные изменения в отделах ЦНС, с которыми связан гипоталамус (новая кора, лимбические отделы, ствол мозга), в свою оче- редь сказываются на функции разрегулированного гипоталамуса. Весьма важно то, что в связи с разрегулированием гипоталамической регуляции с возрастом снижаются адаптационные реакции организма. Наглядным примером этого может быть изменение механизмов терморе- гуляции: пожилые люди легче перегреваются и переохлаждаются, а вос- становление температуры тела после ее отклонения у них затягивается. Возрастные изменения гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальной системы приводят к существенному нарушению адаптивного ответа на стрессорные воздействия. К примеру, у крыс при эмоционально-болевом стрессе изменяется соотношение медиаторных систем гипоталамуса. У старых животных преобладают серотонинергические механизмы в ре- гуляции секреции кортикостерона, а в регуляции альдостерона — дофа- миновые механизмы. При этом концентрация гормонов в крови сущест- венно изменяется. Структуры лимбической системы, также имеющие отношение к регуля- ции эндокринных желез, с возрастом становятся более чувствительными к действию адреналина и ацетилхолина. Изменения, возникающие на путях передачи эфферентной сигнализации В старости существенные изменения происходят и на периферии, в об- ласти передачи нервных импульсов на эфферентные органы. Так, в связи с отложением солей, развитием остеохондроза очень часто происходит сдавление корешков в месте их выхода из спинномозгового канала, что нарушает проведение афферентной и эфферентной сигнализации по ним. Это отражается на сенсорных и рефлекторных процессах. Но не менее су- щественным является нарушение трофической функции нервной системы, регуляции вегетативных органов. Существенные изменения наблюдаются и на этапе синаптической пере- дачи в периферических органах. Здесь происходят нарушения за счет всех трех звеньев: функции рецепторов, гидролиза медиаторов и их ресинтеза. Определенную роль в ухудшении эфферентной сигнализации играет ослабление нейронного транспорта. В результате всех указанных перестроек, к примеру, в скелетных мыш- цах нарушаются эфферентные механизмы регуляции движений, снижает- ся лабильность, легче и быстрее развивается утомление. Определенные изменения происходят и на этапе обратной саморегуляции движений — ослабляются рефлексы с проприорецепторов мышц.
Глава 22. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ СТАРЕНИЯ 917 Возрастные изменения электрогенеза Происходящие в процессе старения морфофункциональные изменения мозга отражаются на его электрогенезе. Суммарным электрофизиологиче- ским индикатором состояния переработки сенсорной информации до неко- торой степени является частотный спектр ЭЭГ. В старости происходит замедление частоты основных ритмов ЭЭГ с одновременным перераспре- делением их пространственной топографии. Наиболее выражены измене- ния а-ритма. Если у лиц среднего возраста частота а-ритма 10,2 ±0,15 Гц, у 60-74-летних — 9,25 ±0,15, то у 75-89-летних — 8,64±0,1 Гц (В. В. Фроль- кис). При старении особенно заметные изменения наблюдаются в ассоциа- тивных областях коры больших полушарий. Так, частота a-ритма замед- ляется наиболее значительно в правой теменно-затылочной области, где урежается и 0-ритм. Кроме того, начинают появляться (чаще в левой височной области) фокусы спонтанной электрической активности. 22.2.3. Эндокринная система При старении, в связи с нарушением нервного механизма регуляции функций организма, возрастает значение гуморального звена. Характер- ной особенностью периода старения является изменение метаболической активности гормонального «зеркала» организма. Это наглядно проявля- ется в уровне гормонов в крови. Причем содержание в крови одних гор- монов падает, других — не меняется, а третьих — может даже возрастать. Так, увеличивается концентрация адреналина, вазопрессина, АКТГ — глюкокортикоидов, но снижается содержание тиреоидных, половых гор- монов, ослабляется инсулярная активность. В результате существенно перестраивается весь метаболизм нейроэн- докринной системы. К примеру, концентрация в крови многих гормонов, регулирующих метаболические процессы, находится на том же уровне, что и у более молодых субъектов. Однако эта стабильность достигается за счет того, что образование и секреция гормона железой понижаются при одновременном снижении его метаболизма, использования тканями и разрушения. При старении меняется также и чувствительность большинства клеток к действию гормонов. К примеру, у старых животных меньшие дозы ти- роксина, адреналина, вазопрессина вызывают изменение обмена и функ- ции сердца. Наряду с ростом концентрации вазопрессина растет и чув- ствительность к нему кровеносных сосудов. В результате этот гормон может стать основной причиной спазма сосудов сердца, развития артери- альной гипертонии. Но реакция периферических тканей на действие гормона может быть и парадоксальной. Так, в старости половые гормоны могут не активиро- вать, а, напротив, подавлять синтез белка, адреналин — не расширять, а суживать коронарные сосуды, серотонин — не усиливать, а ослаблять работу сердца. Причем подобные «извращения» наблюдаются и в самой
918 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА системе регуляции эндокринной активности. Так, гормоны гипофиза могут не стимулировать, а подавлять выработку гормонов соответствую- щими периферическими железами. При старении изменяется нейрогенный контроль деятельности эндок- ринной системы. Обусловлено это тем, что происходят существенные и в то же время далеко неоднозначные изменения в нейронах гипоталамуса. Так, при старении растет концентрация такого важного гипофизарного гормона, как вазопрессин. Вероятно, во многом это имеет адаптивное значение. Вазопрессин, регулирующий состояние нервных центров, влия- ет на память, обеспечивая ее компенсаторное поддержание при снижении других механизмов. Возрастает также концентрация гонадотропных гор- монов, что, вероятно, обусловлено обратной связью: этому предшествует снижение образования самих половых гормонов. В целом при старении меняется состояние обратной связи в системе нейроэндокринных меха- низмов регуляции, то есть меняется чувствительность гипоталамических отделов к уровню гормонов в крови. Меняется также и чувствительность периферических желез на действие тропных гормонов. Особенно это выражено у тех желез, функция кото- рых находится под прямым воздействием нервной системы. При старении ослабляется нервный контроль функции щитовидной, половых желез, надпочечников. В результате чувствительность их к действию тропных гормонов может повышаться. Но и это происходит не везде однотипно. Например, повышение чувствительности щитовидной железы к тирео- тропному гормону имеет место в том случае, когда концентрация гормо- на относительно небольшая. Если же тропного гормона в крови много, то реакция железы снижена. В результате происходящих перестроек, в том числе и изменения чувствительности тканей к действию тироксина, в старости наблюдается недостаточность этой системы регуляции. А под влиянием гормонов щитовидной железы находятся многие обменные процессы организма, особенно связанные с образованием и потреблением энергии. Это является одной из причин снижения потребления кислорода, развития гипоксии. 22.2.4. Иммунная система Изменения, развивающиеся в иммунной системе, при старении столь значительны, что их можно поставить на второе место после репродук- тивной системы. Наиболее наглядно эти изменения демонстрирует инво- люция одного из центральных иммунных образований — вилочковой же- лезы: у пожилых людей остается лишь около 10% ее массы. В десятки раз снижается способность вырабатывать антитела в ответ на чужеродный антиген. В то же время примерно в такой же степени возрастает частота аутоиммунных реакций. Эти изменения оказываются поистине катастро- фическими для стареющего организма, так как с ними связано появление наиболее распространенных в старости заболеваний. Причем, с одной стороны, это приводит к более высокой чувствительности к различным
Глава 22. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ СТАРЕНИЯ 919 микробным агентам, а с другой — к росту числа злокачественных заболе- ваний. Возрастные изменения иммунитета во многом обусловлены нарушени- ем механизмов их регуляции. Так, за счет изменений гипоталамических отделов мозга ослабляется его нейрогенный контроль. Но одновременно с этим снижается чувствительность иммуннокомпетентных клеток к раз- личного рода регуляторам их активности. К примеру, под влиянием кортизона более активно тормозится образование антител, хотя фагоци- тарная активность при этом компенсаторно повышается. Прямым следствием дисбаланса различных звеньев иммунной системы, их регуляции является достаточно час/о возникающее образование анти- тел к собственным структурам организма, аутоиммунные заболевания. 22.2.5. Система транспорта газов Важным фактором развития старения является гипоксия тканей. К ней приводят морфо-функциональные изменения всех звеньев системы транс- порта и использования кислорода. И если в состоянии покоя это может и не проявляться, то при любой ситуации, предъявляющей повышенные требования к указанной системе, организм пожилых людей начинает страдать от недостатка кислорода. К примеру, при подъеме в гору небла- гоприятное влияние гипоксии начинает чувствоваться на более малых высотах, а реакции органов системы транспорта кислорода при этом более выражены. Так же, как и в других органах, изменения, развивающиеся в различ- ных звеньях системы транспорта газов, отличаются своей выраженно- стью, многообразием и индивидуальностью. С возрастом проявляется одна из характерных особенностей гипо- ксии — уменьшение уровня РОг в тканях. При этом одновременно сни- жается способность тканей усваивать кислород. В клетках большинства органов снижается содержание митохондрий и активность ферментов ми- тохондриального окисления. В результате уменьшается скорость синтеза АТФ. Но в ответ на это в некоторых тканях активируются бескислород- ные пути ресинтеза АТФ, в частности гликолитический. Внешнее дыхание Возрастные изменения, приводящие к снижению функциональных воз- можностей, происходят во всех элементах системы внешнего дыхания: грудной клетке, дыхательных мышцах, воздухоносных путях, легочной паренхиме, сосудах малого круга кровообращения. Обызвествление реберных хрящей, уменьшение подвижности реберно- позвоночных сочленений, уплощение межпозвоночных дисков, окосте- нение передней продольной связки и другие нарушения существенно снижают подвижность ребер во время дыхания. Особенно заметно это становится при возникновении одышки. К снижению адаптационных воз- можностей за счет амплитуды дыхания приводит й перестройка в дыха- тельных мышцах, их дегенеративные изменения.
920 Раздел IV, ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА Неравномерные изменения происходят в бронхиальном дереве легких. В одних отделах стенки бронхов утолщаются, в других — атрофируются, в третьих — остаются без существенных перестроек. Выражением этих и подобных изменений является увеличение объема функционально закры- тых воздухоносных путей при старении. Неблагоприятные изменения происходят и в микроциркуляторном рус- ле малого круга кровообращения: уменьшается количество функциониру- ющих капилляров, снижается их проницаемость. Таким образом, происходящие с возрастом изменения приводят к по- степенному снижению жизненной емкости легких, возрастанию величины анатомического и физиологического «мертвых» пространств, уменьше- нию эластичности легочной ткани и плотности капилляров в стенке альвеол. В результате начинает проявляться дискоординация между вен- тиляцией отделов легких и кровотоком. Значитёльное падение диффузи- онной способности легких, проявляющееся уже в состоянии покоя, осо- бенно заметным становится при выполнении мышечной работы. В итоге этих изменений нарушается оксигенация венозной крови малого круга кровообращения и в артериальной крови уровень РО2 снижается, в то время как РСО2 существенно не изменяется. Происходящие в легких из- менения приводят к существенному снижению адаптационных возможно- стей системы внешнего дыхания. Кроме того, изменения затрагивают и механизмы регуляции дыхания: понижается чувствительность к гипоксии, а после 65 лет менее выражен- ной становится реакция и на гиперкапнию. Сердечно-сосудистая система С возрастом в сердечно-сосудистой системе развиваются столь выра- женные изменения, что заболевания ее становятся наиболее частой при- чиной смерти человека. Эта система является одной из наиболее важных в реакциях на любые изменения состояния организма, она относится к высокоадаптивным системам. При старении адаптационные возможности ее резко ограничиваются, а это сказывается и на адаптационных возмож- ностях всего организма. Частота сердечных сокращений в состоянии физического покоя, как правило, находится в пределах нормы, характерной для более молодых. Но достигается это тем, что при старении, с одной стороны, ослабляются парасимпатические влияния на сердце, а с другой — снижаются автома- тия и симпатические воздействия. Компенсаторной реакцией указанных изменений в нейронной системе регуляции работы сердца является повы- шение чувствительности его к влиянию гормональных факторов. Возрастные изменения в кардиомиоцитах происходят как со стороны сократимых белков, так и мембран. Перестройка липидного матрикса мембран обусловлена увеличением содержания минорных фосфолипидов (регулируют активность рецепторов), а также лизофосфатидилхолина (обладает разжижающим действием). Изменение текучести мембран ска- зывается на дрейфе рецепторов, подвижности насосов, доступности кана-
Глава 22. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ СТАРЕНИЯ 921 лов и тем самым на реактивности клеток. Не следует забывать, что липи- ды являются еще и источником многих биологически активных соедине- ний, образование которых с возрастом также меняется. К примеру, возрастное увеличение синтеза И3 изоформы миозина при снижении К] и изменение липидного состава приводят к понижению ак- тивности кальциевой АТФазы. Вследствие этого снижается аккумуляция кальция саркоплазматическим ретикулумом, митохондриями. Однако чрезмерному накоплению кальция в саркоплазме препятствует ускорение натрий-кальциевого обмена, что, несомненно, является адаптационной реакцией. Но в целом кальцийтранспортная система миокарда при старе- нии становится менее надежной. Нарушение кальциевого обмена в кар- диомиоцитах отражается на процессах возбудимости, сопряжении элек- трической активности и сокращения, что в первую очередь сказывается на характере расслабления миокарда. При старении вследствие изменений мембранной проницаемости для ионов понижается активность ионных насосов и снижается лабильность синусного узла, то есть ухудшается способность сердца существенно по- вышать функциональную активность при нагрузках. При этом одновре- менно падает и способность самого миокарда воспроизводить ритм со- кращений, навязанный проводящей системой, что связано с указанными выше изменениями кальциевого обмена. Этому же способствует и су- щественное снижение активности натрий-калиевой-АТФазы. Указанное обстоятельство, вероятно, является еще и причиной повышения чувстви- тельности миокарда пожилых людей к сердечным глюкозидам. С возрастом снижается интенсивность коронарного кровотока. Так, если у взрослой собаки к грамму ткани сердца притекает 0,44 мл крови, то у старых — только 0,23 мл. Во взрослом организме пропорционально работе сердца растет и коронарный кровоток. В отличие от этого, с воз- растом в условиях, когда работоспособность сердца возрастает, указан- ное выше несоответствие кровотока становится еще более выраженным. Кроме того, в понижении работоспособности самих кардиомиоцитов существенное значение приобретают следующие два фактора. С одной стороны, в кардиомиоцитах снижается активность энергетических про- цессов, особенно за счет резкого падения (до 40-50%) уровня КФ (а это первый источник для ресинтеза АТФ). С другой стороны, нарушается си- стема сопряжения возбуждения и сокращения — кальциевый обмен: - уменьшается способность сократительных белков взаимодействовать с кальцием; - снижается активность кальциевой помпы, а значит, и способность сар- коплазматического ретикулума связывать ионы кальция. Важным механизмом развития гипоксии тканей являются изменения в системе микроциркуляции: уменьшается плотность капиллярного русла, изменяется стенка капилляров и снижается ее проницаемость. Усиливается гипоксия и в связи с постепенным развитием «типичных»
922 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА патологических процессов, приводящих к склеротическим изменениям со- судов. Таким образом, с возрастом меняется подавляющее большинство ос- новных показателей, характеризующих состояние сердечно-сосудистой системы. Снижаются сократительная способность миокарда и минутный объем кровотока (до 25%), растет сопротивление сосудистого русла, на- рушается проницаемость капилляров. Красная кровь С возрастом, как правило, снижается плотность клеточной популяции костного мозга — значительная часть клеток замещается жиром и соеди- нительной тканью. К 70 годам количество костномозговых клеток стано- вится почти в 2 раза меньшим, чем у молодых людей. Это приводит к различной степени выраженности снижению концентрации эритроцитов и гемоглобина в крови. В результате уменьшается кислородная емкость крови, что, наряду с ухудшением условий газообмена в легких, некото- рым падением РО2 крови, снижает кислородтранспортные возможности крови. Но одновременно в крови происходят адаптационные перестрой- ки, направленные на компенсацию указанных нарушений. Одной из них является сдвиг кривой диссоциации гемоглобина вправо, что обеспечива- ет возрастание скорости отдачи кислорода эритроцитами в тканях. Антигипоксические системы организма Таким образом, происходящие во всех звеньях системы транспорта га- зов возрастные изменения приводят к гипоксии. Но в ответ на развиваю- щуюся гипоксию в клетках активнее начинают функционировать антиги- поксические механизмы. При этом особая роль принадлежит системе защиты от токсического действия кислорода. Она проявляется особо наглядно в случае его избыт- ка, но активируется также и при недостаточном поступлении кислорода в ткани. В процессе обмена веществ, главным образом под влиянием кис- лорода, в клетке постоянно образуются свободные радикалы. Свободный радикал — это молекула или ее часть, имеющая на молекулярной или внешней атомной орбите неспаренный электрон. Эти соединения пред- ставляют серьезную опасность для жизнедеятельности клетки. Дело в том, что указанные соединения, обладая высокой способностью к хими- ческим реакциям, могут легко повреждать различные биологически важ- ные молекулы. В процессе эволюции в клетках сформировались достаточ- но мощные механизмы защиты от токсического действия кислорода, блокирующие как сами эти радикалы, так и многие из соединений, обра- зующихся под их воздействием. Поэтому функциональные возможности этих систем защиты во многом определяют жизнестойкость тканей орга- низма. Образование указанных выше токсических продуктов обмена усили- вается и при недостатке кислорода. Поэтому в процессе старения уже небольшая степень гипоксии приводит к повышению нагрузки на антиги-
Глава 22. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ СТАРЕНИЯ 923 поксическую систему. В то же время мощность этой системы с возрастом снижается. В результате содержание свободных радикалов в тканях ста- новится более высоким, а значит, проявляется их повреждающее влияние. 22.2.6. Система пищеварения В органах ЖКТ, печени возрастные изменения выражены наименее за- метно. Эти изменения, как правило, не являются специфичными, а проис- ходят вследствие указанных выше нарушений общего метаболизма клеток. В печени снижается количество гепатоцитов. При этом в оставшихся клетках наблюдаются компенсаторные изменения в виде увеличения раз- меров всей клетки, объема их ядра. В гепатоцитах снижается общее коли- чество митохондрий при компенсаторном росте их размеров. Активность белоксинтезирующих процессов также понижается. Результатом всех этих изменений является общее снижение функций данного органа, что осо- бенно сказывается на дезинтоксикационной функции ее. Это необходимо учитывать и при медикаментозном лечении пожилых больных, так как снижается гидроксилирование лекарственных веществ, а значит, они мо- гут накапливаться в организме в большой концентрации. Направленность возрастных изменений в других органах системы пи- щеварения примерно такая же, как и в печени. В связи с развитием атро- фических процессов слизистой оболочки желудка и кишечника с возра- стом постепенно снижается активность секреторных процессов. Причем на активности секреторных процессов сказывается и снижение влияния нервной системы. Но при этом компенсаторно возрастает реакция сохра- нившихся железистых клеток на гуморальные регулирующие факторы. Сами моторные структуры желудка и кишечника с возрастом относи- тельно сохранены, но происходит постепенная атрофия собственного мы- шечного слоя стенки кишечника. Изменяются и механизмы регуляции их функциональной активности. Существенно снижается влияние парасим- патических нервов на моторику. Все это приводит к снижению активно- сти перистальтики ЖКТ, развитию запоров. Наиболее существенные изменения с возрастом происходят в поджелу- дочной железе, где наряду с уменьшением количества панкреацитов зна- чительно изменяется общее количество протоков и сосудов. Все это ведет к снижению продукции жидкой части сока, содержания в ней бикарбона- тов и ферментов. Особенно это сказывается при существенном возраста- нии факторов, стимулирующих панкреатическую секрецию. С возрастом ослабляется гуморальный механизм регуляции. Так, если у молодых лю- дей введение в кишечник НС1 приводит к значительному повышению вы- деления сока поджелудочной железой, то у пожилых ответ резко снижен или даже может отсутствовать. 22.2.7. Выделение В старости на 25-35% уменьшается количество нефронов. Еще зна- чительнее (до 35-45%) падает почечный кровоток. Прогрессивно сни- жается способность почек выводить электролиты, токсические вещества.
924 Раздел IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА В результате создаются условия для развития аутоинтоксикации невыве- денными из организма шлаками. Эти процессы усиливаются еще и в свя- зи с возрастанием чувствительности клеток многих органов к ряду ве- ществ эндогенной или экзогенной природы. За счет этого даже обычный для зрелого возраста уровень метаболитов, веществ, поступающих с пи- щей или воздухом, лекарственных препаратов может оказывать свое отрицательное влияние на те или иные органы и системы организма. 22.3. СТАРЕНИЕ И БОЛЕЗНИ Хотя старение и болезни взаимосвязаны, но знака равенства между ни- ми ставить нельзя. Однако между такими «типичными» для старости па- тологиями, как атеросклероз, артериальная гипертония, диабет, рак, и процессами, происходящими при старении, есть много общего, но и раз- личного. Старение создает предпосылки для развития патологии и возра- стные изменения, суммируясь с патологическими воздействиями, могут легко перерастать в болезнь. Развивающиеся при старении процессы мо- гут привести к развитию различных синдромов (синдром — совокупность ряда симптомов с единым патогенезом). В то же время многие патологи- ческие процессы, изменяя морфофункциональное состояние организма, влияют на темп старения — как правило, ускоряя его. Возрастные изменения, происходящие на уровне функциональной ак- тивности генов, определяют общность и в то же время специфичность старения различных клеток. Эти же механизмы являются основой разви- тия возрастной патологии. Проявляющиеся с возрастом изменения в со- отношении синтеза отдельных белков, ограничение потенциальных воз- можностей белоксинтёзирующих систем, экспрессия новых генов стано- вятся основой развития рака, атеросклероза, диабета, паркинсонизма, бо- лезни Альцгеймера и др. В каждой из указанных патологий можно обна- ружить связь их патогенеза с активацией или подавлением соответствую- щих генов, изменением синтеза белков. Так, при атеросклерозе нарушает- ся соотношение синтеза апопротеинов, при болезни Альцгеймера — син- теза амилоидного белка, при диабете — подавляется активность синтеза инсулина. При паркинсонизме изменения в генах, кодирующих тирозин- гидроксилазу, дофаминдекарбоксилазу, дофаминовые рецепторы, приво- дят к существенным нарушениям в моторных отделах ЦНС. Развивающиеся при старении явления адаптации организма к новым условиям внутреннего состояния могут перерасти в стресс-реакцию. Это может случиться в связи с тем, что происходящие в органах перестройки требуют изменения функционального состояния механизмов межорган- ной регуляции и могут приводить к их истощению и из адаптационных переходят в стрессовые. С возрастом возникает своеобразная перестройка функций всего мозга. Возбудимость одних центров падает, других — не изменяется, а треть- их — растет. Причем различные возрастные изменения развиваются даже в одних и тех же структурах мозга. Все это приводит к дискоординации
Глава 22, ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ СТАРЕНИЯ 925 нейронных процессов, к нарушению систем регуляции функций всех ор- ганов и систем организма, координации их функционального состояния. Это во многом определяет как сам процесс старения организма, так и состояние здоровья человека, его психику. Однако существенные измене- ния психики старых людей связаны не столько с возрастными сдвигами в ЦНС, сколько с патологическими изменениями их, обусловленными нарушением обеспечения деятельности мозга. Имеется великое множе- ство примеров сохранения интеллекта на достаточно высоком уровне у очень старых людей при всей их физической немощи. Вопросы д № 1 Укажите, в каком возрасте чаще всего начинаются процессы старения: А. У мужчин с 65 лет Б. У женщин с 60 лет В. У женщин с 50-55 лет Г. У мужчин с 50-55 лег Д. У мужчин с 55-60 лет № 2 Пожилой возраст характеризуется: А. Активным развитием процессов измене- ния структур органов и систем Б. Сформированными механизмами адапта- ции к происходящим в организме изме- нениям В. Развитием адаптации к происходящим в организме изменениям Г. Медленным развитием процессов изме- нения структур органов и систем № 3 Старческий возраст характеризуется: А. Активным развитием процессов измене- ния структур органов и систем Б. Сформированными механизмами адапта- ции к происходящим в организме изме- нениям В. Развитием адаптации к происходящим в ор- ганизме изменениям Г. Медленным развитием процессов изме- нения структур органов и систем № 4 Изменение белкового синтеза при ста- рении происходит в связи: А. С нарушением нейрогенных механизмов регуляции повторения Б. С изменением в системе генома В. С нарушением эндокринной регуляции Г. С нарушением взаимодействия белков в цитоплазме № 5 Изменение белкового синтеза при ста- рении приводит: А. К изменению соотношения белков Б. К изменению структуры молекул колла- гена В. К увеличению выхода белков из клетки Г. К уменьшению выхода белков из клетки Д. К нарушению ферментативной активно- сти белков Ns 6 При старении количество нейронов в ЦНС: А. Не меняется Б. Уменьшается В. Увеличивается Ns 7 При старении в синапсах ЦНС: А. Изменения не возникают Б. Количество изменений возрастает В. Количество изменений уменьшается Ns 8 При старении в синапсах ЦНС: А. Снижается скорость передачи импульсов Б. Скорость передачи импульсов возрастает В. Скорость передачи импульсов не меняется Г. Снижается ресинтез медиаторов Д. Снижается количество рецепторов на по- стсинаптических мембранах
926 Разел IV. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫСТАРЕНИЯ № 9 При старении происходит снижение функциональных возможностей памяти в связи: А. С ослаблением зрения Б. С ослаблением слуха В. С нарушениями в нейронных структурах теменной области коры больших полуша- рий Г. С нарушением нейронов продолговатого мозга № 10 Процесс старения протекает: А. Однотипно у всех людей Б. Индивидуально В. Однотипно, но начинается в различном паспортном возрасте № 11 Эмоциональная неустойчивость и не- адекватность при старении возникает в связи с тем, что: А. Человек осознает, что неминуемая смерть становится все ближе Б. Нарушается взаимосвязь лимбической системы с лобной долей коры больших полушарий В. Ухудшается зрение Г. Ослабляется слух Д. Нарушается адекватная регуляция крово- обращения № 12 Укажите неправильный ответ. Стабильный уровень в крови некоторых гормонов у пожилых людей достига- ется: А. При снижении образования за счет уменьшения использования Б. При снижении образования за счет повы- шения выхода из клеток В. При снижении образования за счет уменьшения разрушения Г. При уменьшении количества секретирую- щих клеток за счет роста синтеза в дру- гих Д. При повышении образования за счет уси- ления разрушения № 13 У пожилых людей чувствительность клеток к гормонам: А. Не меняется Б. Возрастает В. Снижается Г. Извращается № 14 При старении в состоянии покоя часто изменяется: А. pH крови Б. Онкотическое давление крови В. Структура коллагена соединительной ткани Г. Уровень сахара крови Д. Осмотическое давление крови № 15 В процессе старения происходят изме- нения в нервных центрах за счет: А. Усиления реакции нейронов на вазопрес- син Б. Усиления активности дофаминергических структур ЦНС В. Нарушения нейрогенного контроля выде- ления гормонов гипофизом Г. Снижения образования медиаторов в си- напсах ЦНС № 16 Вставьте пропущенные слова. При старении в состоянии ... системы организма по основным показателям гомеостаза могут ... от молодых людей. А. Покоя, мало отличаться Б. Покоя, значительно отличаться В. Нагрузки, мало отличаться Г. Нагрузки, значительно отличаться № 17 При старении в ЦНС обычно происхо- дит ... количества нейроглии и ... коли- чества нейронов. А. Уменьшение, увеличение Б. Уменьшение, уменьшение В. Увеличение, увеличение Г. Увеличение, уменьшение
Глава 22. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ СТАРЕНИЯ 927 Ns 18 Вставьте пропущенные слова. Во время старения в нейронах ЦНС происходит... лабильности, вследствие ... количества ионных насосов и ... ко- личества натриевых каналов. А. Увеличение, увеличение, увеличение Б. Увеличение, уменьшение, увеличение В. Увеличение, увеличение, уменьшение Г. Снижение, снижение, снижение Д. Снижение, увеличение, увеличение Е. Снижение, уменьшение, увеличение № 19 Укажите неправильный ответ. При старении выраженные изменения происходят в иммунной системе. С чем связано развитие этих изменений? А. С инволюцией вилочковой железы Б. С нарушением эндокринной регуляции В. С нарушением гипоталамических меха- низмов регуляции Г. С изменением коркового контроля регу- ляции № 20 Укажите неправильный ответ. При старении выраженные изменения происходят в иммунной системе. К че- му приводят эти изменения? А. Росту раковых болезней Б. Снижению образования антител В. Снижению фагоцитарной активности Г. Росту аутоиммунных заболеваний № 21 При старении происходящие возраст- ные инволютивные процессы приводят к снижению функциональных резервов системы транспорта газов. За счет чего это происходит? А. Понижения проницаемости капилляров малого круга Б. Снижения количества капилляров малого крута В. Несоответствия между вентиляцией аль- веол и их кровоснабжением Г. Снижения МОК Д. Нет правильных ответов № 22 Укажите неправильный ответ. Функциональные резервы легочной вентиляции пожилых людей снижаются за счет: А. Обызвествления реберных хрящей Б. Увеличения «мертвого пространства» В. Несоответствия между вентиляцией аль- веол и их кровоснабжением Г. Слабости дыхательных мышц № 23 У пожилых людей наблюдается диско- ординация между легочным кровообра- щением отдельных участков легких и их вентиляцией. К чему это приводит? А. Увеличению анатомического «мертвого пространства» Б. Увеличению альвеолярного «мертвого пространства» В. Снижению уровня Р&г Г. Снижению уровня РлОг Д. Сдвигу кривой диссоциации гемоглобина вправо Е. Сдвигу кривой диссоциации гемоглобина влево Ns 24 Основные причины возрастного увели- чения уровня артериального давления. -А. Снижение чувствительности барорецепто- ров Б. Увеличение УО В. Возрастание жесткости стенки артерий Г. Повышение тонуса парасимпатического отдела ВНС Д. Увеличение уровня кальция в крови Ns 25 Основные причины возрастного нару- шения работоспособности кардиомио- цитов: А. Снижение содержания КФ в кардиомио- цитах Б. Нарушение сопряжения возбуждения и сокращения В. Повышение активности кальциевого на- соса Г. Увеличение сродства сократительных белков к кальцию
928 Разел IV. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ СТАРЕНИЯ Ns 26 При старении в печени происходят ин- волюционные изменения в виде: А. Снижения количества гепатоцитов Б. Увеличения размеров гепатоцитов В. Уменьшения размеров гепатоцитов Г. Повышения количества митохондрий в ге- патоцитах Д. Снижения биосинтетических процессов в ге- патоцитах Ns 27 Наиболее типичными изменениями со стороны ЖКТ у пожилых людей явля- ются частые запоры. В основе их могут лежать следующие причины: А. Повышение парасимпатических влияний на моторику кишечника Б. Снижение парасимпатических влияний на моторику кишечника В. Повышение симпатических влияний на моторику кишечника Г. Снижение симпатических влияний на мо- торику кишечника Ns 28 При старении в поджелудочной железе происходят инволюционные изменения в виде: А. Уменьшения количества панкреацитов Б. Уменьшения количества протоков В. Возрастания чувствительности панкреа- цитов к гуморальным регуляторам Г. Снижения чувствительности панкреацитов к гуморальным регуляторам Ns 29 У пожилых людей часто наблюдается эмоциональная неустойчивость. Основной механизм: А. Ослабление тормозного влияния лобной доли коры на лимбическую систему Б. Нарушение в системе гипоталамической регуляции В. Нарушение в сенсорных системах мозга Г. Тоска по прошедшей молодости
Правильные ответы яа вопросы для повторения Главы 1-4 Глава 5 25 —ВГ 1 —В 1 —Г 26 —АБВ 2 —Б 2 —В 27 —Г 3 —Б 3 —В 28 —Д 4 —Б 4 —Г 29—А 5 в 5—А 30 —А 6—Г 6—БВ 31 — Б 7 — А 7 —АГ 32 —АВ 8 —Б 8-Д 33 —Б 9 —АБВ 10 —Б 11 —В 12 —Б 13 —А 14 —АБВ 15 —Б 16—В 9 —Г 10—А 34 —В 35 —БГ 11-вд 12 —В 13 —Б 14 —А 15—А 18-АД 17 —Г 36 —В 37 —А 38 —Б 39—АВ 40 —Г 41 — В 17 —А 18 —В 42 —Г 18 —БВ 19 —А 43 —Б 19 —АГ 20^ В 44 —Б 20 —АВ 21—Б 45 —В 21 — БВ 22 —Б 46 —АБ 22 —ВГ 23 —АВ 47—АГ 23 —Г 24—БВ 48 —В 24 —Б 25—А 49 —Б 25—АБ 26 —В 50 —Б 26 —В 51 —АГ 27 —АД Глава 6 52 —Б 28-АД 1 — В 53 —БГ 29 —А 2 —Б 54 —А 30 —АГ 3 —Г 55 —Б 31 — АБ 4—Г 56 —Б 32 —БД 5 —Г 57 —Б 33 —Б 6—А 58 —А 34 —А 7 —В 59 —В 35-ГД 8 —Б 60 —Г 36 —БВ 9 —В 61 — Б 37 —Г 10 —А 11 — Б 62 —АБВ 38—А 63—АВ 39 —АГ 40 —АВ 41 — В 12 — Б 13 —БГ 14—Б 15 —В 64 —АВД 65 —Б 66 —В 42 —Б 16 —В 67 —Г 43—АГ 17 —А 68 —АБ 44 —А 18 —А 69—А 45 —Б 19 —АБ 70 —А 46 —БВ 20 —А 71 —А 47 —БВ 21 — Б 72 —Д 48 —АГ 22 —А 73 —Г 49 —ВГ 23 —А 74 —А 50 —БГ 24 —А 75 — БГД Глава 7 1 —Б 2—Г 3 —В 4 —Г 5 —Г 6 —Б 7 —АБ 8 —БВ 9 —Г 10 —Г 11 —Д 12 —Д 13 —Г 14 —В 15 —АБ 16 —Б 17 —В 18 —Г 19 —А 20 —А 21 — АБВ 22-ГД 23 —А 24 —АБ 25 —АБВ 26 —АГ 27 —Б 28 —А 29 —А 30 —Г 31 — г 32 —АБВ 33 —АГ 34 —ВГ 35—АД 36 —БВ 37 —Г 38 —Б 39 —В 40 —Б 41 —АГ 42 —Г 43—А 44 —АБГ 45 —БГ 46 —Г 47 —А 48 —Б 49—А 50 —Г 51 — ВГ
930 ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ Глава 8 18—АГ 22 —Б 23 —В 1 — БВ 2 АБВ 19 —А 23-Д 24 —Г 20 —А 24 —Б 25 —Д 3 ДБ 21 —АВ 25-ВД 26 —АВ 4 —ВГ 22 —АБ 26-Д 27—АБ 5 —БВГ 23 —АГД 27 —Г 28 —АБ 6 —АВ 24—А 28 —АГД 29 —АБ 7 б 25 —АБВ 29—АБГ 30 —Б 8 —ДБВ 26 —А 30 —АБГ 31 —А 9—АБВ 27 —Б 31 — АБ 32 —А 10 — Б 28—А 32 —АБВГ 33 —БВ 11 —А 29 —Б 33 —Г 34—Г 12—АБВ 30 —В 34—BE 35—А 13 —ВГ 31 — БГД 35 —Г 36—АВГ 14 —А 32 —АВГ 36 —В 37 — Б 15 —А 33 —Г 37 —Б 38 —АГ 16 —Б 34 —В 38 —Б 39 —Г 17 —А 35 —Б 39 —ГЕ 40-Д 18 —В 36 —Б 40 —В 41 —Б 19— Г 37 —В 41 —Г 42 —Г 20 —Б 38—АБВГ 42 —Б 43 —А 21 — АБГ 39 —БВ 43 —Б 44 — Г 22 —АБ 40 —В 44 —ВД 45 — Б 23 —АВ 41 — Г 45-ВД 46 — В 24 —В 42—А 46 —Г 47 — Г 25 —Б 43—АБ 47 —Г 48 —В 26 —А 44 —В 48 —БГ 49 — В 27 —Б 45 —В 49—А 50 — В 28 —Б 46 —ВГ 50—А 51 —А 29 —Г 47—АБ 51 — АБ 52 — Г 30 —А 48 —Г 52-ВД 53 — В 31 — АБ 49 —БВ 53—АВД 54 — АДЕ 32 —АБ 33 —Г 34 —АБВ 35 —В 50 — БВГ Глава 10 1 —Г Глава 12 1 —Б 2 —АВ 55— Г 56 —В 57—А 58 —Г 59 —Б 36 —АВ 2 —Г 3 —А 60 — Д Глава 9 3 —Б 4 —АВ 61 — ВД 4 —Г 5 —Б 62 —ГД 1 — Г 5 —В 6 —АВ 63 —Б 2 —АБГ 6-Д 7 —Б 64 —Б 3 —Г 7-Д 8 —А 65 —Г 4 —А 8 —ГЕ 9 —А 66—А 5 —Б 9 —А 10—А 67 —Б 6 —АБВ 10 —Г 11 —Б 68—АБВ 7-Д 11 —В 12 —А 69 —В 8 —В 12 —А 13 —Б 70—А 9 —Б 13 —BE 14—Д 71 — Г 10 —ВГ 14 —В 15—В 72 —АГ 11 —АБГ 15—А 16—БГД 73—АГ 12 —Г 16 —Б 17—А 74 —Б 13 —В 17 —ДЕ 18 —Б 75 —Г 14 —В 18 —БЕ 19 —Г 76 —АВ 15 —АБ 19 —ГЕ 20 —Г 77 —Г 16 —А 20—А 21 —А 78 —АВ 17 —А 21-БД 22 —Б 79 —БГ
ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ 931 60 —В 137 —АБ 36 —Б 50 —АБВ 61 — Б 138 —ВГД 37 —В 51 —А 82 —А 139 —БВ 38 —Д 52 —А 83 —Б 140 —Б 39 —Б 53 —Г 84 —Г 141—А 40 —АБ 54 —Б 85 —БГ 142 —А 55 —Б 66—Г 143 —Б Глава 14 56 —Б 87—А 144 —БВ 4 О 57 —БВ 88 —АГ 145—АБ 1 D О с 58 —АБГ 89 — АБВ 146—Б Z — О З-д 4-Д 5 дб 60 —АВГ 90 —АБВГ 147 —Б 91 — В 148 —АБВГ Глава 15 92 —Б 93 —А 94 —Б 95 —В 96—В 97 —А 96 —В 99 — Г 149 —А 150 —В 151 —В 152 —Г 153 —В 154—АБВ 155 —АВЕ 6 —Б 7 —Б 8 —В 9 —В 10 —Б 11 —В 12 —Б 1 — АБВ 2 —В 3 —А 4—В 5 —В 8 —Г 7 —Б 100—Б 101 —А Глава 13 13 —В 14 —В 6 —А 9 —Б 102 — Г 1 —Б 15 —Б 10 —В 103 —Г 2 —В 16 —Б 11 —В 104—АБ 3 —В 17 —В 12 —Б 105 —Г 4 —А 16 —АГ 13 —Б 106 —А 5 —Д 19 —Г 14 —Б 107 — Г 6 —Г 20 —В 15 —Б 106 —В 7 —АБ 21 — В 16 —Б 109 —Б 8 —В 22 —Д 17 —Б 110 —В 9 —Б 23 —В 16 —В 111 — БВ ю-д 24 —Б 19 —Б 112 —Б 11 —Б 25 —А 20 —В 113 —БВ 12 —В 26 —А 21 —А 114 — БВ 13 —А 27 —Б 22 —Б 115 —АВ 14 —Г 28 —В 23 —Б 116 —BE 15—АД 29 —А 24 —В 117 —Е 16 —АБ 30 —А 25 —В 118—В 17 —АБ 31-ВД 26 —В 119 —Г 16-ГДЕ 32 —Б 27 —Б 120 —Б 19 —АБВ 33—АВГ 28 — БВГ 121 — АБВ 20-ДЕ 34 —Б 29 —Г 122 —В 21 — АБВ 35 — БГД 30 —БВГ 123 —В 22 —А 36 —Б 31 — Б 124 —Б 23 —БВ 37 —БГ 32 —В 125 —А 24-ГД 38 —Б 33 —Б 128 —АВ 25—АБВГД 39 —БВ 34 —Б 127 —БВ 26 —А 40 —В 35 —В 126 —В 27—А 41 — В 36 —В 129 —Б 28 —В 42 —А 37 —А 130 —АБ 29 — АБВ 43 —АБ 38—В 131 — Б 30 —А 44-Д 39 —Г 132—Г 31 — Б 45 —Б 40 —А 133—В 32 —БВД 46 —В 41 —А 134 —БВ 33 —АВ 47 —Г 42 —Д 135 —Г 34 —Г 46—Б 43 —Б 136 —А 35 —Б 49 —Б 44 —В
932 ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ 45 —В Глава 16 Глава 18 Глава 19 46 —А 1 —В 1 —Д 1 —г 47 — Г 2 —АВГ 2 —АВЕ 2 —Г 46 —А 49 —Б 50 —Б 3 —А 4 —Б 5 —В 3-БГД 4 — БГДЕ 5 —БВ 3 —Б 4 —А 5 —В 51 — В 6 —БЕ 6 —Г 52 —В 7 —В 6 — А 7 —АБГ 53 —А 6 —АБГ 7 —ВГ 8-ВГД 54 —Б 9 —АБГ 8 —Г 9 —АБГ 55 —Б 10 —АБГ 9 —БГ 10-ВД 56—Б 11 —Б 10 —Б 11 —Б 57 —А 12 —АБ 11 — гд 12 —АВД 56 —А 13 —АБ 12—ВГ 13 —БГЕ 59 —А 14 —В 13 —АБ 14—АВ 60 —А 61-Д 15 —А 16 —АВГ 17 —В 14 —А 15 —АБ 15 —Д 16-Д 17 —Б 62 —Д 16 —А 16 —Г 16 —Г 63 — Б 19 —В 17 —В 19 —В 64 — Б 20 —АБ 18 —Д 20 —Г 65 — А 21 — В 19 —А 21 —А 66 — Б 22 —АБ 20 —В 22 —В 67 —В 23 —А 21 — Б 23 —Б 68—А 24 —Б 22 — Г 24 —В 69 —В 25—А 23 —Б 25 —Г 70 —Б 26 —Б 26 —Д 71 — Б 27 —В 24— Г 27 —Б 72 —БВГ 26 —А 25 —А 28—А 73 —Б 29 —А 26—Б 29—А 74 —В 30 —А 27 —А 30 —В 75 —В 31—БД 26 —Б 31 — Г 76 —В 32 —АБ 29 —Б 32 —БВЕ 77 —АБВГД 33 —ВГ 30 —В 33 —В 78 —Г 34 —БВ 31 — БВ 34 — АБ 79 —БВ 35—А 32—ГД Глава 20 80 —А 36 —Б 33—ГД 81 — АБ 37 — БГД 34 — В 1 — ВГ 82 —В 36 —А 35 — Б 2 —Б 83 —В 84 —А 85 —Б 86 —Б 87 —Б 88 —А 39 —А 40 —БГ 41 — В 42 —Б 43 —Б 44 —В 45 —А 36 —АГД 37 —В 38 —А 39 —Б 40—Г 41 —А 3 —А 4 —АГ 5 —БГ 6 —БВ 7-Д 8—А 9 —Г 89 — Г 90 —АБВ Г 91 — БВГ 92—БВГД 46 —Б 47—А 48 —В 49 —В 42 —Б 43 —В 44 —Г л С Г* 10 —Г 11 —Г 12 —Д 13 —Е 93 —Б 50 —АБВ 45 — Б 14 —Б 94 —Б 51 — В 46 — А 15—А 95 —ВГ 52 —Б 47 —Г 16 —В 96—В 53 —А 48 —Б 17 —АВ 97 —АБВГ 54 —Б 49 —В 16—В 98 —АБ 55 —АБГ 50 —А 19 —БГ
ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ 933 20 —Г 44 —Г 20 —Б 8-АГД 21 — АВД 45 —Б 21 — Б 9 —В 22 —В 22-АД 10 —Б 23 —АБ Глава 21 23 —А 11 —Б 24 —Г 25—АБ 26-Д 27 —Г 26 —Д 1 —г 2—Б 3 —АБВ 4 —А 24 — БВГД 25 —Б 26-Д 27 —Б 28 — Б 12 —Д 13 —БВГ 14 —ВГ 15 —ВГ 29 —АБВГД 5 — В 29 — АБГ 16 —АГ 30 — БВД 6 — В 30 —А 17 —Г 31 — Г 7 — В 31 — Г 18 —Г 32-АД 8 — Б 32 —Б 19 —Г 33 —АБВ 9 — Б 33—А 20—В 34—А 10— Г 21 — АБВГ 35 —БВ 36-ГД 37 —В 11 —А 12 —А 13 —ВГД Глава 22 1 — ВД 22—В 23 — БВД 38 —АВ 14 —АБ 2 —АВ 24 — АВ 39 —Б 15 —БВ 3 —БГ 25 —АБ 40 —А 16 —А 4 —АБВ 26 —АБД 41 — БВ 17 —АБ 5—АБГ 27 —Б 42 —А 18 —АГ 6 —Б 28 —АБГ 43 —Б 19 —АГ 7 —В 29 —А
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Раздел I. Общая физиология Бакл Д. Гормоны животных / Пер. с англ. — М.: Мир, 1986. — 126 с. Батуев А. С., Куликов Г. Л. Введение в физиологию сенсорных систем. — М.: Высшая школа, 1983. — 247 с. Бэршоу К. Мышечное сокращение / Пер. с англ. — М.: Мир, 1985. — 128 с. Бызов А. Л. Электрофизиологические исследования сетчатки. — М.: Наука, 1966.— 196 с. Глезер В.Д., Цуккерман И. И. Информация и зрение. — Л.: Наука, 1961.— 184 с. Гранит Р. Основы регуляции движений / Пер. с англ. — М.: Мир, 1973.— 386 с. Гранит Р. Электрофизиологическое исследование рецепции / Пер. с англ. — М.: Изд. Иностр, лит., 1957. — 340 с. Дионисов С. М. Боль и ее влияние на организм человека и животного. — М: Медгиз, 1963. — 359 с. Дуринян Р.А. Центральная структура афферентных систем. — Л.: Медицина, 1965, — 186 с. Кассиль Г. Н. Боль и обезболивание. — М.: Из-во АН СССР, 1960. — 230 с. Катц Б. Нерв, мышца, синапс / Пер. с англ. — М.-Л.: Мир, 1969. — 220 с. Кейдель В. Физиология органов чувств / Пер. с нем. — М.: Медицина, 1975, —216 с. Костюк П.Г. Физиология центральной нервной системы. — К.: Вища шк., 1977. —319 с. Костюк П. Г, Преображенский Н. М. Механизмы интеграции висцеральных и соматических афферентных сигналов. — Л.: Наука. 1975. — 222 с. Коробков А. В., Чеснокова С. А. Атлас по нормальной физиологии / Под ред. Н. А. Агаджаняна— М.: Высш, шк., 1986. — 398 с. Котык А. Яначек К Мембранный транспорт / Пер. с англ. — М.: Мир, 1980.— 338 с. Кравков С. В. Глаз и его работа. — М.: Изд. АН СССР, 1950. — 531 с. Кратин Ю. Г Анализ сигналов мозгом. — Л.: Наука, 1977. — 240 с. Кэндел Э. Клеточные основы поведения / Пер. с англ. — М.: Мир, 1980.— 560 с. Лиманский Ю. П. Физиология боли. — Киев: Здоров’я, 1986. — 94 с. Лишко В. К, Шевченко М. И. Мембраны и жизнь клетки. — К.: Наукова дум- ка, 1087,— 103 с. Мусящикова С. С., Черниговский В. Н. Кортикальное и субкортикальное представительство висцеральных систем. — Л.: Наука, 1973. — 287 с. Ноздрачев А.Д., Чернышева М.П. Висцеральные рефлексы.—Л.: Наука, 1989,— 189 с.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 935 Райцес В. С. Механизмы взаимодействия внутренних и внешних анализато- ров. — Л.: Наука, 1980. — 149 с. Рабин А. Г., Дуринян Р.А. Центральные механизмы общей чувствительно- сти.— Л.: Наука, 1975.— 168 с. Скок В. И., Шуба М.Ф. Нервно-мышечная физиология. — К.: Вища шк., 1986, —224 с. Сомъен Дж. Кодирование сенсорной информации в нервной системе млеко- питающих / Пер. с англ. — М.: Мир, 1975. — 415 с. Тамар Г. Основы сенсорной физиологии / Пер. с англ. — М.: Мир, 1976. — 520 с. Теппермен Д., Теппермен X. Физиология обмена веществ и эндокринной сис- темы / Пер. с англ. — М.: Мир, 1989. — 656 с. Физиология сенсорных систем: Ч. 1. Физиология зрения / Под ред. В. Г. Сам- соновой.— Л.: Наука, 1971. — 416 с. Физиология сенсорных систем: Ч. 2 / Под ред. Г. В. ГерШуни. — Л.: Наука, 1972, —702 с. Физиология человека: В 4 т. Т. 2: Органы чувств / Под ред. П. Г. Костюка. — М.: Мир, 1975, —237 с. Физиология человека: Т. 1-3 / Под ред. Р. Шмидт, Г. Тевса; пер. с англ. — М.: Мир, 1996. Хухо Ф. Нейрохимия: Основы и принципы / Пер. с англ. — М.: Мир, 1990. — 384 с. Хъюбел Д. Глаз, мозг, зрение / Пер. с англ. — М.: Мир, 1990, 235 с. Черниговский В. Н. Интероцепторы. — М.: Медгиз, 1960. — 659 с. Шевелев И. А. Динамика зрительного сенсорного сигнала. — М.: Наука, 1971. —248 с. Шепард Г. Нейробиология: В 2 т. / Пер. с англ. — М.: Мир, 1987. Шмидт-Ниельсен К. Физиология животных: Приспособление и среда / Пер. с англ. — М.: Мир, 1982. — 798 с. Шток В. Н. Головная боль. — М.: Медицина, 1988. — 304 с. Эккет Р., Рэнделл Д., Огастин Дж. Физиология животных. Механизмы и адаптация: В 2 т. — М.: Мир, 1992. Gay W.-R., Gay В. Color Atlas of Physiology. — Stuttgart. New York, 1984.— 156 p. Guyton A. C. Textbook of Medical Physiology / 8-th ed. — Phyladelphia, 1991. — 1014 р. Despopoulos A., Sielbernagl St. Color Atlas of Physiology. — Stuttgart, 1991. — 365 p. Раздел II. Жидкие среды Кровь Балуда В. П„ Баркаган 3. С., Гольдберг Е.Д. и др. Лабораторные методы исс- ледования системы гемостаза. — Томск, 1980. — 314 с. Гомеостаз / Под ред. П.П.Горизонтова. — М.: Медицина, 1981. — 325 с.
936 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Кассирский Г. А., Алексеев Г. А. Клиническая гематология. — М.: Медицина, 1970. — 800 с. Кудряшов Б. А. Биологические проблемы регуляции жидкого состояния кро- ви и ее свертывания. — М.: Медицина, 1975. — 488 с. Кузник Б. И., Скипетров В.П. Форменные элементы крови, сосудистая стен- ка, гемостаз и тромбоциты. — М.: Медицина, 1974. — 308 с. Малышев В.Д. Интенсивная терапия острых водно-электролитных наруше- ний. — М.: Медицина 1985. — 190 с. Петров Р. В. Иммунология. — М.: Медицина, 1983. — 288 с. Руководство по гематологии: Т. I / Под ред. А. И. Воробьева. — М.: Медици- на, 1985. —430 с. Физиология системы крови / Под ред. В. Н. Черниговского — Л.: Наука, 1979, — 360 с. Фремолъ X., Брок Й. Основы иммунологии. — М.: Мир, 1986. — 250 с. Харди Р. Гомеостаз / Пер. с анг. — М.: Мир, 1986. — 80 с. Кровообращение Аршавский И. А. Физиология кровообращения во внутриутробном перио- де. — М.: Медгиз, 1960. — 376 с. Бережманова И. А., Булекбаева Л.Э., Коханина М.И. Нервная регуляция лимфообращения. — Алма-Ата: Наука, 1980. — 204 с. Вальдман А. В., Алмазов В. А., Цирлин В. А. Барорецепторные рефлексы: Барорецепторная регуляция кровообращения. — М.: Наука, 1988.— 143 с. Великанова Л. К. Осморецепторы — М.: Наука, 1985. — 87 с. Горчаков В. Н., Позднякова О. В. Структурная организация микрососудисто- го русла: Норма, патология, коррекция. — М.: Наука, 1989. — 112 с. Гуревич М.И., Берштейн С. А. Основы гемодинамики. — Киев: Наукова думка. 1979. — 208 с. Карпман В. Л., Любина Б. Г. Динамика кровообращения у спортсменов.— М.: Физкультура и спорт, 1982. — 135 с. Константинов Б. А. и др. Динамика насосной функции сердца. — М.: Наука, 1989.— 150 с. Косицкий Г. И. Афферентные системы сердца. — М.: Медицина, 1975.— 207 с. Кулаев Б. С. Рефлексогенная зона сердца и саморегуляция кровобращения. — Л.: Наука, 1972. — 260 с. Куприянов В. В., Караганов Я. Л., Козлов В. И. Микроциркуляторное русло. — М.: Медицина, 1975. — 216 с. Малая Л. Т. и др. Ритмы сердца. — Харюв: Основа, 1993. — 655 с. Мойбенко А. А. Кардиогенные рефлексы и их роль в регуляции кровообра- щения. — Киев: Наукова думка, 1979. — 263 с. Мчедвишвили Г. И. Микроциркуляция крови. — Л.: Наука, 1989. — 294 с. Пульсовая диагностика тибетской'медицины. — М.: Наука, 1988. — 133 с.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 937 Руководство по кардиологии: Т. I / Под ред. Е. И. Чазова. — М.: Медицина, 1982, —672 с. Ткаченко Б. И. Венозное кровообращение. — Л.: Медицина, 1979. — 222 с. Удельное М. Г. Физиология сердца. — М.: Изд. МГУ, 1975. — 303 с. Фатенков В. Н. Биомеханика сердца. — М.: Медицина, 1990. — 160 с. Физиология кровообращения: Физиология сердца. / Под ред. Е. Б. Бабско- го. — Л.: Наука, 1980. — 598 с. Физиология гистогематических барьеров / Под ред. Я. А. Росина. — М.: На- ука, 1977, —576 с. Хаютин В. М., Сонина Р. С., Лукошкова Е. В. Центральная организация вазо- моторного контроля. — М.: Медицина, 1977. — 352 с. Чернух А.М. Александров П.Н., Алексеев О. В. Микроциркуляция. — М.: Медицина, 1975. — 456 с. Гайтон А. Физиология кровообращения: Минутный объем сердца и его ре- гуляция / Пер. с англ. — М.: Медицина, 1969. — 472 с. Джонсон П. Периферическое кровообращение / Пер. с англ. — М.: Медици- на, 1982. — 440 с. Каро К., Педли Т, Шротер Р., Сид В. Механика кровообращения / Пер. с англ. — М.: Мир, 1981. — 624 с. Физиология и патология сердца: В 2 т. / Под ред. Н.Сперевакиса— М.: Ме- дицина, 1990. — 1200 с. Физиология человека: Т. 3. / Под ред. Р. Шмидт, Г.Тевса. — М.: Мир, 1986, — 287 с. Фолков Б., Нил Э. Кровообращение / Пер с англ. — М.: Медицина, 1976. — 463 с. Выделение Наточин Ю. В. Основы физиологии почки. — Л.: Медицина, 1982. — 208 с. Нефрология: В 2 т. / Под ред. И. Е. Тареевой — М.: Медицина, 1995. — 750 с. Почечная эндокринология / Под ред. М. Дж. Данн; пер. с англ. — М.: Меди- цина, 1987. — 666 с. Роле Б., Роле Э. Жажда / Пер. с англ. — М.: Медцина, 1984. — 192 с. Раздел Ш. Метаболические системы Дыхание Агаджанян Н А. Организм и газовая среда обитания.— М.: Медицина, 1972, — 235 с. Агаджанян Н. А., Гневушев В. В., Катков А. Ю. Адаптация к гипоксии и био- экономика внешнего дыхания. — М., 1987. — 184 с. Березовский В. А., Горчаков В.Ю. Поверхностно-активные вещества легко- го. — Киев: Наукова думка, 1982. — 140 с. Бреслав И. С, Глебовский В.Д. Регуляция дыхания. — Л.: Наука, 1981.— 280 с.
938 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Дворецкий Д. П., Ткаченко Б. И. Гемодинамика в легких. — М.: Медицина, 1987. —287 с. Зильбер А. П. Дыхательная недостаточность. — М.: Медицина, 1989. — 510 с. Исаев Г. Г. Регуляция дыхания при мышечной работе. — М.: Наука, 1990. — 120 с. Кузнецова Т.Д. Возрастные особенности дыхания детей и подростков. — М.: Медицина, 1986. — 128 с. Руководство по клинической физиологии дыхания / Под ред. Л. Л. Шика, Н. Н. Канаева. — Л.: Медицина, 1980, — 376 с. Сафонов В. А., Ефимов В. А., Чумаченко А. А. Нейрофизиология дыхания.— М.: Медицина, 1980. — 224 с. Сергиевский М.А. Меркулова Н.А., Сабдрахманов Р.Ш. и др. Дыхательный центр. — М.: Медицина, 1975. — 184 с. Физиология дыхания / Под ред. Л. Л. Шика. — Л.: Наука, 1973. — 351 с. Физиология человека: Т. 3. / Под ред. Р. Шмидт, Г.Тевса.— М.: Мир, 1986, —287 с. Пищеварение Климов П. К Функциональные взаимоотношения в пищеварительной систе- ме. — Л.: Наука, 1976. — 270 с. Климов П.К Пептиды и пищеварительная система. — Л.: Наука, 1983.— 272 с. Конышев В. А. Питание и регулирующие системы организма. — М.: Медици- на, 1985. —224 с. Коротько Г. Ф. Желудочное пищеварение, его функциональная организация и роль в пищеварительном конвейере. — Ташкент: Медицина, 1980.— 219 с. Лакомкин А. И., Мягков И.Ф. Голод и жажда. — М.: Медицина, 1975.— 216 с. Павлов И. П. Лекции о работе главных пищеварительных желез: Поли. собр. соч. — М.-Л.: Изд. АН СССР, 1951, —Т. 2. Кн.2. 592 с. Розенков И. П. Новые данные по физиологии и патологии пищеварения: Лек- ции. — М.: Изд. АМН СССР, 1948. — 463 с. Уголев А. М. Мембранное пищеварение. — Л.: Наука, 1972. — 358 с. Физиология пищеварения / Под ред. А. В. Соловьева. — Л.: Наука, 1974.— 764 с. Обмен веществ. Терморегуляция Мак-Мюррей В. Обмен веществ у человека / Пер. с англ. — М.: Мир, 1980. — 388 с. Физиология терморегуляции: Руководство по физиологии / Под ред. К. П. Иванова. — Л.: Наука, 1984. — 470 с.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 939 Раздел IV. Организация сложных форм взаимодействия организма с реальными условиями жизни Агаджанян Н. А. Экология человека. — М.: Крук, 1994. — 256 с. Анохин П. К. Узловые вопросы теории функциональных систем. — М.: Нау- ка, 1980, — 197 с. Батуев А. С. Высшая нервная деятельность. — М.: Высш, шк., 1991. — 256 с. Коган А. Б. Основы физиологии высшей нервной деятельности. — М.: Высш, шк., 1988, —543 с. Меерсон Ф. 3., Пшенникова М. Г. Адаптация к стрессовым ситуациям и физи- ческим нагрузкам. — М:. Медицина, 1988. — 256 с. Чайченко Г. М. Основы физиологии высшей нервной деятельности. — Киев: Вища шк., 1987. — 176 с. Экологическая физиология человека: Адаптация человека к экстремальным условиям среды. — М.: Наука, 1979. — 70 с. Блум Ф„ Лайзерсон А., Хорстедтер Л. Мозг, разум и поведение / Пер. с англ. — М.: Мир, 1988. — 246 с. Вундер П. А. Эндокринология пола. — М.: Наука, 1980. — 253 с. Кокс Т. Стресс / Пер. с англ. — М.: Медицина, 1981. — 213 с. Смит Дж. Эволюция полового размножения / Пер. с англ. — М.: Мир, 1981, —271 с. Спрингер С., Дейч Г. Левый мозг, правый мозг / Пер. с англ. — М.: Мир, 1983. —256 с.
СОДЕРЖАНИЕ Предисловие автора............................................ 3 Список основных сокращений.................................... 6 Понятие о здоровье и болезни.................................. 8 РАЗДЕЛ I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Глава 1. Физиология клеточных мембран......................... 10 1.1. Строение клеточных мембран....................... 11 1.2. Физиологическая характеристика основных неорганиче- ских ионов........................................... 13 1.3. Функции белков мембраны......................... 15 1.3.1. Транспортные белки........................ 15 1.3.2. Белки-ферменты............................ 21 1.4. Механизм переноса воды.......................... 24 Глава 2. Механизмы регуляции физиологических функций. Гомеостаз . 26 2.1. Общие принципы регуляции функций................ 26 2.1.1. Гуморальная регуляция..................... 27 2.1.2. Нервная регуляция......................... 28 2.2. Контуры регуляции физиологических функций....... 29 2.3. Межсистемные взаимодействия механизмов регуляции .. 31 2.3.1. Взаимодействие нервной и эндокринной систем регуляции....................................... 31 2.3.2. Взаимодействие нейроэндокринной и иммунной систем.......................................... 32 2.4. Адаптация, стресс и компенсация................. 33 2.5. Понятие о гомеостазе и гомеокинезе.............. 33 2.5.1. Механизмы гомеостаза и их регуляция....... 36 2.5.2. Возрастные особенности гомеостаза......... 39 Глава 3. Физиология нервного волокна......................... 40 3.1. Возбудимость.................................... 40 3.1.1. Мембранный потенциал...................... 41 3.2. Потенциал действия нервного волокна............. 44 3.2.1. Потенциал действия........................ 44 3.2.2. Природа потенциала действия............... 45 3.2.3. Воротный механизм ионных каналов.......... 47 3.2.4. Проведение потенциала действия............ 48
СОДЕРЖАНИЕ 941 Глава 4. Физиология скелетных мышц........................... 52 4.1. Нервно-мышечная передача........................ 52 4.1.1. Механизм синаптической передачи возбуждения.. 53 4.1.2. Постсинаптический потенциал концевой пластин- ки............................................... 53 4.1.3. Восстановление медиатора в синаптической бляш- ке .............................................. 54 4.1.4. Нарушение синаптической проводимости...... 56 4.2. Скелетная мышца................................. 57 4.2.1. Структура мышечного волокна............... 57 4.2.2. Механизм мышечного сокращения............. 60 4.2.3. Энергетика мышечного сокращения........... 62 4.2.4. КПД и теплообразование при мышечной работе 64 4.2.5. Типы и режимы мышечных сокращений......... 65 4.2.6. Двигательная единица...................... 67 4.2.7. Суммация сокращения и тетанус............. 67 4.2.8. Функциональные характеристики скелетных мышц 68 4.2.9. Утомление................................. 70 4.2.10. Трофическая функция нейронов............. 71 4.3. Физиологическая характеристика гладких мышц...... 72 4.3.1. Особенности мембранных потенциалов........ 73 4.3.2. Механизм мышечного сокращения............. 75 4.3.3. Реакция гладких мышц на растяжение.........76 4.3.4. Влияние трофики на состояние гладких мышц.... 76 Вопросы для повторения............................... 77 Глава 5. Общая физиология центральной нервной системы........ 82 5.1. Физиологическая характеристика нейрона.......... 82 5.1.1. Функции нейроглии......................... 82 5.1.2. Морфофункциональная характеристика нейронов 85 5.1.3. Синапсы ЦНС............................... 86 5.1.4. Механизм функционирования химических синап- сов в ЦНС........................................ 87 5.1.5. Тормозные синапсы......................... 89 5.1.6. Медиаторы ЦНС............................. 92 5.1.7. Утомление нейрона и синапса............... 93 5.1.8. Мозгоспецифические белки.................. 94 5.1.9. Электрические синапсы..................... 95 5.2. Электрические явления мозга..................... 95
942 СОДЕРЖАНИЕ 5.3. Рефлекс—морфофункциональная единица ЦНС.......... 97 5.3.1. Общая физиологическая характеристика нервных центров.......................................... 98 5.3.2. Взаимодействие рефлексов...................101 5.4. Интегративные механизмы мозга....................104 5.4.1. Ретикулярная формация......................105 5.4.2. Аминоспецифические системы мозга...........106 Вопросы для повторения............................... 108 Глава 6. Сенсорные системы....................................111 6.1. Общая характеристика сенсорных систем организма.... 111 6.1.1. Понятие об анализаторах....................111 6.1.2. Общий принцип построения и функционирования сенсорных систем.................................111 6.2. Основные физиологические свойства сенсорных систем .113 6.2.1. Качественное и количественное различение сенсор- ного стимула.....................................113 6.2.2. Пространственная и временная размерности ощу- щений ...........................................114 6.3. Физиология рецепторов............................115 6.3.1. Классификации рецепторов...................115 6.3.2. Общие свойства рецепторов..................116 6.4. Сенсорные функции спинного мозга.................119 6.5. Сенсорные функции ствола мозга...................120 6.6. Сенсорные функции таламуса.......................121 6.7. Сенсорные функции коры больших полушарий.........122 6.8. Кожная чувствительность..........................124 6.8.1. Механизм возникновения возбуждения.........125 6.8.2. Афферентация кожной чувствительности.......125 6.8.3. Обработка кожной чувствительности в коре боль- ших полушарий....................................127 6.8.4. Терморецепция..............................128 6.9. Проприорецепция..................................129 6.10. Чувство равновесия (физиология вестибулярного аппара- та) ..................................................129 6.10.1. Общие представления о чувстве равновесия..129 6.10.2. Статолитов аппарат........................131 6.10.3. Полукружные каналы........................132 6.10.4. Центральные отделы вестибулярной системы..133
СОДЕРЖАНИЕ 943 6.11. Физиология слуха................................134 6.11.1. Рецепторы................................134 6.11.2. Механизм передачи звуковых колебаний.......136 6.11.3. Механизм восприятия звуковых колебаний рецеп- торными клетками внутреннего уха.................138 6.11.4. Различение высоты тона...................140 6.11.5. Различение силы звука....................141 6.11.6. Центральные механизмы обработки звуковой ин- формации.........................................142 6.12. Физиология зрения...............................144 6.12.1. Оптическая система глаза.................144 6.12.2. Аккомодация..............................146 6.12.3. Оптические несовершенства глаза..........147 6.12.4. Восприятие и обработка сигналов в сетчатке.149 6.12.5. Обработка сигналов в центральных отделах зри- тельной сенсорной системы........................156 6.12.6. Восприятие цвета.........................158 6.12.7. Световая и темновая адаптация............160 6.12.8. Восприятие пространства..................161 6.13. Ноцицептивная чувствительность..................165 6.13.1. Биологическое назначение боли............165 6.13.2. Виды боли................................166 6.13.3. Нейрофизиологические механизмы боли........167 6.13.4. Антиноцицептивные системы................171 6.13.5. Компоненты системной болевой реакции организ- ма................................................173 6.13.6. Некоторые аномалии болевой рецепции........175 6.13.7. Физиологические основы обезболивания.....181 6.14. Висцеральный анализатор.........................182 6.14.1. Интероцепция.............................182 6.14.2. Афферентные пути висцерального анализатора... 183 6.14.3. Центральные отделы.......................184 6.14.4. Особенности обработки информации в висцераль- ном анализаторе..................................185 6.15. Обонятельный анализатор.........................186 6.15.1. Рецепторы................................186 6.15.2. Обработка обонятельной импульсации в нерв- ных центрах......................................188 6.16. Вкусовой анализатор.............................189
944 СОДЕРЖАНИЕ 6.16.1. Рецепторы................................189 6.16.2. Проводящие пути..........................191 6.16.3. Особенности вкусовой рецепции............191 Вопросы для повторения.............................. 192 Глава 7. Регуляция движений..................................200 7.1. Моторные функции спинного мозга.................201 7.1.1. Проприорецепторы мышц.....................202 7.1.2. Физиологическая характеристика моторных ре- флексов спинного мозга..........................205 7.2. Двигательные функции ствола головного мозга.....209 7.3. Моторные функции мозжечка.......................213 7.3.1. Взаимодействие нейронов мозжечка..........213 7.3.2. Участие мозжечка в регуляции осознанных движе- ний.............................................215 7.3.3. Нарушение моторики при поражении мозжечка .. 216 7.4. Моторные функции больших полушарий..............216 7.4.1. Моторные области коры.....................216 7.4.2. Взаимосвязи моторных зон коры.............218 7.4.3. Базальные ганглии (стрио-паллидарная система).. 218 7.5. Интегративная деятельность всех моторных областей ЦНС по организации движений и сохранению позы .... 220 7.5.1. Организация произвольных движений.........220 7.5.2. Регуляция позы............................222 Вопросы для повторения...............................223 Глава 8. Вегетативная нервная система........................229 8.1. Функциональное назначение вегетативной нервной сис- темы ................................................229 8.2. Структурные особенности ВНС.....................230 8.2.1. Эфферентные симпатические и парасимпатиче- ские пути........................................232 8.2.2. Области иннервации симпатического и парасимпа- тического отделов...............................232 8.2.3. Ганглии вегетативной нервной системы......233 8.3. Физиологическая характеристика ВНС..............235 8.3.1. Особенности волокон ВНС...................235 8.3.2. Медиаторы.................................235 8.3.3. Особенности синапсов ВНС..................238 8.3.4. Афферентные пути ВНС......................240
СОДЕРЖАНИЕ 945 8.3.5. Функциональная характеристика ганглиев....241 8.4. Рефлексы ВНС....................................241 8.4.1. Рефлексы ганглиев ВНС.....................241 8.4.2. Спинальные рефлексы.......................244 8.4.3. Рефлексы ствола мозга.....................248 8.5. Значение гипоталамуса в регуляции вегетативных функ- ций ................................................249 8.6. Участие ретикулярной формации, мозжечка и подкорко- вых ядер в вегетативных рефлексах...................251 8.7. Роль коры больших полушарий.....................252 8.8. Тонус вегетативных центров......................253 8.9. Влияние ВНС на функции органов..................253 8.10. Изменение чувствительности клеток при нарушении веге- тативной иннервации ............................... 255 Вопросы для повторения...............................256 Глава 9. Гормональная регуляция физиологических функций......260 9.1. Секреция гормонов...............................261 9.1.1. Механизм действия гормонов................263 9.2. Другие биологически активные соединения.........264 9.3. Регуляция гормональной активности...............265 9.3.1. Гипоталамо-гипофизарная система...........266 9.3.2. Эпифиз....................................271 9.3.3. Гормоны, зависимые от аденогипофизарной сис- темы ...........................................272 9.4. Железы, находящиеся под прямой нейрогенной регуля- цией гормональной активности............;...........280 9.4.1. Нейрогипофиз..............................280 9.4.2. Гормоны мозгового вещества надпочечников .... 281 9.5. Гормоны, регулирующие гомеостаз.................284 9.5.1. Гормоны поджелудочной железы..............284 9.5.2. Гормоны, регулирующие гомеостаз кальция...287 Вопросы для повторения...............................290 Раздел II. ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА Глава 10. Кровь..............................................296 10.1. Функции крови..................................296 10.2. Объем циркулирующей крови.....................297
946 СОДЕРЖАНИЕ 10.3. Плазма крови....................................297 10.3.1. Белки плазмы..............................298 10.3.2. Минеральные вещества плазмы...............299 10.4. Физико-химические свойства крови................300 10.4.1. Осмотическое давление крови...............301 10.4.2. Плотность крови...........................301 10.4.3. Вязкость крови............................301 10.4.4. Реакция крови и ее регуляция..............301 10.4.5. Скорость оседания эритроцитов.............306 10.4.6. Возрастные особенности физико-химических свойств крови.....................................306 10.5. Эритроциты......................................306 10.5.1. Гемоглобин................................307 10.5.2. Жизненный цикл эритроцитов................308 10.5.3. Особенности энергетики эритроцитов........309 10.5.4. Разрушение эритроцитов....................310 10.5.5. Изменение концентрации эритроцитов в крови ... 311 10.6. Регуляция кроветворения.........................312 10.6.1. Кроветворные клетки.......................313 10.6.2. Механизмы регуляции образования формен- ных элементов крови...............................314 10.6.3. Регуляция эритропоэза.....................315 10.6.4. Регуляция объема плазмы крови.............316 10.7. Кровопотеря.....................................316 10.7.1. Шок.......................................319 10.7.2. Искусственное восстановление объема крови (ге- мотрансфузия) ...................................320 10.8. Группы крови....................................320 10.9. Основы переливания крови........................323 10.9.1. Недостатки трансфузии цельной крови.......324 10.9.2. Физиологические принципы составления кровеза- мещающих растворов...............................326 10.10. Защитные системы организма и их нарушение......327 10.10.1. Общая характеристика защитных систем орга- низма ...........................................327 10.10.2. Физиологическая характеристика лейкоцитов... 330 10.10.3. Клеточный иммунитет......................336 10.10.4. Регуляция иммунитета.....................337
СОДЕРЖАНИЕ 947 10.10.5. Значение облигатной микрофлоры в развитии системы иммунитета........................340 10.10.6. Аутоантигены............................342 10.10.7. Аллергия................................344 10.10.8. Защитные функции кожи и слизистых верх- них дыхательных путей...........................345 10.10.9. Гематоорганные барьеры..................345 10.10.10. Система детоксикации организма.........346 10.11. Гемостаз и его нарушения.......................358 10.11.1. Тромбоциты..............................359 10.11.2. Остановка кровотечения (гемостаз).......361 10.11.3. Регуляция свертывания...................372 10.11.4. Нарушения гемостаза.....................373 Вопросы для повторения................................383 Глава 11. Система кровообращения..............................389 11.1. Физиологическая характеристика миокарда.........391 11.1.1. Физиологические свойства миокарда........396 11.1.2. Нагнетательная функция сердца............406 11.1.3. Механическая работа сердца...............410 11.1.4. Физиологические показатели сердца........411 11.1.5. Возрастные особенности функции сердца....418 11.2. Физиология кровеносных сосудов..................420 11.2.1. Основные принципы гемодинамики...........420 11.2.2. Свойства стенок кровеносных сосудов и гидроди- намика ..........................................423 11.2.3. Зависимость кровотока от состояния сосудов .... 425 11.2.4. Законы гидродинамики и реальная стенка сосудов 425 11.2.5. Функциональная характеристика сосудов....427 11.2.6. Механизм возврата крови к сердцу.........445 11.3. Регуляция функций сердечно-сосудистой системы...448 11.3.1. Взаимодействие различных систем регуляции кро- вотока...........................................448 11.3.2. Нервно-рефлекторная регуляция............449 11.3.3. Регуляция функций сердца.................453 11.3.4. Регуляция сосудистого кровотока..........463 11.3.5. Сопряженная регуляция функции сердца, состоя- ния сосудов и объема циркулирующей крови..........471 11.3.6. Кровообращение при выполнении физической на- грузки ...........................................475
948 СОДЕРЖАНИЕ 11.4. Региональный кровоток.................................477 11.4.1. Гемодинамика малого круга кровообращения .... 477 11.4.2. Мозговое кровообращение..................481 11.4.3. Кровоснабжение органов чревной области...484 11.4.4. Внутриутробный кровоток..................486 11.5. Нарушения кровообращения, обусловленное недостаточ- ностью функции сердца................................489 11.5.1. Гипоксия.......................................489 11.5.2. Трофика миокарда и ее нарушение.........490 11.5.3. Нарушение возбудимости и проводимости...497 11.5.4. Клапанный аппарат, тоны сердца и механизм по- явления шумов...................................499 11.5.5. Венозный возврат крови к сердцу и недостаточ- ность кровообращения............................503 11.6. Недостаточность кровообращения сосудистого генеза... 504 11.6.1. Функциональные нарушения.................505 11.6.2. Структурные нарушения сосудов и их физиологи- ческая характеристика...........................509 11.7. Организм и недостаточность кровообращения......512 11.7.1. Временные параметры включения механизмов сис- темы регуляции..................................512 11.7.2. Восстановление кровотока после кровопотери.... 512 Вопросы для повторения......................................514 Глава 12. Другие жидкие среды организма.............................529 12.1. Ионный состав жидких сред.............................529 12.2. Интерстициальная жидкость.............................530 12.3. Лимфатическая система.................................531 12.3.1. Функции лимфы...................................532 12.3.2. Механизмы лимфотока.............................533 12.4. Водный обмен и его нарушения..........................533 12.4.1. Желудочно-кишечный тракт и водный обмен .... 534 12.4.2. Механизм секреции пота..........................536 12.4.3. Физиологическая характеристика нарушений вод- ного баланса организма..........................537 12.5. Отеки.................................................540 12.5.1. Водный баланс при изменении гиростатического давления (сердечные отеки)......................541 12.5.2. Почечные отеки..................................545
СОДЕРЖАНИЕ 949 12.6. Спинномозговая жидкость и отек мозга...........547 12.6.1. Механизм образования ликвора............547 12.6.2. Рост давления СМЖ и отек мозга..........548 12.7. Жидкость закрытых полостей и их отек...........549 12.7.1. Жидкость плевральной полости............550 12.7.2. Жидкость полости перикарда..............550 12.7.3. Жидкость перитонеальной полости.........553 12.7.4. Жидкость синовиальных полостей..........555 12.7.5. Жидкие среды глаза......................555 Глава 13. Выделение..........................................557 13.1. Морфофункциональная характеристика почек.......557 13.1.1. Почечная мембрана.......................559 13.1.2. Канальцы................................560 13.2. Кровоснабжение почек...........................560 13.3. Процесс мочеобразования........................561 13.3.1. Клубочковая фильтрация..................561 13.3.2. Участие почечной мембраны в регуляции процес- са фильтрации....................................562 13.3.3. Ренин-ангиотензин-альдостероновая система.564 13.3.4. Регуляция почечного кровотока...........565 13.3.5. Канальцевая реабсорбция.................567 13.3.6. Реабсорбция воды........................571 13.3.7. Канальцевая реабсорбция и пассивная секреция .. 574 13.3.8. Активная секреция органических кислот и основа- ний..............................................576 13.3.9. Фильтрация и секреция водорода и участие почек в поддержании КОС................................577 13.4. Метаболическая функция почек и экскреция продуктов метаболизма..........................................578 13.5. Регуляция процессов реабсорбции в дистальных отделах нефрона..............................................579 13.5.1. Гуморальные механизмы регуляции.........580 13.6. Мочевыведение..................................584 13.7. Физиологические принципы методов исследования....584 13.8. Онтогенез функций почек........................585 13.9. Выделительные функции других органов...........586 13.10. Нарушение функций почек.......................587 13.10.1. Острый гломерулонефрит.................588
950 СОДЕРЖАНИЕ 13.10.2. Хронический гломерулонефрит............588 13.11. Гемостаз и почки.............................589 13.12. Почки и кроветворение........................590 13.13. Физиологические принципы искусственного очище- ния крови («искусственная почка»)...................592 Вопросы для повторения..............................593 Раздел III. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Глава 14. Дыхание...........................................597 14.1. Внешнее дыхание...............................598 14.1. Дыхательные движения......................598 14.1. 2. Функции воздухоносных путей............600 14.2. Сопротивление дыханию.........................602 14.2.1. Эластичность и поверхностное натяжение легких 603 14.3. Альвеолярная вентиляция.......................608 14.3.1. Передача воздействия изменения объема грудной клетки на легкие...............................609 14.3.2. Механизм вдоха и выдоха.................610 14.3.3. Легочные объемы и емкости...............611 14.3.4. Вентиляция легких.......................612 14.4. Газообмен в легких............................613 14.4.1. Парциальное давление газов..............614 14.4.2. Газообмен между вдыхаемым воздухом и альвео- лами ..........................................615 14.5. Газообмен между легкими и кровью..............616 14.5.1. Гемодинамика легких.....................616 14.5.2. Газообмен через аэрогематический барьер.619 14.6. Транспорт кислорода кровью....................621 14.6.1. Ассоциация и диссоциация оксигемоглобина.622 14.7. Обмен газов в тканях..........................625 14.8. Транспорт углекислого газа кровью.............626 14.9. Регуляция дыхания.............................628 14.9.1. Дыхательный центр.......................629 14.9.2. Рецепторы...............................631 14.9.3. Функционирование дыхательного центра.....635 14.10. Газообмен плода и дыхание новорожденных......641 14.11. Метаболическая функция легких................642
СОДЕРЖАНИЕ. 951 14.12. Легкие и система гемостаза......................644 14.13. Клиническая физиология системы внешнего дыхания .. 645 14.13.1. Недостаточность внешнего дыхания..........645 14.13.2. Основные факторы нарушения внешнего дыха- ния ...............................................646 14.13.3. Гипоксия..................................647 14.13.4. Гиперкапния...............................647 14.13.5. Степени дыхательной недостаточности.......648 14.13.6. Расстройства альвеолярной вентиляции......648 14.13.7. Гиповентиляция............................649 14.13.8. Рестриктивный тип гиповентиляции..........650 14.13.9. Расстройства центральных механизмов регуля- ции дыхания...................................... 651 14.13.10. Гипервентиляция..........................652 14.13.11. Способы оценки гиповентиляции альвеол....652 14.13-12. Нарушение кровотока и обусловленная этим не- достаточность газообмена в легких.................654 14.13.13. Нарушение диффузионной способности легких. 655 14.13.14. Нарушения дыхания при некоторых формах па- тологии легких....................................656 14.13.15. Легочное сердце..........................663 14.13.16. Оксигенотерапия..........................663 14.13.17. Дыхание при повышенном атмосферном давле- нии ..............................................664 14.13.18. Водолазные работы........................665 Вопросы для повторения.................................666 Глава 15. Пищеварение...........................................672 15.1. Основные принципы регуляции процессов пищеварения 674 15.1.1. Рефлекторная регуляция.....................674 15.1.2. Гастроинтестинальные гормоны...............675 15.2. Секреторные процессы органов системы пищеварения .. 677 15.2.1. Общие механизмы образования и выделения соков.............................................677 15.2.2. Методы исследования секреторных процессов ор- ганов ЖКТ.........................................679 15.2.3. Секреторная функция слюнных желез..........680 15.2.4. Секреторная функция пищевода...............683 15.2.5. Секреторная функция желудка................683 15.2.6. Секреторная функция поджелудочной железы... 691
952 СОДЕРЖАНИЕ 15.2.7. Секреторная функция печени...............693 15.2.8. Секреторная функция тонкого кишечника.....698 15.2.9. Толстый кишечник.........................699 15.2.10. Микрофлора толстого кишечника...........699 15.3. Двигательная функция органов системы пищеварения... 701 15.3.1. Механизм возникновения ритмической активно- сти..............................................702 15.3.2. Нейронные структуры ЖКТ..................703 15.3.3. Ротовая полость..........................704 15.3.4. Моторика пищевода........................705 15.3.5. Моторика желудка.........................706 15.3.6. Физиопатология моторики желудка..........710 15.3.7. Моторика тонкого кишечника...............712 15.3.8. Моторика толстого кишечника..............714 15.3.9. Дефекация................................715 15.3.10. Основные моторные рефлексы ЖКТ..........716 15.3.11. Физиопатология моторики толстого кишечника 717 15.4. Всасывание......................................717 15.4.1. Мембранное пищеварение...................718 15.4.2. Механизмы всасывания.....................719 15.4.3. Всасывание продуктов гидролиза углеводов..720 15.4.4. Всасывание продуктов гйдролиза белков.....721 15.4.5. Всасывание воды и минеральных солей......722 15.4.6. Переваривание и всасывание жиров.........723 15.5. Онтогонез системы пищеварения...................725 15.6. Клиническая физиология язвенной болезни.........726 Вопросы для повторения................................728 Глава 16. Обмен веществ.......................................737 16.1. Основной обмен..................................738 16.2. Общий обмен.....................................739 16.2.1. Специфически-динамическое действие пищи...739 16.2.2. Влияние температуры......................740 16.2.3. Обмен энергии при трудовой деятельности...740 16.3. Регуляция обмена энергии........................741 16.4. Методы исследования.............................742 1615. Возрастные и половые особенности энергетического об- мена .................................................744
СОДЕРЖАНИЕ___________________________________________________953 16.6. Питание........................................744 16.6.1. Белки...................................745 16.6.2. Углеводы................................746 16.6.3. Жиры пищи...............................746 16.7. Физиология и физиопатология жирового обмена....748 16.7.1. Краткие сведения о химии липидов........748 16.7.2. Физиология жирового обмена..............748 16.7.3. Липопротеиды плазмы крови...............751 16.7.4. Гидроперекиси липидов...................751 16.7.5. Эйкозаноиды.............................752 16.8. Регуляция обмена веществ.......................752 16.9. Принципы составления пищевого рациона..........754 16.10. Семантическая функция пищи....................755 16.11. Жажда, голод, насыщение.......................756 Вопросы для повторения...............................759 Глава 17. Терморегуляция.....................................764 17.1. Понятие о пойкилотермии и гомойотермии.........764 17.1.1. Температурные оболочка и ядро...........764 17.2. Механизмы терморегуляции.......................766 17.3. Система терморегуляции.........................767 17.3.1. Терморецепторы..........................768 17.3.2. Центр терморегуляции....................770 17.3.3. Гипо- и гипертермия.....................772 17.3.4. Лихорадка...............................773 17.4. Температурная адаптация........................774 17.5. Возрастные изменения системы терморегуляции ...774 17.6. Взаимодействие терморегуляции с другими системами организма......................................... 775. РАЗДЕЛ IV. ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА Глава 18. Физиологические основы сложных форм взаимодействия организма с реальными условиями жизни.........................777 18.1. Понятие о низшей и высшей нервной деятельности.777 18.2. Инстинкты......................................779 18.2.1. Фазы проявления инстинктивной деятельности ... 780 18.2.2. Мотивации...............................781
954 СОДЕРЖАНИЕ 18.3. Эмоции..........................................781 18.3.1. Типы (классификация) эмоций..............783 18.3.2. Причина возникновения эмоций.............785 18.3.3. Лимбическая система—нейронная основа эмоций 785 18.3.4. Значение связей структур лимбической системы с другими отделами мозга в формировании и про- явлении эмоций.............................786 18.3.5. Экспериментальные исследования нейронной ос- новы эмоций ....................................789 18.3.6. Проявление эмоций........................790 18.3.7. Эмоции как причина возникновения патологий... 791 18.4. Приобретенные формы организации поведения......791 18.4.1. Импринтинг...............................792 18.4.2. Условные рефлексы........................792 18.4.3. Условия формирования условных рефлексов..794 18.4.4. Значение процессов торможения в условно-рефлек- торной деятельности.............................797 18.4.5. Динамический стереотип..................798 18.5. Память ........................................799 18.5.1. Межнейронные взаимодействия в процессе запо- минания ........................................799 18.5.2. Долговременная память....................802 18.5.3. Воспоминание.............................805 Вопросы для повторения...............................805 Глава 19. Физиологические основы рассудочного мышления.......812 19.1. Некоторые особенности мозга человека—структурной основы мышления......................................813 19.2. Первая и вторая сигнальные системы.............814 19.3. Центры речи....................................815 19.4. Межцентральные взаимодействия речевых центров коры 817 19.5. Механизм образования голоса (вокализация)......818 19.6. Функциональная асимметрия мозга................821 19.6.1. Экспериментальное исследование функциональ- ной асимметрии коры больших полушарий чело- века ...........................................821 19.6.2. Асимметрия речевой функции мозга.........824 19.6.3. Межполушарные отличия обработки нерече- вой (невербальной) информации...................824 19.7. Относительность доминирования левого полушария ... 825
СОДЕРЖАНИЕ 955 19.8. Единство мозга— основа эффективной оценки мира... 826 19.9. Мыслят ли животные?..............................827 19.10. Формирование речи в онтогенезе..................828 19.11. Некоторые нарушения при обработке информации в коре больших полушарий...............................828 19.12. Физиология сна..................................829 19.12.1. Виды сна.................................829 19.12.2. Естественный сон.........................829 19.12.3. Фазы сна.................................830 19.12.4. Парадоксальный сон.......................832 19.12.5. Механизм естественного сна...............833 19.12.6. Сновидения...............................836 19.12.7. Пробуждение..............................837 19.12.8. Физиологическое (назначение сна..........837 19.13. Физиологические основы сознания.................838 19.14. Физиологические основы внимания.................840 19.15. Формирование функциональной системы организации поведения.............................................842 19.6. Индивидуальные (типологические) особенности человека 844 Вопросы для повторения.................................845 Глава 20. Организм и социальная деятельность человека. Адаптация, стресс и болезни.........................................849 20.1. Понятие об адаптации.............................849 20.1.1. Стресс....................................850 20.1.2. Стадии развития адаптационного процесса...851 20.1.3. Регуляция развития адаптационного процесса... 853 20.1.4. Адаптация — процесс повышения уровня функ- циональных резервов................................855 20.1.5. Перекрестная адаптация....................856 20.1.6. Индивидуальность процессов адаптации.......856 20.1.7. «Плата» за адаптацию......................857 20.1.8. Утрата адаптации и реадаптация............858 20.1.9. Возрастные особенности процессов адаптации .. 858 20.1.10. Эмоции, стресс и болезни.................858 20.2. Основы физиологии спорта.........................859 20.2.1. Интенсивность мышечной деятельности........859 20.2.2. Периодизация процессов, происходящих в орга- низме при выполнении физических упражнений 860
956 СОДЕРЖАНИЕ 20.2.3. Некоторые показатели определения физической работоспособности (тренированности)..............866 20.2.4. Возрастные и половые особенности влияния физи- ческих упражнений на организм....................867 20.3. Основы физиологии труда.........................868 20.3.1. Основные формы трудовой деятельности......869 20.3.2. Физиологическая характеристика умственного труда............................................872 20.4. Экология и здоровье ............................874 20.4.1. Урбанизация..............................875 20.4.2. Урбанизация и стрессы....................876 20.4.3. Прямое повреждающее влияние факторов урбани- зации на организм................................878 Вопросы для повторения................................883 Глава 21. Физиологическая характеристика процессов размножения и развития ................................................... 888 21.1. Мужской организм................................888 21.1.1. Внутриутробное развитие..................888 21.1.2. Младенчество и пубертатный период........888 21.1.3. Взрослый организм........................889 21.2. Женский организм................................891 21.2.1. Внутриутробный период....................891 21.2.2. Препубертатный период....................891 21.2.3. Пубертатный период.......................892 21.2.4. Репродуктивный период....................893 21.2.5. Влияние половых гормонов на эндотелий матки.. 894 21.2.6. Угасание репродуктивной функции женщины .... 895 21.2.7. Беременность.............................895 21.2.8. Роды.....................................896 21.2.9. Гормональная регуляция лактации..........897 21.2.10. Физиологические основы гормональной контра- цепции ..........................................897 21.3. Половое поведение...............................898 21.3.1. Половые рефлексы у мужчин................898 21.3.2. Половые рефлексы у женщин................900 Вопросы для повторения................................901 Глава 22. Физиологические механизмы старения..................905 22.1. Общая характеристика процесса старения..........906
СОДЕРЖАНИЕ 957 22.1.1. Типические возрастные изменения клеток...906 22.1.2. Гетерогенность процессов старения.......907 22.1.3. Изменения белкового синтеза.............908 22.1.4. Гомеостаз...............................909 22.2. Морфофункциональные изменения органов и систем при старении....................................... 910 22.2.1. Морфофункциональные изменения в ЦНС......910 22.2.2. Изменение физиологических процессов в ЦНС ... 914 22.2.3. Эндокринная система.....................917 22.2.4. Иммунная система........................918 22.2.5. Система транспорта газов................919 22.2.6. Система пищеварения.....................923 22.2.7. Выделение...............................923 22.3. Старение и болезни............................924 Вопросы для повторения..............................925 Правильные ответы на вопросы для повторения.................929 Список литературы...........................................934
ФИЛИМОНОВ Владимир Иванович Руководство по общей и клинической физиологии Руководитель научно-информационного отдела, канд. мед. наук А. С. Макарян Главный редактор, канд. мед. наук Д. Д. Проценко Ответственный за выпуск Н. В. Лодыгина Корректор Т. А. Сологуб Компьютерная верстка Л. М. Ратиновой Гигиеническое заключение № 77.ФЦ.8.950.П.93.12.98 от 24.12.98. Изд. лиц. №064889 от 24.12.96. Подписано в печать 12.11.01. Формат 60 х 90/16. Печать офсетная. Бумага офсетная. Гарнитура Школьная. Объем 60 п. л. Тираж 3000 экз. Заказ 2006. ООО “Медицинское информационное агентство”, 119435 Москва, М. Трубецкая ул., д.8 (ММА им. И.М.Сеченова), комн. 733. Тел./факс 245-8620. Тел. 242-9110. E-mail: miapubl@mail.ru miaedit@mail.ru ОАО “Типография «Новости»”. 107005 Москва, ул. Ф. Энгельса, 46
СУДАКОВ К.В. НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Издание коренным образом отличается от всех ныне существующих учебников по физиологии. Уникальность заключается в том, что изложение учебного материала в нем строится не по традиционному органному принципу, а с позиций теории функ- циональных систем. Это позволило представить учеб- ный материал в унифицированной форме, так как раз- личные функциональные системы организма, несмотря на их некоторые качественные особенности, изоморфны в своей организации. С целью облегчения восприятия материала в текст учебника введено значительное число рубрик, схем и рисунков. Основная цель учебника - научить студентов системной манере мышления. Это особенно важно для понимания ими закономерностей работы целого организма и развития клинического мышления, а также для понимания процессов компенсации физиологи- ческих функций при выходе из строя механизмов саморегуляции различных функциональных систем. КУЗНЕЦОВ С.Л., МУШКАМБАРОВ Н.Н., ГОРЯЧКИНА В.Л, АТЛАС ПО ГИСТОЛОГИИ, цитологии, ЭМБРИОЛОГИИ Рекомендовано Пр облемной учебно- методической комиссией по гистологии, цитологии и эмбриологии Министерства здравоохранения Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов медицинских вузов, медицинских фа- культетов университетов и слушателей системы пос- левузовского профессионального медицинского образования. Атлас составлен в соответствии с программой курса гистологии, цитологии и эмбриологии для медицинских вузов. Основу атласа составляют оригинальные снимки с гистологических препаратов, сделанные при помощи компьютерной техники. Многие препараты представлены разными снимками—с разных полей зрения, при различном увеличении. Наряду со снимками приведены рисунки с препа- ратов, электронные микрофотографии и схемы. Важная особенность данного издания — последовательные и под- робные подписи под изображениями, придающие атласу характер самос- тоятельного учебного пособия.
^Медицинское Информационное (Агентство 119435 Москва, М. Трубецкая ул., д.8 (ММА им. И.М.Сеченова), комн. 733 Тел./факс 245-8620. Тел. 242-9110 E-mail: miapubl@mail.ru miaedit@mail.ru http://www.medagency.ru of. 733, (ММА im. I.M.Sechenova), 8, M.Trubetskaya ul., Moscow, 119435 Tel./fax 245’8620. Tel. 242’9110 E-mail: miapubl@mail.ru miaedit@mail.ru http: / /www.medagency.ru qMedical (Informational qMgency Издательство «Медицинское информационное агентство» является одним из ведущих медицинских российских издательств, обладающим большим опытам работы и популярностью на рынке медицинской литературы. За годы своего существования мы выпустили более ста медицинских изданий: учебники и учебные пособия, руководства и справочники, атласы и словари, научные труды и монографии, а также другую медицинскую литературу ведущих отечественных ученых-медиков и врачей, обладающих большим практическим опытом. Наше издательство приглашает к сотрудничеству авторов и авторские коллективы. Издательство поможет Вам подготовить к изданию Ваши труды (научное и литературное редактирование, технически грамотное и профессиональное художественное оформление, наглядное и корректное выполнение иллюстрационного материала и др.), а также разместить заказ в типографии и распространить тираж
Читайте наши тамлудистые тамлуды. Это высококачественные тамлуды оттамлуденные профессиональными тамлудистами из оригинальных тамлудистых источников. Комфортно тамлудьте себе мозги нашими прекрасными растамлудистыми тамлудами - лучшими тамлудами во всем тамлудистом мире!
Монографии и главы из сборников в отечественных издательствах
Монографии на иностр. языках, вышедшие в отечественных издательствах
Монографии и главы из сборников в зарубежных издательствах
Учебники и руководства, в создании которых принимали участие сотрудники Института
Серия: руководство по физиологии
Серия: «Основы современной физиологии»
 |
Альбертин С.В. Стереотаксический метод. Инновационные подходы (Научно-методическое руководство) – СПб.: Политехника-Сервис, 2022. – 144с. Аннотация и оглавление |
 |
Neurotechnologies. (Collective monograph) — SPb: Publish by VVM, 2021 — 349 p. Editors: Yuri Shelepin, Svetlana Alekseenko (Pavlov Institute of Physiology), Narisa Nan Chu (IEEE Brain Data Bank Challenge, CWLab International) ISBN 978-5-9651-1388-0 Full text (.pdf) |
 |
Albertin S.V. Neurophysiological Mechnisms of Goal — Directed Behavior: From Reaching to Navigation. – SPb.: Politehnika-Servis, 2021 – 184 p. (ISBN 978-5-00182-021-5) Аннотация и оглавление |
 |
Альбертин С. В. Экспериментальное исследование функций головного мозга – СПб.: Политехника-Сервис, 2020, – 421 с. ISBN 978-5-907223-88-2 Аннотация и оглавление |
 |
Альбертин, С. В. Стриатный контроль пищедобывательного поведения / С. В. Альбертин; Российская академия наук. Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН. – Санкт-Петербург : Политехника-Сервис, 2019. – 231 с.: с ил. ISBN 978-5-907223-50-9
Аннотация и оглавление |
 |
Neural networks and neurotechnologies : [the IEEE int. conf. “Video and audio signal processing in the context of neurotechnologies”, May 27 — May 31, 2019 at I. P. Pavlov’s institute of physiology, St. Petersburg, Russia] / [editors : Yuri Shelepin, Elena Ogorodnikova, Nikita Solovyev, Elena Yakimova] ; Pavlov institute of physiology Russian academy of sciences [etc.]. – St. Petersburg : [VVM Publishing], 2019. – 294 с. – Авт. указаны на обороте тит. л. и на с. 291-294.
Full text (.pdf) |
 |
Нейротехнологии : коллективная монография / под ред. Ю. Е. Шелепина и В. Н. Чихмана ; Институт физиологии им. И. П. Павлова Российской академии наук. – Санкт-Петербург : ВВМ, 2018. – 396 с. : ил., табл. – Авт. указаны на обороте тит. л. и на с. 393-396. – Библиогр. в конце глав.
Полный текст монографии (.pdf) |
Монографии и главы из сборников в отечественных издательствах
- 70 лет. Лаборатория сравнительной генетики поведения. Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН / [Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН]. – Колтуши: [Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН], 2020. – 34 с.: ил. – Библиогр.: с. 32-34.
- Адаптационно-компенсаторные процессы. На примере мембранного гидролиза и транспорта/ А.А.Груздков,В.М.Гусев, В.В.Егорова и др.- Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1991.-286 с.
- Айрапетьянц,Э.Ш. Алексей Алексеевич Ухтомский.-Л.:Изд-во ЛГУ,1969.-63с.
- Айрапетьянц,Э.Ш.,Батуев,А.С.Принципы конвергенции анализаторных систем.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1969.-85 с.
- Айрапетьянц,Э.Ш.,Константинов,А.И.Эхолокация в природе.-2-е изд.,Перераб.и доп.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1974.-512 с.
- Айрапетьянц,Э.Ш.,Сотниченко,Т.С.Лимбика.Физиология и морфология.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1967.-120 с.
- Акоев,Г.Н., Андрианов,Ю.Н. Синаптическая передача в рецепторах акустико-латеральной системы-Л.:Наука,Ленингр.Отд-ние,1989.-142 с.
- Акоев,Г.Н., Чалисова,Н.И.Нейротрофическая регуляция нервной ткани.-СПб.: Наука,1997.-149 с.
- Акоев,Г.Н.,Алексеев,Н.П.Функциональная организация механорецепторов.-Л.:Наука,Ленингр.Отд-ние,1985.-223 с.
- Александр Данилович Ноздрачев/ Сост. Е.Л.Поляков, И.А.Максимова; Авт. вступ. статьи А.И.Григорьев. –М.: Наука, 2006. — 221 с.- (материалы к биобиблиографии ученых. Биологические науки. Физиология; вып.19).
- Александрова, В.А. Рычкова , С.В., Лебедев, В.П., Трусов, С.В.Применение транскраниальной электростимуляции в гастроэнтерологии:Учеб. Пособие. – СПб.: Изд. дом СПбМАПО, 2002. –23 с.
- Алешин,И.А.,Ноздрачев,А.Д.,Климов,П.К.Очерки частной электрофизологии желудка.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1983.-205 с.
- Альбертин С.В. Методика и техника физиологического эксперимента (Инновационные подходы). — СПб.: Дорн, 2011. – 272 с.: ил. – (РАН. Ин-т физиологии им.И.П.Павлова РАН).
- Альбертин С.В. Модельные исследования центральной нервной системы. — СПб.: Дорн, 2011. – 274 с.: ил — (РАН. Ин-т физиологии им.И.П.Павлова РАН).
- Альбертин С.В. Разработка и использование неинвазивных методов исследования в физиологическом эксперименте. — СПб.: Дорн, 2012. – 195 с.: ил. — (РАН. Ин-т физиологии им.И.П.Павлова РАН).
- Альбертин, С. В. Стриатный контроль пищедобывательного поведения / С. В. Альбертин; Российская академия наук, Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН. – Санкт-Петербург : Политехника-Сервис, 2019. – 231 с.: ил.
- Альтман Я.А. Пространственный слух. – СПб.: Ин-т физиологии им.И. П. Павлова РАН, 2011. – 311 с.:ил
- Альтман, Я. А. Заметки. — СПб. : [Б. и.], 2010. – 86 с. : ил.
- Альтман, Я.А., Вайтулевич, С.Ф.Слуховые вызванные потенциалы человека и локализация источника звука-СПб:Наука,1992.-136 с.
- Альтман,Я.А., Таварткиладзе, Г.А. Руководство по аудиологии. – М.: ДМК Пресс, 2003. – 360 с.: ил.
- Альтман,Я.А.Локализация движущегося источника звука.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние, 1983.-176 с.
- Альтман,Я.А.Локализация звука.Нейрофизиологические механизмы.-Л.:Наука,Ленингр. отд-ние,1972.-214 с.
- Альтман,Я.А.Психофизиологический анализ поэтического вдохновения.-М.:Фолиум, 1994.-48 с.
- Алякринский В.В.Зрительное восприятие устной речи при нормальной и нарушенной слуховой функции.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1979.-200 с.
- Андреева В.Н.Мемориальный музей-квартира академика Ивана Петровича Павлова:Путеводитель.-Л.:Художник,1984.-8 с.
- Арушанян,Э.Б.,Отеллин,В.А.Хвостатое ядро:Очерки по морфологии ,физиологии и фармакологии.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1976.-223 с.
- Архитектоника синапсов и организация связей коры головного мозга/А.С.Ионтов, Ф.Н.Макаров,Э.Э.Гранстрем,В.Л.Рыбаков.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1990.-119 с.
- Ашкинази И.Я.Эритроцит и внутреннее тромбопластинобразование.-Л.: Наука, Ленингр.отд-ние,1977.-155 с.
- Баранов, В. Г. [и др.]. Физиология и патология климактерия женщины / под ред. В. Г. Баранова ; Акад. мед. наук СССР. — Л. : Медицина, 1965. — 270 с. : ил.
- Баранов,В.Г.Болезни эндокринной системы и обмена веществ.-2-е изд.,перераб.и доп.-Л.:Медгиз,1955.-303 с.(Руководство по внутр.болезням).
- Баранов,В.Г.Ожирение:Причины,проявления,заболевания,осложнения,предупреждение и лечение.-М.:Знание,1972.-32 с.
- Бару,А.В.,Карасева,Т.А.Мозг и слух:О нарушении слуха при локальном поражении головного мозга.-М.:Изд-во МГУ,1971.-106 с.
- Бару,А.В.Слуховые центры и опознание звуковых сигналов:Поведенческое исследование.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1978.-192 с.
- Беллер,Н.Н.Висцеральное поле лимбической коры:Организация эфферентной функции.- Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1977.-160 с.
- Беллер,Н.Н.Организация и механизмы центральных эфферентных влияний на висцеральные функции.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1983.-35 с.
- Бертулис,А.В.,Глезер,В.Д.Пространственное цветовое зрение= Spatial colour vision .-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1990.-145 с.
- Биофизика сенсорных систем :Учеб. пособие/ Е.В.Бигдай, В.И.Говардовский, Д.В.Лычанов, В.О.Самойлов; Под ред.В.О.Самойлова. -СПб.:Изд-во С.Петерб. политехн. ун-та, 2005. -136 с.: ил.- (Сер. «Биофизика в Политехническом университете». Вып.1).
- Благодатова,Е.Т.Билатеральный контроль кортикальных моторных реакций.-Л.:Наука, Ленингр.отд-ние,1978.-199 с.
- Болондинский В.К. Личность И.П.Павлова – ученого, человека, гражданина. – СПб.:Изд-во «Нестор-История», 2011. – 56 с.: ил.
- Болондинский, В. К. И. П. Павлов в кругу семьи и друзей = I. P. Pavlov, with his family and friends / В. К. Болондинский, Н. К. Куприянова. — СПб. : Нотабене, 1999. — 174, [1] с. : ил., портр.
- Болондинский, В. К. Неорелигия – религия III тысячелетия- вера в человека и человечество- вера в гуманизм, науку, культуру и прогресс. – СПб.: «Геликон Плюс»; «Астер-Х», 2006. – 99 с.: ил.
- Болондинский, В. К. Памятники Колтушей : альбом иллюстраций / В. К. Болондинский, Т. Б. Никитина. – СПб. : [Изд-во «Нотабене»], 2000. – 71 с. : ил.
- Болондинский, В.К.И.П.Павлов в Колтушах.-СПб.: ( Б.и.),1997.-86 с.- .-(РАН. Ин-т физиологии им.И.П.Павлова).
- Болондинский, В.К.Музей И.П.Павлова в Колтушах.-СПб.:(Б.и.),2002.-95 с.-(РАН. Ин-т физиологии им.И.П.Павлова).
- Болондинский, Валерий Константинович. Городки – любимая игра нобелевского лауреата академика И.П.Павлова / В.К. Болондинский ; Институт физиологии им.И.П.Павлова РАН; Федерация городошного спорта Санкт-Петербурга. – СПб.: [б.и.],2009. – 24 с.
- Бреслав И.С.Воздух-дыхание-жизнь.-М.:Моск.рабочий,1984.-95 с.
- Бреслав И.С.Восприятие дыхательной среды и газопрефендум у животных и человека.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1970.-174 с.
- Бреслав, И.С., Ноздрачев, А. Д. Дыхание. Висцеральный и поведенческий аспекты. – СПб.: Наука, 2005. – 309 с.: ил.- (РАН. Ин-т физиологии им.И.П.Павлова).
- Бреслав,И.С., Глебовский,В.С.Регуляция дыхания.-Л.:Наука,1981.-280 с.
- Бреслав,И.С.,Иванов,А.С.Дыхание и работоспособность человека в горных условиях = Respiration and work capacity of human at high altitude .- Алма-Ата:Гылым,1990.-180 с.
- Бреслав,И.С.Как управляется дыхание человека.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1985.-160 с.
- Бреслав,И.С.Паттерны дыхания:Физиология,экстремальные состояния ,патология.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1984.-205 с.
- Бреслав,И.С.Произвольное управление дыханием у человека.-Л.:Наука, Ленингр.отд-ние,1975.-151 с.
- Бриккер,В.Н.Нарушение электролитного обмена при сердечно-сосудистых заболеваниях.-Л.:Медицина,1965.-182 с.
- Броун,Г.Р.,Ильинский,О.Б.Физиология электрорецепторов.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1984.-247 с.
- Брумберг,В.А.,Певзнер,Л.З.Нейрохимия изоферментов.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1975.-124 с.
- Буткевич И.П., Михайленко В.А., Отеллин В.А. Тоническая боль при воспалении: Физиологические, поведенческие и онтогенетические аспекты. – СПб.: Наука, 2010. – 187 с.
- Быков, К. М. Кортико-висцеральная теория патогенеза язвенной болезни / К. М. Быков, И. Т. Курцин. — 2-е изд., доп. и перераб. — М. : Изд-во Акад. мед. наук СССР, 1952. — 272 с.
- Быков, К. М. Уильям Гарвей и открытие кровообращения: [К 300-летию со дня смерти] / акад. К. М. Быков. — М. : Знание, 1957. — 32 с. : ил. — (Серия 8 / Всесоюз. о-во по распространению полит. и науч. знаний; № 25).
- Быков, К. М. Учение И. П. Павлова и современное естествознание / акад. К. М. Быков. – М. : Медгиз, 1952. — 36 с.
- Быков,К.М.,Курцин,И.Т.Кортико-висцеральная патология.- Л.:Медгиз,1960.-575 с.
- Быков,К.М.,Слоним,А.Д.Исследования сложнорефлекторной деятельности животных и человека в естественных условиях.-М.-Л.:Изд-во АН СССР,1960.-203 с.
- Быков,К.М.Избранные произведения. Т.1- 3. М .:Медгиз,1953-58.
- Васильев,Л.Л., Благодатова,Е.Т.Центральные влияния,устраняющие и углубляющие парабиоз. — М.-Л.:Изд-во АН СССР, 1961.- 84 с.
- Великая Россия: Российская биографическая энциклопедия / Под ред. А. И. Мелуа. — СПб. : Гуманистика, 2009 — Т.15. И. П. Павлов: Предшественники. Современники. Последователи /Авт.-сост. А. Д. Ноздрачев, Е. Л. Поляков, Э. А. Космачевская, Л. И. Громова, Е. П. Вовенко. – СПб., 2015. – 600 с.: ил.
- Внутричерепная гемодинамика /Ю.Е.Москаленко,Г.Б.Вайнштейн, И.Т.Демченко и др.-Л.:Наука,Ленинг.отд-ние,1975.-202 с.
- Вовенко Е.П., Громова Л.И., Космачевская Э.А. Петербург Ивана Павлова. – СПб.: Ин-т физиологии им.И.П.Палова, 2013. – 113 с.: ил. – (РАН. Ин-т физиологии им. И.П. Палова, Музей-квартира акад. И.П.Павлова).
- Вовенко,Е.П., Цветкова В.А. Институт физиологии им.И.П.Павлова Российской академии наук. – СПб. 2005. – 68 с.
- Войткевич,В.И.Хроническая гипоксия: Приспособительные реакции организма. Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1973.-191 с.
- Волынкина,Г.Ю.,Суворов,Н.Ф.Нейрофизиологическая структура эмоциональных состояний человка.-Л.:Наука,1981.-160 с.
- Ганелина И.Е.Интероцетивные влияния с желудочно-кишечного тракта на сердце.М.-Л.:Изд-во АН СССР,1963.-178 с.
- Ганелина И.Е.Ишемическая болезнь сердца и индивидуальные особенности организма.- Л.: Наука, Ленингр.отд-ние,1975.-43 с.
- Ганелина,И.Е.,Бриккер,В.Н.,Вольперт,Е.И.Острый период инфаркта миокарда.Осложнения,лечение,реанимация.-Л.:Медицина,1970.-288 с.
- Ганелина,И.Е.,Комарова,И.Н.,Криворученко,И.В.Обмен липидов и атеросклероз.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1965.-254 с.
- Гилинский,Е.Я.Материалы по морфологии рецепторного аппарата желудка позвоночных: Сравнительно-морфологическое исследование.-М.-Л.:Изд-во АН СССР,1958.- 90 с.
- Гипофизарно-адреналовая система и мозг : [коллективная монография] / отв. ред. М. И. Митюшов ; Академия наук СССР, Институт физиологии им. И. П. Павлова. – Л. : Наука, Лениград. отд-ние, 1976. – 207 с. : ил., табл. – Авт. указаны на обороте тит. л. – Библиогр. в конце глав. – (Гл. 1. Шаляпина В. Г. Современные представления о регуляции гипофизарно-адреналовой системы. – С. 5-23; Гл. 2. Филаретов А. А. Нейрофизиологические аспекты регуляции гипофизарно-адренокортикальной системы. – С. 24-48; Гл. 3. Шаляпина В. Г. Участие катехоламинов мозга в регуляции гипофизарно-адреналовой системы. С. 49-66; Гл. 4. Шаляпина В. Г., Ракицкая В. В. Влияние кортикостероидов на содержание и метаболические превращения катехоламинов в мозге животных. – С. 67-86; Гл. 5. Ракицкая В. В., Шаляпина В. Г. Распределение катехоламинов в гипоталамусе крыс при измененном гормональном балансе. – С. 87-106; Гл. 6. Богданова Т. С., Подвигина Т. Т. Кортикостероиды и энергетический обмен мозга. – С. 107-134; Гл. 7. Гарина И. А., Емельянов Н. А. Влияние гидрокортизона на кинетику обмена натрия в срезах коры головного мозга интактных и адреналэктомированных крыс. – С. 135-154; Гл. 8. Емельянов Н. А., Богданова Т. С., Гарина И. А., Подвигина Т. Т. О возможности моделирования изменений обмена веществ в нервной ткани при стрессе с помощью опытов на срезах коры мозга in vitro. – С. 155-173; Гл. 9. Соколова Е. В. Гормоны коры надпочечников и условнорефлекторная деятельность. – С. 174-191; Гл. 10. Митюшов М. И. Гипофизарно-адреналовая система и стресс. – С. 192-204).
- Глезер,В.Д.,Цуккерман,И.И.Информация и зрение.-М.-Л.:Изд-во АН СССР,1961.-183 с.
- Глезер,В.Д.Зрение и мышление.- Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1985.-244 с.
- Глезер,В.Д.Зрение и мышление.-2-е изд.испр.и доп.-СПб.:Наука,1993.-284 с.
- Глезер,В.Д.Механизмы опознания зрительных образов._М.-Л.:Наука,1966.-204 с.,
- Говырин,В.А.,Жоров,Б.С.Лиганд-рецепторные взаимодействия в молекулярной физиологии.-СПб.:Наука,1994.-240 с.
- Гончарова, Н. Д., Хавинсон, В. X., Лапин, Б. А. Пинеальная железа и возрастная патология (механизмы и коррекция).-СПб.: «Наука», 2007. -168 с.
- Гормоны коры надпочечников и центральная нервная система/М.И.Митюшов, Т.С.Богданова,И.А.Гарина и др.-Л.:Наука, Ленингр.отд-ние,1970.-160 с.
- Горшкова,С.М.,Курцин,И.Т.Механизмы желчевыделения.- Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1967.-287 с.
- Гранстрем, М. П. Структурная организация звуковой речи / М. П. Гранстрем. – СПб.: Свет, 2018. – 31 с.
- Громова Л.И., Космачевская Э.А., Вовенко Е.П. Живописные и скульптурные портреты И.П.Павлова /Отв. ред. М.О.Самойлов. – СПб.:Ин-т физиологии им. И.П.Павлова, 2010. -32 с.: ил.- (УРАН. Ин-т физиологии им. И.П.Павлова).
- Громова, Л.И., Космачевская,Э.А. Мемориальный музей-квартира академика Ивана Петровича Павлова. – СПб.: Ин-т физиологии им. И.П. Павлова РАН, 2004. –36 с.: ил.
- Гусев,В.М.Математические модели преобразований сигналов в сенсорных системах Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1983.-107 с.
- Давиденков,С.Н.Неврозы.-М.:Медгиз,1963.-271 с.
- Двинянинов,Л.И.Работы по физиологии и патологии пищеварения,выполненные в лаборатории И.П.Павлова.-М.-Л.:Изд-во АН СССР,1961.-335 с.
- Двинянинов,Л.И.Физиология и патология желудочно-кишечного тракта.-М.-Л.: Наука,1966.-267 с.
- Демин,Н.Н.,Коган,А.Б.,Моисеева,Н.И.Нейрофизиология и нейрохимия сна.-Л.,Наука: Ленингр.отд-ние,1978.-189с.
- Дик, О. Е. Механизмы изменения динамической сложности паттернов физиологических сигналов / О. Е. Дик, А. Д. Ноздрачев. – [СПб.] : Изд-во С.-Петерб. ун-та, [2019]. – 198 с.
- Дом академиков. История и судьбы / К. С. Жуков, Л. И. Громова, В. Б. Наумов и др. – СПб. : [Б. и.], 2016. – 377 с. : ил. (Гл. IV. Громова, Л. И. Иван Петрович Павлов и музей его памяти в Доме академиков. – С. 131-225).
- Дом ученых: начало пути в документах и фактах (к 100-летию со дня основания) / А. Д. Ноздрачев, А. А. Тихонов, Е. Л. Поляков, Г. Г. Богомазов, П. Д. Шабанов. – Санкт-Петербург: [ООО «Арт-Экспресс»], 2020. – 303 с.: ил.
- Дудкин, Кирилл Николаевич. И.П.Павлов и нейрофизиология познавательных процессов. – СПб.: Ин-т физиологии им. И.П.Павлова РАН, 2007. – 295 с. : ил.- (РАН. Ин-т физиологии им. И.П.Павлова).
- Дудкин,К.Н.Зрительное восприятие и память:Информационные процессы и нейронные механизмы.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1985.-208 с.
- Дудкин.К.Н.,Гаузельман,В.Е.Автоматизация нейрофизиологического эксперимента.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1979.-159 с.
- Дыхание и гемодинамика при моделировании физиологических эффектов невесомости / Ж. А. Донина, В. М. Баранов, Н. П. Александрова, А. Д. Ноздрачев; РАН. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ин-т физиологии им. И. П. Павлова. – СПб.: Наука, 2013. – 182 с.: ил.
- Елкин,В.И.Генетика эпилепсии:Экспериментальные исследования.-Л.:Медицина,1971.-191 с.
- Емельянов,Н.А.,Герасимова,И.А.Кортикостероиды и обмен веществ в мозгу.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1990.-124 с.
- Железодефицитные состояния/М.М.Щерба,В.Н.Петров,Е.С.Рысс и др.-Л.:Наука,Ленингр. отд-ние,1975.-267 с.
- Жиронкин,А.Г.,Панин,А.Ф.,Сорокин,П.А.Влияние повышенного парциального давления кислорода на организм человека и животных.-.:Медицина,Ленингр. отд-ние,1965.-188 с.
- Жиронкин,А.Г.Кислород:Физиологическое и токсическое действие,обзор проблемы.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1972.-172 с.
- Жуков Д.А Стой, кто ведет? Биология поведения человека и других зверей: В 2 т. – М.:Альпина нон-фикшн, 2014 — Т. 1. — 427 с.: ил.; Т.2. – 367 с., ил.
- Жуков Д.А. Поведение женщины и поведение мужчины. Биологические основы.- СПб.: ИД «ПРТ», 2012. – 296 с.: ил.
- Жуков Д.А.Психогенетика стресса: Поведенческие и эндокринные корреляты генетических детерминант стресс-реактивности при неконтролируемой ситуации.-СПб:Б.и., 1997.-176 с.
- Жуков, Д. А. Биология поведения богов и героев Древней Греции / Д. А. Жуков. – СПб.: Крига, 2015. – 247 с.: ил. .
- Жуков, Д. А. Зачем изучать поведение животных? / Д. А. Жуков ; Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН. – СПб. : [Dariknigi.ru], 2018. – 412 с. : ил. http://www.infran.ru/labs/LCBG/Russian/Book-2017-1.pdf
- Жуков, Д.А. Биологические основы поведения. Гуморальные механизмы: Учебник. – СПб.: Изд-во Р.Асланова «Юридический центр Пресс», 2004. – 457 с.: ил. – (Сер. «Учебники и учебные пособия»)
- Жуков, Д. А. Что в нас заложено? Врожденное и приобретенное в поведении / Д. А. Жуков, Ю. В. Брагина; Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН. – СПб. : [Dariknigi.ru], 2020. – 400 с. : ил.
- Жуков, Дмитрий Анатольевич. Биология поведения: Гуморальные механизмы. – СПб.: Речь, 2007. – 442 с. : ил. – (Современный учебник).
- Жуков, Дмитрий. Стресс, который всегда с тобой. – М.: Наука, 2018. – 247 с., ил. – (Науч.-популярная лит.).
- Заркешев,Э.Г.Нейронные механизмы корковой интеграции.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1980.-144 с.
- Захаржевский,В.Б.,Андреева,В.Н.Ордена Трудового Красного Знамени Институт физиологии им.И.П.Павлова= I . P . Pavlov institute of physiology of the Academy of sciences of the USSR :Прошлое и настоящее ин-та и его лаб.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние, 1984.-199 с.
- Захаржевский,В.Б.Нервный контроль коронарного кровообращения:Участие кортикальных механизмов в регуляции кровоснабжения сердечной мышцы.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1979.-172 с.
- Захаржевский,В.Б.Физиологические аспекты невротической и псхосоматической патологии:Механизмы специфичности психовегетативного эффекта.-Л.:Наука, Ленингр.отд-ние,1990.- 176 с.
- Захаржевский,В.Б.Физиологические аспекты соматопсихогений и кортико-висцеральная концепция.- СПб:Наука,СПб отд-ние,1992.-56 с.
- Захарченко, М. П. Радиация, экология, здоровье / М. П. Захарченко, В. Х. Хавинсон. – 2-е изд., доп. и перераб. – Санкт-Петербург : Крисмас+, 2011. – 486 с. : ил.
- Зеленин К.Н., Ноздрачев А.Д., Поляков Е.Л. Нобелевские премии по химии за 100 лет.- СПб: Изд-во «Гуманистика»,2003.- 873 с.
- Зрительное опознание и его нейрофизиологические механизмы/В.Д.Глезер, К.Н.Дудкин,А.М.Куперман и др.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1975.-271 с.
- Зрительные пути и система активации мозга/Ю.Г.Кратин,Н.А.Зубкова, В.В.Лавров и др.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1982.-156 с.
- И.П.Павлов – первый Нобелевский лауреат России/ Сост. А.Д.Ноздрачев, Е.Л.Поляков, К.Н.Зеленин, Э.А.Космачевская, Л.И.Громова, В.К.Болондинский. – СПб.: Изд-во «Гуманистика», 2004 — (Серия изданий по истории Нобелевского движения как социального феномена XX века). Т.1. Нобелевская эпопея Павлова. 2004. 528 с.: ил.
- И.П.Павлов – первый Нобелевский лауреат России/ Сост. А.Д.Ноздрачев, Е.Л.Поляков, Э.А.Космачевская, Л.И.Громова, К.Н.Зеленин. – СПб.: Изд-во «Гуманистика», 2004 — (Серия изданий по истории Нобелевского движения как социального феномена XX века). Т.2. Павлов без ретуши: Мемуары С.В.Павловой, А.Ф.Павлова, М.К.Петровой. 2004. 816 с. : ил. – (РАН. Ин-т физиологии им. И.П.Павлова. Мемор. музей-квартира И.П.Павлова. С.-Петерб. филиал архива РАН)
- И.П.Павлов – первый Нобелевский лауреат России/ Сост. А.Д.Ноздрачев, Е.Л.Поляков, К.Н.Зеленин, Э.А.Космачевская, Л.И.Громова. – СПб.: Изд-во «Гуманистика», 2004 — (Серия изданий по истории Нобелевского движения как социального феномена XX века). Т.3. Ученики и последователи Павлова. 2004. –544 с. : ил.
- Иванов, Д. О. Академики Победы: Участники боевых действий и труженики тыла, 1945-2020: К 75-летию Победы Советского Союза в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг. / Д. О. Иванов, А. И. Мелуа, А. Д. Ноздрачев; под общ. ред. А. И. Мелуа. – СПб. : Гуманистика, 2020. – 971 с.
- Иванов, К.П. Основы энергетики организма:Теоретич.и практич.аспекты.-Т.1- 5. -Л.:Наука, Ленингр.отд-ние,1990-2007.- (Рос. акад. наук, Ин-т физиологии им.И.П.Павлова). Т.5. Энергетика живого мира. Физиологические проблемы.- 2007. -257 с.
- Иванов,К.П. Кислородное голодание и температура тела.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1968.-135 с.
- Иванов,К.П. Мышечная система и химическая терморегуляция.- М.-Л.:Наука,1965.-127 с.
- Иванов,К.П. О фундаментальных и прикладных исследованиях в биологических науках:Идентификация,особенности развития и орг.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1986.-240 с.
- Иванов,К.П. Основы энергетики организма:Теоретич.и практич.аспекты.-Т.1- 4. -Л.:Наука, Ленингр.отд-ние,1990-2001.- (Рос. акад. наук, Ин-т физиологии им.И.П.Павлова). – Т.1 Общая энергетика,теплообмен и терморегуляция.-1990.-307 с. Т.2 Биологическое окисление и его обеспечение кислородом.-1993.-270 с. Т.3.Современные проблемы, загадки и парадоксы регуляции энергетического баланса. – 2001.- 277 с. Т.4.Энергоресурсы организма и физиология выживания. – 2004. – 254 с.:(ил.).
- Иванов,К.П.,Кисляков,Ю.Я.Энергетические потребности и кислородное обеспечение головного мозга:Экспериментальное и математическое исследование.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1979.-214 с.
- Иванов,К.П.,Клещев,А.С.Биологический вычислительный центр:О принципах организации и науч.задачах.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1975.-140 с.
- Иванов,К.П.Биоэнергетика и температурный гомеостазис.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1972.-172 с.
- Иванова,Т.С.Рецепторная иннервация тонкой кишки:Сравнительно-гистол.и эксперимент. исследование.- Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1967.-139 с.
- Ивашкин, В. Т. Теория функциональных блоков и проблемы клинической медицины / В. Т. Ивашкин, Г. А. Минасян, А. М. Уголев ; АН СССР, Отд-ние физиологии. – Ленинград : Наука. Ленинградское отд-ние, 1990. – 303 с. : ил.
- Ильинский,Б.В. Атеросклероз.-Л.:Медгиз,Ленингр. отдние,1960.-334 с.
- Ильинский,О.Б.Вопросы физиологии сенсорных систем:Механорецепторы.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1967.-82 с.
- Ильинский,О.Б.Физиология сенсорных систем.Ч.3.Физиология механорецепторов.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1975.-559 с.(Сер.Руководство по физиологии).
- Иммуноцитохимия и конфокальная микроскопия / Д. Э. Коржевский, … Н. С. Меркульева, П. Ю. Шкорбатова, А. А. Михалкин ; под ред. Д. Э. Коржевского. – СПб.: СпецЛит, 2018. – 103 с.
- Институт физиологии им. И. П. Павлова Российской академии наук / [сост. Е. П. Вовенко ; рец. : Т. Р. Мошонкина, Е. А. Рыбникова, Н. П. Александрова] ; Мин-во науки и высшего образования РФ, [Ин-т физиол. им. И. П. Павлова РАН]. — СПб. : Изд-во «ЛЕМА», 2019. — 75 с. : ил., портр.
- Исаакян,Л.А.Метаболическая структура температурных адаптаций.-Л.:Наука, Ленингр.отд-ние,1972.-135 с.
- Исаакян,Л.А.Электрохимические методы газового анализа в физиологии.-М.-Л.:Наука, 1964.-80 с.
- Исаев,Г.Г.Регуляция дыхания при мышечной работе.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1990.-119 с.
- Искуственное сердце/В.И.Шумаков,Н.К.Зимин,Г.П.Иткин,Л.И.Осадчий.- Л.: Наука,Ленингр.отд-ние,1988.-200 с.
- Исследование пищеварительного аппарата у человека :(Обзор современных методов)/А.М.Уголев,Н.Н.Иезуитова, Ц.Г.Масевич и др.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1969.-216 с.
- Ишемическая болезнь сердца / [И. Е. Ганелина, Б. М. Липовецкий, В. А. Нагорнев и др.] ; под ред. И. Е. Ганелиной. – Л. : Медицина, Ленингр. отд-ние, 1977. — 359 с. : ил.
- Камардин, Н.Н., Ноздрачев, А.Д. Осфрадиальные сенсорные системы моллюсков. –СПб.:Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2004. – 171 с.
- Канаев,И.И.Близнецы:Очерки по вопросам многоплодия.-М.-Л.:Изд-во АН СССР,1959.-381 с.
- Кассиль,В.Г.Пищевое поведение в онтогенезе.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1990.-219 с.
- Каталог знаков по медицине и биологии: Конгрессы, съезды, конференции, симпозиумы и другие форумы // Р.А. Толмачев, Е. Л. Поляков, О. В. Синяченко и др. – М.: ЦИТвП, 2009. – 80 с., ил.
- Кисляков,В.А.,Неверов,В.П.Реакция глазодвигательной системы на движение обьектов в поле зрения:Оптокинетический нистагм.-М.-Л.:Наука,1966.-53 с.
- Кисляков,Ю.Я.,Бреслав,И.С.Дыхание,динамика газов и работоспособность при гипербарии.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1988.-238 с.
- Клещев,А.С.,Темов,В.Л.Язык программирования ИНФ и его реализация.-Л.:Наука, Ленингр.отд-ние,1973.-168 с.
- Климактерий женщины /В.Г.Баранов,М.Г.Арсеньева,А.М.Раскин и др.-Л.: Медицина, 1965.-270 с.
- Климов,П.К.,Барашкова,Г.М.Физиология желудка:Механизмы регуляции.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1991.-256 с.
- Климов,П.К.,Фокина,А.А.Физиология поджелудочной железы:Регуляция внешнесекреторной функции.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1987.-152 с.
- Климов,П.К.Механизмы регуляции функции желчевыделительной системы.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1969.-159 с.
- Климов,П.К.Пептиды и пищеварительная система:Гормональная регуляция функций органов пищеварит.системы.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1983.-272 с.
- Климов,П.К.Физиологическое значение пептидов мозга для деятельности пищеварительной системы.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1986.-256 с.
- Климов,П.К.Функциональные взаимосвязи в пищеварительной системе.-Л.:Наука, Ленингр.отд-ние,1976.-271 с.
- Кобакова,Е.М.Нервная регуляция двигательной функции тонкого кишечника в онтогенезе.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1968.-131 с.
- Когнитивная психология: методология и практика : кол. мон. / [Д. Айрапетян, …Е. А. Вершинина,…В. В. Лавров,… В. А. Ляховецкий, Г. А. Моисеенко, В. Ф. Соломатин, А. К. Хараузов,… В. Н.Чихман, Ю. Е. Шелепин] ; С.-Петерб. ун-т,… Ин-т физиологии им. И. П. Павлова РАН. — СПб. : [Изд-во ВВМ], 2015. – 458 с. (Гл. 1.2 Жукова (Борачук)О. В., Шелепин Ю. Е., Васильев П. П. Крупномасштабные нейронные сети восприятия мимики лица. — С. 17-22; Гл.1.3 Жукова (Борачук) О. В., Шелепин Ю. Е., Хараузов А. К., Васильев П. П., Фокин В. А., Соколов А. В. фМРТ-Исследование механизмов привыкания в условиях многократного предъявления одинаковых и разных лиц. — С. 23-32; Гл. 1.4 Ляховецкий В. А., Крумина Г., Шкилтерс Ю. Ментальное вращение зеркальных фигур. — С.33-36; Гл. 1.6 Моисеенко Г. А., Вершинина Е. А., Пронин С. В., Чихман В. Н., Михайлова Е. С., Шелепин Ю. Е. Классификация изображений, подвергнутых вейвлетной фильтрации. — С. 42-51; Гл. 1.9 Соломатин В. Ф. Замечания по поводу подходов к выяснению мозговых механизмов памяти — С. 63-68; Гл. 5.2 Лавров В. В., Лаврова Н. М. Влияние агрессии на цельность, целостность, ценность и субъективность образа конфликтной ситуации. – С. 342-347). [Электронный документ]
- Кожевников,В.А.,Мещерский,Р.М.Современные методы анализа энцефалограммы.-М.:Медгиз,1963. -327 с.
- Козаров,Д.,Шапков,Ю.Т.Двигательные единицы скелетных мышц человека.-Л.:Наука, Ленингр.отд-ние,1983.-251 с.
- Колосов,Н.Г.,Хабарова,А.Я.Структурная организация вегетативных ганглиев. Л.:Наука, Ленингр.отд-ние,1978.-72 с.
- Колосов,Н.Г.Вегетативный узел.-Л.:Наука,Ленингр. отд-ние,1972.-50 с.
- Колосов,Н.Г.Иннервация пищеварительного тракта человека.-М.:Л.:Изд. АН СССР,1962.-137 с.
- Колосов,Н.Г.Нервная система пищеварительного тракта позвоночных и человека.-Л.:Наука, Ленингр.отд-ние,1968.-171 с.
- Колосов,Н.Г.Собственные чувствительные нейроны в ганглиях автономной нервной системы.Л.:Наука,Ленингр. отд-ние,1974.-66 с.
- Кольцова,М.М.Двигательная активность и развитие функций мозга ребенка.(Роль двигат. анализатора в формировании высш.нервной деятельности ребенка).-М.:Педагогика,1973.-143 с.
- Кольцова,М.М.О формировании высшей нервной деятельности ребенка.-Л.:Медгиз, Ленингр.отд-ние,1958.-143 с.
- Кольцова,М.М.Обобщение как функция мозга.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1967.-182 с.
- Кольцова,М.М.Развитие сигнальных систем действительности у детей.-Л.:Наука,Ленингр. отд-ние,1980.-164 с.
- Конради,Г.П.О механизмах регуляции сосудистого тонуса.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние, 1969.-62 с.
- Конради,Г.П.Регуляция сосудистого тонуса.-Л.:Наука,Ленингр. отд-ние,1973.-328 с.
- Кортикальная регуляция висцеральных функций / [Н. Н. Беллер, В. К. Болондинский, В. Б. Захаржевский, О. Г. Ониско, В. А. Пастухов, И. В. Сергеева, В. А. Багаев, Э. К. Кузнецова, Е. М. Матросова; отв. ред. Н. Ф. Суворов]; АН СССР. Ин-т физиологии им. И. П. Павлова.- Л.: Наука, Ленингр. отд-ние,1980. — 272 с.
- Космачевская, Э. А. Серафима Павлова. Жена великого мужа / Э. А. Космачевская, Л. И. Громова, Е. П. Вовенко; РАН. Ин-т физиологии им. И. П. Павлова. – СПб.: Ин-т физиологии им. И. П. Павлова, 2012. – 32 с.: ил.
- Красногорский,Н.И.Высшая нервная деятельность ребенка.-Л.:Медгиз,1958.-320 с.
- Красуский,В.К.Учение о типах высшей нервной деятельности и его значение для животноводства.-М.:Л.:Изд. АН СССР,1955.-63 с.
- Кратин,Ю.Г.Анализ раздражителей мозгом по физико-химическим и биологическим признакам.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1985.-41 с.
- Кратин,Ю.Г.Анализ сигналов мозгом.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1977.-239 с.
- Кратин,Ю.Г.Нейрофизиология и теория отражения Л.:Наука,1982.-83 с.
- Кратин,Ю.Г.Неспецифические системы мозга.-Л.:Наука,1987.-159 с.
- Кратин,Ю.Г.Техника и методики электроэнцефалографии.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние, 1971.-318 с.
- Кратин,Ю.Г.Электрические реакции мозга на тормозные сигналы.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1967.-257 с.
- Крепс,Е.М.Оксигемометрия.Техника,применение в физиологии и медицине.-Л.:Медгиз, 1959.-222 с.
- Кузнецова Т.Г., Овчинникова Т.С., Родина Е.А. Потребности, эмоции и поведение ребенка. — СПб. : Изд-во РГПУ им.А.И. Герцена, 2011. — 126 с. – (Ин-т физиологии им. И.П. Павлова; Ин-т пед. образования РАО; Ленинградский Гос.ун-т им.А.С. Пушкина).
- Кузнецова Т.Г., Сыренский В.И.,Гусакова Н.С. Шимпанзе: онтогенетическое и интеллектуальное развитие в условиях лабораторного содержания.- СПб.: Политехника, 2006.-448 с.
- Кузнецова, Т. Г. «Золотые» пропорции в динамике сердечного ритма / Т. Г. Кузнецова, В. В. Иванов. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2016. – 145 с.
- Кузнецова, Т. Г. Психофизиология образования дошкольников / Т. Г. Кузнецова, Е. А. Родина. – СПб: Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена, 2016. – 155 с.
- Кузнецова, Тамара Георгиевна, Родина, Елена Альфредовна. Психофизиологические аспекты образовательной деятельности: Методологическое пособие для студентов и др. – СПб.: [Б.И.], 2008. – 137 с. – (Ин-т физиологии им.И.П. Павлова РАН. ГДОУ детский сад № 81, Санкт-Петербург).
- Курцин, И. Т. Механорецепторы желудка и работа пищеварительного аппарата / И. Т. Курцин ; [предисл. акад. К. М. Быкова] ; Акад. наук СССР, Ин-т физиологии им. И. П. Павлова. — М. ; Л. : Изд-во Акад. наук СССР, 1952. — 351 с. : ил.
- Курцин,И.Т.Гормоны пищеварительной системы.-Л.:Медгиз,1962.-308 с.
- Курцин,И.Т.Ионизирующая радиация и пищеварение.-Л.:Медгиз,Ленингр.отд-ние,1961.-298 с.
- Курцин,И.Т.Кортико-висцеральная теория и медицина.-М.:Л.:Изд.АН СССР,1960.-68 с.
- Курцин,И.Т.Критика фрейдизма в медицине и физиологии.-М.:Л.:Наука,Ленингр.отд-ние, 1965.-296 с.
- Курцин,И.Т.Кровоснабжение главных пищеварительных желез в норме и при экспериментальном неврозе.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1976.-164 с.
- Курцин,И.Т.Мозг раскрывает свои тайны.-М.:Медицина,1965.-71 с.
- Курцин, И. Т. Системный подход к проблеме взаимодействия коры мозга с внутренними органами [Рукопись] / И. Т. Курцин, В. К. Болондинский. – [СПб.; Колтуши: Ин-т физиологии им. И. П. Павлова РАН, 1977]. – 155 с. – Рукопись обнародована в 2021 г.
- Курцин,И.Т.Теоретические основы психосоматической медицины.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1973.-335 с.
- Курыгин, А. А. Методы исследования кислотообразующей функции желудка у человека / А. А. Курыгин, Е. М. Матросова ; АН СССР, Отд-ние физиологии. – Ленинград : Наука, Ленингр. отд-ние, 1986. – 94 с. – (Методы физиол. исслед.).
- Лабутин,В.К.,Молчанов,А.П.Модели механизмов слуха.-М.:Энергия,1973.-200 с.
- Лабутин,В.К.,Молчанов,А.П.Слух и анализ сигналов.- М.:Энергия,1967.-80 с.
- Лабутин,В.К.Очерк адаптации в биологии и технике.-Л.:Энергия,Ленингр.отд-ние,1970.-160 с.
- Лагутенко,Ю.П.Структурная организация туловищного мозга аннелид.-Л.:Наука,Ленингр. отд-ние,1981.- 127 с.
- Ланге, К. А. Организация фундаментальных исследований: по материалам развития физиол. наук в СССР / К. А. Ланге, Э. Н. Светайло; отв. ред. П. Г. Костюк, В. Н. Черниговский. — Л.: Наука, Ленингр. отд-е, 1983. — 203 с.: ил.
- Ланге,К. А. Институт физиологии им.И.П.Павлова. Очерки истории организации и развития.-Л.:Наука,Ленингр. отд-ние,1975.-176 с.
- Ланге,К.А.,Потоцкий,М.Н.Институт физиологии им.И.П.Павлова.Ленинград.Обзор работы.-Л.,1957.-52с.
- Ланге,К.А.Организация управления научными исследованиями.По материалам развития физиол. науки в СССР.-Л.:Наука,Ленингр. отд-ние,1971.-248 с.
- Ланге,К.А.Очерк истории Института физиологии имени И.П.Павлова.К 100-летию первой физиол. лаборатории.-Л.:Наука,Ленингр. отд-ние,1968.-94 с.
- Ланге,К.А.Развитие и организация физиологической науки в СССР.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1978.-302 с.
- Ланге,К.А.Сегодня в Институте физиологии им. И.П.Павлова.-Л.:Наука, Ленингр.отд-ние,1967.-59 с.
- Лебедева,В.А.Механизмы хеморецепции.-М.:Л.:Наука,1965.-154 с.
- Левтов,В.А.,Регирер,С.А.,Шадрина,Н.Х.Реология крови.-М.:Медицина,1982.-270 с.
- Левтов,В.А.Химическая регуляция местного кровообращения.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1967.-198 с.
- Леушина,Л.И.Зрительное пространственное восприятие.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1978. -175 с.
- Лицо человека в контекстах природы, технологий и культуры / отв. ред. К. И. Ананьева [и др.]; Московский институт психоанализа. – Москва: Московский институт психоанализа: Когито-Центр, 2020-2021. – 579 с. – (Гл. 18. Жукова О. В., Шелепин Ю. Е., Малахова Е. Ю., …, Васильев П. П., Щемелева О. В. Распознавание минимальных изменений мимики. – С. 285-309).
- Лицо человека в науке, искусстве и практике / отв. ред. К. И. Ананьева [и др.] ; Межрегион. ассоц. эксперим. психологии, Моск. ин-т психоанализа. — Москва : Когито-Центр, 2015. — 692, [1] с. : ил. (Гл. 25. Шелепин Ю. Е., Борачук О. В., Пронин С. В., Фокин В. А., Хараузов А. К., Логунова Е. В., Васильев П. П. Лицо человека и нейрофизиология невербальных средств коммуникации. — С. 449-483).
- Лицо человека в пространстве общения / отв. ред. К. И. Ананьева [и др.] ; Межрегион. ассоц. эксперим. психологии, Моск. ин-т психоанализа. – Москва: Когито-Центр, 2016. – 430 с. (Гл. 8. Логунова Е. В., Шелепин Ю. Е. Роль пространственно-частотных характеристик при восприятии изображений лица. – С. 118-135).
- Лобашев,М.Е.,Савватеев,В.В.Физиология суточного ритма животных.-М.:Л.:Изд. АН СССР,1959.- 257 с.
- Лопатина,Н.Г.Сигнальная деятельность в семье медоносной пчелы ( Apis mellifera L .)-Л.:Наука,Ленингр. отд-ние,1971.-155 с.
- Любашина О.А., Пантелеев С.С., Ноздрачев А.Д. Амигдалофугальная модуляция вегетативных центров мозга. — СПб.: Наука, 2009. – 211 с. – (УРАН. Ин-т физиологии им. И.П.Павлова). М.-Л.:Изд-во АН СССР,1961.-84 с.
- Майоров,В.Н.Морфология реактивных состояний вегетативного межнейронного синапса. Прижизненные экспериментальные исследования.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1969.-153 с.
- Майоров,Ф.П.Нервный механизм сновидений.-2-е изд.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1970-149 с.
- Майстрах,Е.В.Гипотермия и анабиоз.-М.;Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1964.-327 с.
- Марьянович, А.Т. Эрратология или как избежать наиболее неприятных ошибок при подготовке диссертации.-Изд.2-е, перераб.и доп.- М.:Вузовская книга,1999.-164 с.
- Матросова,Е.М.,Курыгин,А.А.,Гройсман,С.Д.Ваготомия:Последствия и их механизмы.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1981.-215 с.
- Матросова,Е.М.,Курыгин,А.А.,Самохвалов,В.И.Системные регуляции деятельности желудка.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1974.-196 с.
- Матросова,Е.М.Двигательная деятельность желудка и ее связь с секрецией желудочного сока.-М.;Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1964.-189 с.
- Мембранный гидролиз и транспорт : новые данные и гипотезы / [А. М. Уголев, Н. Н. Иезуитова, В. А. Цветкова и др.]; под ред. А. М. Уголева; АН СССР, Отд-ние физиологии. — Л. : Наука, Ленингр. отд-ние, 1986. — 240 с.
- Меркулова,О.С., Даринский,Ю.А.Реакция нейронов на длительную стимуляцию. Морфофизиологическое исследование.-Л.:Наука,Ленингр. отд-ние,1982.- 171 с.
- Меркулова,О.С.Интероцепторы и скелетная мускулатура.-М.;Л.:Изд. АН СССР,1959.-238 с.
- Методы автоматизированных исследований нейронных механизмов поведения / К. Н. Дудкин, В. К. Кручинин, Ю. В. Скрыминский, И. В. Чуева. — Л. : Наука, Ленингр. отд-ние, 1989. — 216 с. — (Методы физиол. исслед.).
- Механизмы деятельности центрального нейрона / Г. А. Вартанян, Н. Н. Василевский, А. А. Манина, Д. Н. Меницкий, Л. З. Певзнер ; [АН СССР. Объедин. науч. совет «Физиология человека и животных». Акад. мед. наук СССР. Проблемная комис. «Высш. нервная деятельность и ее нейрофизиол. основы»]; под ред. и с предисл. действ. чл. АМН СССР проф. Д. А. Бирюкова. — Москва ; Ленинград : Наука, [Ленингр. отд-ние], 1966. — 263 с., 4 л. ил. : ил.
- Механизмы реагирования нейрона на раздражающие воздействия: [коллективная монография] / редкол.: В. Н. Майоров (отв. ред.) [и др.]; АН СССР, Науч. совет по комплексным пробл. физиол. человека и животных, Институт физиологии им. И. П. Павлова. – Л. : Наука, Ленинград. отд-ние, 1981. – 206 с., [1] л. ил. : ил. – Авт. указаны на обороте тит. л. – Библиогр. в конце глав. – (Гл. 1. Лукашин В. Г., Подольская Л. А., Соловьев Н. А. Живой кустиковидный рецептор и анализ его морфофункциональных состояний. – С. 6-41; Гл. 2. Самойлов В. О., Соловьев В. Н., Гурченок А. С., Гурская Н. Г., Тихонова Л. П., Мефодовская Т. М. Исследование механизмов реагирования вкусовых рецепторов на химические раздражители. – С. 42-75; Гл. 3. Майоров В. Н., Пятин В. Ф., Кульчицкий В. А., Самойлов М. О., Самойлов В. О. Структурно-функциональный подход к изучению механизмов реагирования клеток медуллярных хемочувствительных зон. – С. 76-86; Гл. 4. Лагутенко Ю. П. Структурно-функциональные реакции нейропиля беспозвоночных на раздражающие воздействия (на примере кольчатых червей). – С. 87-98; Гл. 5. Сотников О. С. Статика и реактивная кинетика структур живого вегетативного нейрона. – С. 99-127; Гл. 6. Самойлов М. О., Семенов Д. Г., Евдокимов С. А. К механизму реагирования нейронов коры мозга на прекращение их кровоснабжения. – С. 128-148; Гл. 7. Шерстнев В. В., Никитин В. П. Циклические пуриновые нуклеотиды и функциональная специфичность центральных нейронов. – С. 149-165).
- Механизмы структурной пластичности нейронов и филогенез нервной системы= Mechanisms of structural plastisity of neurons and nervous system phylogenesis /О.С.Сотников,К.К.Богута,А.И.Голубев,Ю.С.Миничев.-СПб.:Наука,1994.-240 с.
- Механизмы условнорефлекторного и отсроченного поведения у обезьян /Л.А.Фирсов, М.Л.Воронова,Э.Г.Заркешев и др.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1979.-219 с.
- Мигрень. Патогенез, клиника, фармакотерапия: руководство для врачей / А.В. Амелин, Ю.Д. Игнатов, А.А. Скоромец, А.Ю.Соколов. — М.: МЕДпресс-информ, 2011. — 256 с.: ил.
- Милашева, Н. В. Невская гармония медицины и архитектуры / Н. В. Милашева, В. О. Самойлов. — СПб. : ИнформМед, 2016. — 153 с.
- Милохин,А.А.,Решетников,С.С.Рефлекторная саморегуляция нейронов. Структурная организация механизмов саморегуляции ганглиозных нейронов.-Л.:Изд-во ЛГУ,1972.-72 с.
- Милохин,А.А.Интероцепторы пищеварительного тракта некоторых низших позвоночных. (Сравнит.-гистол. исслед.).-М.;Л.:Изд-во АН СССР,Ленингр.отд-ние,1963.-100 с.
- Милохин,А.А.Чувствительная иннервация вегетативных нейронов.Новое в представлении о структурной организации вегетативного ганглия.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1967.-68 с.
- Митюшов,М.И.Функции больших полушарий головного мозга и уровень сахара в крови.-М.;Л.:Наука,Ленингр. отд-ние,1964.-212 с.
- Мозжухин А.С., Самойлов В.О. И.П.Павлов в Петербурге-Ленинграде.- Л.: Лениздат, 1977. – 286 с.
- Моисеева,О.И.Почки и эритропоэз.-Л.:Наука,Ленингр. отд-ние,1970.-123 с.
- Моисеева,О.И.Физиологические механизмы регуляции эритропоэза.-Л.:Наука,Ленингр. отд-ние,1985.- 184 с.
- Молекулярно-клеточные механизмы пептидной регуляции функций мозга / В. Х. Хавинсон, Р. С. Умнов, Н. С. Линькова [и др.] ; Рос. акад. наук, Ин-т физиологии им. И. П. Павлова [и др.]. – Москва : Наука. – 2018. – 222 с. (Гл. 5.1. Чалисова Н. И., Лопатина Н. Г. Влияние пептида EDR на условно-рефлекторную деятельность медоносной пчелы Aris mellifera L. – C. 141-146; Гл. 5.2. Саватеева-Попова Е. В., Захаров Г. А. Нейропротекторное действие пептида EDR в модели болезни Паркинсона у Drosophila melanogaster. – С. 147-160, рис. на вклейке).
- Мордвинов,Е.Ф.Электрофизиологический анализ отсроченного поведения.-Л.:Наука,1982.-184 с.
- Морфология связей корковой вестибулярной зоны / А. С. Ионтов, В. А. Кисляков, Т. Ф. Кулешова, Ф. Н. Макаров, В. А. Отеллин ; под ред. А. С. Ионтова ; АН СССР, Ин-т физиол. им. И. П. Павлова. — Л. : Наука, Ленинград. отд-ние, 1980. — 97 с., [16] л. ил. : ил. ; 21 см. — Авт. указаны на обороте тит. л. — Библиогр.: с. 79-96.
- Моторная функция тонкой кишки в норме и при некоторых патологических состояниях/А.А.Курыгин ,В.А.Багаев,Ал.А.Курыгин,Л.И.Сысоева.-СПб.:Наука,1994.-202 с.
- Моторные задачи и исполнительская деятельность.Исследование координированных движений руки/Н.А.Рокотова,Е.К.Бережная,И.Д.Богина и др.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1971.-180 с.
- Мусиенко, П. Е. Новые нейрореабилитационные технологии: от эксперимента в клинику / П. Е. Мусиенко, Г. Куртин; С.-Петерб. гос. ун-т, Ин-т физиологии им. И. П. Павлова [и др.]. — [Новосибирск : Б. и., 2018]. — 99 с. : ил.
- Мусиенко, П. Е. Спинально-стволовые механизмы интегративного контроля позы и локомоции / П. Е. Мусиенко, П. В. Зеленин, Г. Н. Орловский, Т. Г. Делягина; Ин-т физиологии им. И. П. Павлова, С.-Петерб. гос. ун-т [и др.]. – [Новосибирск : Б. и., 2018]. – 139 с. : ил.
- Мусящикова,С.С., Черниговский,В.Н. Кортикальное и субкортикальное представительство висцеральных систем.-Л.:Наука,Ленингр. отд-ние,1973.-286 с.
- Надпорожская,Е.В.,Егоров,С.К. Библиотека процедур на языке ИНФ.-Л.:Наука,Ленингр. отд-ние, 1975. -192 с.
- Неврозы: экспериментальные и клинические исследования: [коллективная монография] / отв. ред.: В. Б. Захаржевский, Н. Ф. Суворов; рец.: А. Д. Ноздрачев, К. Б. Шаповалова; АН СССР, Институт физиологии им. И. П. Павлова. – Л. : Наука, 1989. – 223 с. : ил. – Авт. указаны в огл. – Библиогр.: с. 204-220. – (Гл. 1. Лопатина Н. Г., Пономаренко В. В., Чеснокова Е. Г. Нейроактивность кинуренина и его дериватов как наследственно-обусловленных факторов риска невротической патологии. – С. 7-21; Гл. 2. Суворов Н. Ф., Саульская Н. Б., Якимовский А. Ф. Дофамин- и ГАМКергические механизмы стрионигральной системы при экспериментальной патологии ВНД. – С. 22-39; Гл. 3. Суворов Н. Ф., Пастухов В. А., Болондинский В. К., Таранова Н. П., Маликов У. М. Серотонинергические механизмы при экспериментальной патологии ВНД. – С. 40-54; Гл. 4. Суворов Н. Ф., Макаров Ф. Н., Таранова Н. П., Рыбаков В. Л., Лучакова О. С. Морфологические и метаболические изменения в клеточных структурах головного мозга при невротизирующих воздействиях. – С. 55-66; Гл. 5. Кассиль В. Г. Онтогенетические особенности реагирования животных на невротизирующие воздействия. – С. 67-88; Гл. 6. Лавров В. В. “Преднастройка психики” как фактор риска экспериментальной невротической патологии. – С. 89-96; Гл. 8. Захаржевский В. Б. Механизмы висцеральных нарушений при патологии ВНД. – С. 106-113; Гл. 9. Захаржевский В. Б., Дмитриева Л. Л., Михеев В. Ф., Ивонин А. А., Святогор И. Я., Ашкинази И. Я. “Факторы риска” невротической патологии. – С. 114-133; Гл. 10. Захаржевский В. Б., Дмитриева Л. Л., Тур И. О., Пэвват Э. Е. Механизмы адаптации и саморегуляции при неврозах. – С. 134-148; Гл. 11. Захаржевский В. Б., Ашкинази И. Я., Ерофеева В. А., Ивонин А. А., Тихонова Н. Е. К характеристике нейрогуморальных соотношений при неврозах. – С. 149-163; Гл. 12. Захаржевский В. Б., Тимофеева А. Н., Маркман В. Г., Беленькая И. М. Состояние центральной и периферической гемодинамики у больных неврозами. – С. 164-179; Гл. 13. Захаржевский В. Б., Артемчук Н. Л., Кирдяшкина Т. А. Состояние интероцептивного анализатора при невротической патологии. – С. 180-190; Гл. 14. Захаржевский В. Б., Артемчук Н. Л. Физиологические способы коррекции невротической патологии. – С. 191-200).
- Невская, А.А., Леушина, Л.И. Ассиметрия полушарий головного мозга и опознание зрительных образов.-Л.: Наука, Ленингр. отд-ние, 1990.-150 с.
- Нейроиммуноэндокринные механизмы старения и возрастной патологии / М. А. Пальцев [и др.]. – Санкт-Петербург : Наука, 2012. – 462, [1] с. : ил., табл. – ( Гл. 2. Южаков, В. В., Кветная, Т. В., Чалисова, Н. И. и др. Роль современной морфологии в методологии изучения нейроиммуноэндокринных механизмов старения. – С. 32-47).
- Нейрокомпьютеры в интеллектуальных системах XXI века /Д.А. Васюнин, … С.П.Романов,…В.Ф.Соломатин…; Под общ. ред.Ю.И.Нечаева. – М. :Изд-во «РС-Пресс», 2012. -351 с.: ил.
- Нейротехнологии : коллективная монография / под ред. Ю. Е. Шелепина и В. Н. Чихмана ; Институт физиологии им. И. П. Павлова Российской академии наук. – Санкт-Петербург : ВВМ, 2018. – 396 с. : ил., табл. – Авт. указаны на обороте тит. л. и на с. 393-396. – Библиогр. в конце глав. (Гл. 3. Бондарко В. М. Острота зрения и Краудинг-эффект у взрослых и детей различного возраста. – С. 46-116 ; Гл. 5. Шелепин Ю. Е., Чихман В. Н. Нейрофизиология зрения и нейротехнологии целенаправленного поведения. – С. 133-164 ; Гл. 6. Бондарко В. М. Пространственные элементы зрительной системы. Моделирование зрительного восприятия. – С. 165-185 ; Гл. 7. Алексеенко С. В. Нейронные сети, обеспечивающие бинокулярное зрение. – С. 186-205 ; Гл. 8. Жукова О. В., Шелепин Ю. Е., Труфанов Г. Е., Фокин В. А., Васильев П. П., Соколов А. В. Перестройка крупномасштабной нейронной сети головного мозга человека при распознавании лиц. – С. 206-219 ; Гл. 9. Шелепин К. Ю., Фокин В. А., Васильев П. П., Соколов А. В., Труфанов Г. Е. Активность нейронных сетей головного мозга человека до, во время и после инсайта при распознавании изображений. – С. 220-243 ; Гл. 10. Хараузов А. К., Васильев П. П., Шелепин Ю. Е., Соколов А. В., Фокин В. А. Взаимодействие крупномасштабных нейронных сетей при распознавании текстур. – С. 244-256 ; Гл. 11. Ламминпия А. М., Малахова Е. Ю. О восприятии движения реальной и воображаемой сцены. – С. 257-268 ; Гл. 12. Малашин Р. О., Пономарев С. В. Современные нейронные сети глубокого обучения для автоматического анализа изображений. – С. 271-335 ; Гл. 13. Малахова Е. Ю. Обработка зрительной информации в искусственных и биологических нейронных сетях. – С. 336-346 ; Гл. 14. Шелепин Е. Ю., Муравьева С. В., Якимова Е. Г., Шелепин Ю. Е. Нейротехнологии управления целенаправленной деятельностью человека в условиях виртуальной среды. – С. 349-367 ; Гл. 15. Муравьева С. В., Шелепин Ю. Е. Восстановление нарушений целенаправленной деятельности у пациентов с психоневрологической патологией путем погружения в интерактивную виртуальную среду. – С. 368-384 ; Гл. 16. Моисеенко Г. А., Пронин С. В., Шелепин Ю. Е. Новая технология объективного измерения механизмов фильтрации и принятия решений. – С. 385-392).
- Нейрофизиологические корреляты дезадаптационных нарушений : монография / И. А. Святогор, О. Е. Дик, Н. Л. Гусева, И. А. Моховикова. — Санкт-Петербург : ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2022. — 198 с. : ил., граф., табл. — Библиогр.: с. 182-198.
- Нерешенные проблемы неврологии и психиатрии / Ю. В. Бобрик, В. П. Волков,… В. А. Пеннияйнен, … – Новосибирск: Ассоц. науч. сотр. «Сиб. акад. кн.», 2016. – 114 с.
- Нобелевские лауреаты по физиологии или медицине / А. Д. Ноздрачев, М. А. Пальцев, Е. Л. Поляков [и др.]; С.-Петербургский гос. ун-т, Московский гос. ун-т им. М. В. Ломоносова, Ин-т физиологии им. И. П. Павлова РАН. — СПб.: Гуманистика, 2019. — 884 с.
- Нобелевские премии по физике: 1901-2004 /А.М. Финкельштейн, А.Д. Ноздрачев, Е.Л.Поляков и др. ; В 2-х т. -СПб.: Гуманистика, 2005. – Т.1. 1901-1964. -2005. – 616 с.: ил Т.2. 1965-2004. -2005. – 568 с.: ил.
- Нобелевский лауреат И.И.Мечников.Т.1. Хавинсон, В.Х. Развитие идей И.И.Мечникова в работах по пептидной регуляции старения. – СПб.: Изд-во «Гуманистика», 2008. – 591 с.:
- Новиков, Г. Остров моего детства Васильевский. – Уральск: Полиграфсервис, 2014. – 139 с. : ил. – [Общественный фонд «Евразийский союз ученых»].
- Новиков,С.Н. Феромоны и размножение млекопитающих: Физиологические аспекты.-Л.:Наука,Ленингр. отд-ние,1988. — 168 с.
- Ноздрачев А. Д., Марьянович А. Т., Поляков Е. Л.,Сибаров Д.А., Хавинсон В.Х. Нобелевские премии по физиологии или медицине за 100 лет/ .-2-е изд. — СПб.: Гуманистика, 2003. — 752 с.: ил.
- Ноздрачев А. Д., Поляков, Е. Л. От I Петроградского (1917) до XXI Калужского (2010) : К истории съездов Физиологического общества им. И.П.Павлова Российской академии наук. – М.-Калуга, 2010. – 65 с., + 11 с. цв. ил.
- Ноздрачев А.Д. и др. Нобелевские премии по физике: 1901-2004 /А.М. Финкельштейн, А.Д. Ноздрачев, Е.Л.Поляков и др. ; В 2-х т. -СПб.: Гуманистика, 2005. – Т.1. 1901-1964. -2005. – 616 с.: ил. Т.2. 1965-2004. -2005. – 568 с.: ил.
- Ноздрачев А.Д., Маслюков П.М. Возрастное развитие нейронов автономных ганглиев. – СПб.: [Информ-Навигатор] , 2014. — 319 с.: ил.
- Ноздрачев А.Д., Поляков Е.Л. Развитие отечественной физиологии: История Всесоюзных и Российских съездов, XV и XXXIII Международных конгрессов.- Воронеж: ИПЦ «Науч. книга», 2011.- 144 с.: ил.
- Ноздрачев А.Д., Поляков Е.Л., Вовенко Е.П., Путь И.П. Павлова к первой Нобелевской премии России. — СПб.: Издательство «КультИнформПресс», 2014. — 180 с.: ил. – (РАН. Ин-т физиологии им. И.П. Павлова).
- Ноздрачев А.Д., Поляков Е.Л., Космачевская Э.А., Громова Л.И., Вовенко Е.П. Павловская энциклопедия. Люди. События, Факты. :В 2-х т. – СПб.: Гуманистика, 2011- РАН. Ин-т физиологии им.И.П.Павлова…) Т.1 : А-П. 632 с.: ил., Т.2 : Р-Я; Прил. 576 с.: ил.
- Ноздрачев А.Д., Поляков Е.Л., Маслюков П.М. Анатомия лабораторной мыши. – СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2012. – 424 с.: ил.
- Ноздрачев А.Д., Поляков Е.Л., Федин А.Н. Анатомия кролика. – СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2009.- 353 с.: ил.
- Ноздрачев А.Д., Фатеев М.М. Звездчатый ганглий. Структура и функции. — СПб.: Наука, 2002. – 239 с., ил.
- Ноздрачев, А. Д. Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН в биографиях (члены государственных академий) / А. Д. Ноздрачев, Е. Л. Поляков, Е. П. Вовенко ; РАН, Ин-т физиологии им. И. П. Павлова. – СПб. : [Ин-т физиологии им. И. П. Павлова РАН: Изд-во «КультИнформПресс], 2016. – 417 с.: ил., портр.
- Ноздрачев, А. Д. Периферическая нервная система = Peripheral nervous system : Структура, развитие, трансплантация и регенерация / А. Д. Ноздрачев, Е. И. Чумасов. –СПб. : Наука, 1999. — 281 с. : ил.
- Ноздрачев, А.Д. Кортикостероиды и симпатическая нервная система: Электрофизиологическое изучение функции периферического отдела.-Л.:Наука, Ленингр.отд-ние,1969.-171 с.
- Ноздрачев, А.Д.Вегетативная рефлекторная дуга.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1978.-232 с.
- Ноздрачев, Александр Данилович и др.Экспериментальная хирургия лабораторных животных: Учеб.пособие/ А.Д.Ноздрачев, Е.Л.Поляков, В.А.Багаев.- СПб: Изд-во «Лань», 2007.- 255 с.: ил.
- Ноздрачев, Александр Данилович, Лапицкий, Виктор Павлович. Феномен истории естествознания: кафедра общей физиологии Санкт-Петербургского университета. – СПб.: Изд-во С.-Петербургского ун-та, 2006. – 373 с.: ил.
- Ноздрачев, Александр Данилович, Поляков, Евгений Львович. Физиологические учреждения Санкт-Петербурга.-СПб.:Элби-СПб, 2008. – 495 с. – (С.-Петербургское о-во физиологов, биохимиков, фармакологов им. И.М.Сеченова).
- Ноздрачев,А.Д. ,Поляков Е.Л.Анатомия крысы.(Лабораторные животные).-СПб:Изд-во «Лань»,2001. — 464 с.,ил.
- Ноздрачев,А.Д. и др.Начала физиологии:Учебник для вузов/ А.Д.Ноздрачев, Ю.И.Баженов, И.А.Баранникова и др.-СПб:Изд-во «Лань»,2001.-1088 с.
- Ноздрачев,А.Д. Физиология вегетативной нервной системы.-Л.:Медицина, Ленингр. отд-ние,1983.-295 с.
- Ноздрачев,А.Д., Марьянович, А.Т., Поляков, Е.Л. и др.Нобелевские премии за 100 лет. – СПб.:Изд-во «Гуманистика», 2002.-688 с.
- Ноздрачев,А.Д., Поляков, Е.Л.Анатомия кошки:Справочное руководство..-СПБ.:Изд-во С.-Петерб.ун-та, 1998. –396 с.-(Лабораторные животные).
- Ноздрачев,А.Д.,Пушкарев,Ю.П. Характеристика медиаторных превращений.:(По данным электрофизиол.изуч.).-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1980.- 229 с.
- Ноздрачев,А.Д.Анатомия кошки.(Справочное пособие).-Л.:Наука,Ленингр. отд-ние,1973.-247с.
- Обмен липидов и атеросклероз.(Вопросы регуляции обмена липидов и патогенеза атеросклероза)/И.Е.Ганелина,И.Н.Комарова,И.В.Криворученко,Б.М.Липовецкий.-М.-Л.,Наука,1965.-254 с.
- Образцова,Г.А.Вопросы онтогенеза высшей нервной деятельности.-М.;Л.:Наука, Ленингр.отд-ние,1964.-202 с.
- Образцова,Г.А.Формирование вестибулярной функции в онтогенезе.-М.;Л.:Наука, Ленингр.отд-ние,1961.-131 с.
- Ольнянская, Р. П. Кора головного мозга и газообмен / Р. П. Ольнянская ; с предисл. и под ред. акад. К. М. Быкова. — М. : изд-во и тип. Изд-ва АМН СССР, 1950. — 156 с. : ил.
- Ольнянская,Р.П., Исаакян,Л.А.Методы исследования газового обмена у человека и животных.-Л.:Медгиз,Ленингр. отд-ние,1959.-180 с.
- Ольнянская,Р.П.О гомеостатических реакциях организма и его физиологических состояниях: Доклад на ежегодном заседании Ученого совета,посвящ. памяти акад. К.М.Быкова.- Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1969.-44 с.
- Ольнянская,Р.П.Очерки по регуляции обмена веществ.-М.;Л.:Наука,Ленингр. отд-ние,1964.-234 с.
- Орбели,Л.А.Избранные труды:В 5-ти тт.-М.;Л.:Изд-во АН СССР,1961-1968. Т.1.Вопросы эволюционной физиологии,1961. Т.2.Адаптационно-трофическая функция нервной системы,1962. Т.3.Вопросы высшей нервной деятельности и ее развития,1964.Т.4.Вопросы общей физиологии и патофизиологии,1966. Т.5.Статьи и выступления,1966.
- Орлов И.В. Вестибулярная функция.- СПб.:Наука,1998.-242 с.
- Орлов, Р. С., Ноздрачев, А. Д. Нормальная физиология: Учебник для вузов. – М.: ГОЭТАР-Медиа, 2005. – 688 с.: ил.
- Орлов,В.В.Кортикальные влияния на кровообращение.-Л.:Наука,Ленингр. отд-ние,1971.-231 с.
- Орлов,В.В.Николай Аполлинариевич Рожанский:1884-1957.-Л.:Наука,Ленингр. отд-ние, 1976.-107 с.
- Орлов,В.В.Плетизмография:(Методы и применение в экспериментальных и клинических исследованиях).-М.;Л.:Изд-во АН СССР,1961.-254 с.
- Осадчий, Л.И.Работа сердца и тонус сосудов.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1975.-188 с.
- Осадчий,Л.И.Положение тела и регуляция кровообращения.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние, 1982.-145 с.
- Отеллин В.А., Арушанян Э.Б. Нигрострионигральная система. — М.: Медицина, 1986. — 270 с., ил.
- Отеллин, В.А. и др. Пренатальные стрессорные воздействия и развивающийся головной мозг : Адаптивные механизмы, непосредственные и отсроченные эффекты /В.А.Отеллин, Л.И.Ходжай, Н.Э.Ордян.- СПб.: Изд-во «Десятка», 2007. – 237 с.: ил.
- Очерки по морфологии связей центральной нервной системы/А.С.Ионтов, В.А.Отеллин,Э.Э.Гранстрем,Ф.Н.Макаров.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1972. -118 с.
- Павловские Колтуши. Объект Всемирного наследия ЮНЕСКО / Самойлов М.О., Болондинский В.К., Пастухов В.А., Цветкова В.А. – СПб.: Ин-т физиологии им.И.П.Павлова РАН, 2013.- 119 с.: ил.
- Пантелеев, С.С. и др. Кортикальная модуляция висцеральных рефлексов / С.С.Пантелеев, В.А.Багаев, А.Д.Ноздрачев.-СПб.:Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2004. -207 с.
- Пастухов В. А., Болондинский В. К. Академик К.М.Быков. – СПб.:Ин-т физиологии им.И.П. Павлова РАН, 2009. – 99 с.: ил.- (РАН. Ин-т физиологии им. И.П.Павлова РАН).
- Пастухов, В. А. Дорога длиною в жизнь : историко-автобиографическое произведение в 3-х частях / В. А. Пастухов ; редактор К. В. Пастухов. – Санкт-Петербург : Астер-Х, 2009. – Часть 1 : На Каме. – 2009. – 341 с., [8] л. ил. : портр.
- Пастухов, В. А. История Павловских Колтушей / В. А. Пастухов ; РАН, Ин-т физиологии им. И. П. Павлова. – СПб.: Ин-т физиологии им. И. П. Павлова РАН, 2010. – 142 с.: ил.
- Пастухов, В. А. Русский академик / В. А. Пастухов. — СПб. : НППЛ «Родные просторы», 2016. — 99 с. : портр., ил. — (Невский альманах).
- Пастухов, В.А. Академиана. И.М.Сеченов и .П.Павлов./Рос.АН .Ин-т физиологии им. И.П. Павлова СПб, 1998- 82 с.
- Пастухов, В.А. Академик Л.А.Орбели в Павловских Колтушах. – СПб.: Ин-т физиологии им. И.П. Павлова РАН, 2005.- 144 с.
- Пастухов, В.А.Межфункциональное взаимодействие и экспериментальный невроз.-Л.:Наука,Ленингр. отд.,1981.-152 с.
- Певзнер,Л.З.Функциональная биохимия нейроглии.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1972.-199 с.
- Первов, Л. Г. Лечение алкоголизма в диспансерных условиях / Л. Г. Первов, В. Д. Гапонова, С. А. Лев. – Л.: Медицина, Ленингр. отд-ние, 1974. – 96 с. – (Б-ка практ. врача). – Список литературы: с. 91-95.
- Первов, Л. Г. Нервность / Л. Г. Первов. — Москва : Медицина, Ленингр. отд-ние, 1976. — 87 с. : ил.; 20 см. — (Научно-популярная медицинская литература).
- Первов,Л.Г. Особенности основных нервных процессов и сигнальных систем при истерии.-М.;Л.:Изд-во АН СССР,1960.-104 с.
- Первов, Л. Г. Сон и его нарушения / Л. Г. Первов. — Москва : Медицина, 1965. — 40 с. : ил. — (Научно-популярная медицинская литература).
- Переживающий срез мозга как объект нейрофизиологического и нейрохимического исследования / М. И. Митюшов, Н. А. Емельянов, А. А. Мокрушин, И. А. Войнер, Т. Р. Багаева ; отв. ред. М. И. Митюшов ; рец. : В. Н. Майоров, М. Н. Маслова ; АН СССР, Отд-ние физиол. — Л. : Наука, Ленинград. отд-ние, 1986. — 127 с. : ил., табл. — (Методы физиологических исследований / редкол. : П. Г. Кос-тюк (отв. ред.), К. А. Ланге (отв. секретарь), В. А. Говырин, А. М. Уголев [и др.]). — Авт. указаны на обороте тит. л. — Библиогр.: с. 113-127.
- Петрунькина,А.М. Практическая биохимия.3-е изд.,перераб. и доп.-Л.:Медгиз,Ленингр. отд-ние,1961.- 428 с.
- Подвигин, Н.Ф.,Макаров,Ф.Н.,Шелепин,Ю.Е. Элементы структурно-функциональной организации зрительно-глазодвигательной системы.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1986.-252 с.
- Подвигин,Н.Ф. Динамические свойства нейронных структур зрительной системы.-Л.:Наука,1979.-157 с.
- Подольская Л.А.Живой спинальный нейрон (структурно-функциональное исследование).-Спб: Наука,1996.-183 с.
- Полтырев С.С.,Курцин,И.Т.Физиология пищеварения :Учебное пособие.-М.:Высшая школа,1980.-256 с.
- Поляков, Е. Л. Почетный доктор Российской военно-медицинской академии Александр Данилович Ноздрачев / Е. Л. Поляков. — СПб. : [ВМедА], 2015. – 203 с. : ил.
- Поляков,Е.Л.,Ячменева Е.Ю.Электрическая стимуляция вознаграждающих систем мозга :Библиогр. указ.Л.,1981.-213 с.
- Поляков,Е.Л.Александр Данилович Ноздрачев:Биобиблиографический указатель.-СПб.:БАН, 2003.-156 с.
- Понугаева,А.Г.Физиологические исследования инстинктов у млекопитающих.-М.-Л.:Изд-во АН СССР,1960.-180 с.
- Порсева, В. В. Серое вещество спинного мозга / В. В. Порсева, П. М. Маслюков, А. Д. Ноздрачев. – Санкт-Петербург : Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2021. – 184 с.
- Привыкание в висцеральных системах/В.Н.Черниговский,С.С.Мусящикова, М.С.Синяя,А.А.Мокрушин.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1980.-242 с.
- Пространственное зрение / В. М. Бондарко, М. В. Данилова, Н. Н. Красильников, Л. И. Леушина, А. А. Невская, Ю. Е. Шелепин ; Российская академия наук. Институт физиологии им. И. П. Павлова. — Санкт-Петербург : Наука, 1999. — 218 с.
- Профессор Александр Ефимович Щербак / Н. Н. Богданов, В. В. Ежов, В. О. Самойлов [и др.]. — Львов: Гриф Фонд, 2013. — 368 с.: 160 ил.
- Психонейроэндокринология / [Агаркова Е. В., …Ордян Н. Э., Пивина С. Г., …Федотова Ю. О….и др.] ; под ред. П. Д. Шабанова, Н. С. Сапронова. — СПб. : Информ-Навигатор, 2010. — 982 с. : ил. (Гл. 7. Масалова О.О., Федотова Ю. О., Сапронов Н. С. Тиреоидные гормоны и поведение. — С. 216-270; Гл. 11. Сапронов Н. С., Федотова Ю. О. Овариальные стероиды и нарушение функций мозга. — С. 415-459; Гл. 12. Федотова Ю. О. Фармакологическая коррекция когнитивных нарушений при дисбалансе эстрогенов. — С. 459-593; Гл. 14. Ордян Н. Э., Пивина С. Г. Глюкокортикоидные гормоны и формирование приспособительных функций в постнатальном онтогенезе крыс. — С. 656-684).
- Психофизиологические и нейролингвистические аспекты процесса распознавания вербальных и невербальных паттернов коммуникации: кол. мон. / [Т. В. Черниговская, Е. Ю. Шелепин, … О. В. Жукова, Т. Е. Петрова, Д. Н. Подвигина, … Ю. Е. Шелепин]; ФГБОУ «С.-Петерб. гос. ун-т». Ин-т физиологии им. И. П. Павлова. Обществ. организация «С.-Петерб. психол. о-во». – СПб.: [Изд-во ВВМ], 2016. – 202 с.: ил. (Гл. 2. Шелепин Ю. Е., Жукова О. В. Нейрофизиологические исследования паттернов невербальной коммуникации. – С. 17-54; Гл. 7. Подвигина Д. Н. Временные характеристики восприятия двойственных изображений. – С. 139-158; Гл. 10. Защиринская О. В., Николаева Е. И., Шелепин Е. Ю. Понимание подростками с различным уровнем интеллектуального развития жанровых картин и текстов. – С. 191-202).
- Радионова Е.А. Опыты по физиологии слуха :Нейрофизиологические и психофизические исследования.- СПб :Ин-т физиологии им.И.П.Павлова РАН, 2003.-256 с.
- Радионова Е.А.Анализ звуковых сигналов в слуховой системе:Нейрофизиологические механизмы.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1987.-272 с.
- Радионова Е.А.Функциональная характеристика нейронов кохлеарных ядер и слуховая функция.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1971.-196 с.
- Регионарные и системные вазомоторные реакции / Б. И. Ткаченко, Д. П. Дворецкий, В. И. Овсянников и др.; Акад. мед. наук СССР. – Ленинград: Медицина, Ленингр. отд-е, 1971. – 295 с.: ил. – Библиогр.: с. 271-292.
- Регуляция следящих движений/Ю.Т.Шапков,Н.П.Анисимова, Ю.П.Герасименко, С.П.Романов.-Л.:Наука, Ленингр.отд-ние,1988.-277 с.
- Речь. Артикуляция и восприятие/В.А.Кожевников,Л.А.Чистович,В.В.Алякринский и др.-Л.:Наука,Ленингр. отд-ние,1965.-238 с.
- Риккль,А.В.К анализу рефлекторных взаимоотношений между вегетативными функциями.-М.-Л.:Наука,1964.-35 с.
- Савченко,О.Н.,Арутюнян,Н.А.,Степанов,М.Г. Экспериментальное бесплодие: Эндокрин.аспекты.-СПб.:Наука,СПб.отд-ние,1992.-152 с.
- Савченко,О.Н.Гормоны яичника и гонадотропные гормоны.-Л.:Медгиз,1967.-270 с.
- Самойлов В. О. История российской медицины. — М. : Эпидавр, 1997. — 199 с. : ил.
- Самойлов В.О. Академик Василий Петров. – СПб.: ИнформМед, 2011.- 104 с.: ил.-(С.-Петерб. гос. политехн. ун-т).
- Самойлов В.О. Гетерогенность хемосенсорных систем. – Л.: Наука, Ленингр. отд-ние, 1983. – 224 с.
- Самойлов В.О. Медицинская биофизика: Учеб. для вузов. – 2-е изд., испр. и доп. – СПБ.: СпецЛит, 2007. – 559с.: ил.
- Самойлов В.О. Петр Первый и российская медицина : актовая речь, посвящ. 300-летию со дня открытия Гл. воен. клинич. госпиталя им. Н. Н. Бурденко. — М. : [б. и.], 2008. — 27 с. : ил.
- Самойлов В.О., Мозжухин А.С. Павлов в Петербурге-Петрограде-Ленинграде.- 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Лениздат, 1989. – 332 с.
- Самойлов В.О.Василий Владимирович Петров — академик двух академий. –Л.:[Б.и.], 1987. – 101 с.: ил.
- Самойлов, В.О. Иллюстрированный очерк истории физиологии. –СПб.:Изд-во С.Петерб. института истории РАН «Нестор-История»,2005. -136 с.
- Самойлов, В.О.,Пономаренко Г.Н., Енин Л.Д. Низкочастотная биоакустика.- СПб: Реверс,1994.- 215 с.
- Самойлов,М.О. Мозг и адаптация: молекулярно-клеточные механизмы.- СПб.: Ин-т физиологии им И.П.Павлова,1999.- 272 с.
- Самойлов,М.О.Реакции нейронов мозга на гипоксию.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1985.-190 с.
- Сапронов Н.С., Федотова Ю.О. Гормоны гипоталамо-гипофизарно-овариальной системы и мозг. – СПб.: Формиздат, 2009. – 592 с.
- Сафонова Т.А., Журавлев В.Л., Ноздрачев А.Д. Кардиореспираторная система моллюсков: структура, функции, механизмы регуляции. – СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2008. – 244 с.:ил
- Сафьянц,В.И.Билатеральная интегративная деятельность спинного мозга.-Л.:Наука,Ле-нингр.отд-ние,1976.-187 с.
- Святогор И.А. Классификация ЭЭГ-паттернов и их нейрофизиологическая интерпретация при дезадаптационных расстройствах : Метод. рекомендации. Санкт-Петербург, 2001. — 23 с.
- Сергеев,А.А.Отечественная литература по авиационной космической и высокогорной биологии и медицине:Библиография.-В 3-х вып.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние.Вып.1 1969. 190 с.Вып.2 1974. 177 с.Вып.3 1980. 156 с.
- Сергеев,А.А.Очерки по истории авиационной медицины.- М.-Л.:Изд-во АН СССР,1962.-300 с.
- Сергеев,А.А.Патофизиология перегрузок:Библиогр.указ.отеч.лит.-Л.,Наука,Ле-нингр.отд-ние,1978.-80 с.
- Сергеев,А.А.Физиологические механизмы действия ускорений.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1967.-392 с.
- Сигнальная наследственность Михаила Ефимовича Лобашева: ученики и дети / сост. И. А. Захаров-Гезехус, [Е. В. Савватеева-Попова]. – М.: КнигИздат, 2020. – 214 с., [10] с. фото. – Библиогр. в тексте и на с. 14.
- Синергетический эффект деятельности научных секций Дома ученых им. М. Горького РАН: история и современность: (к 100-летию создания) / И. И. Елисеева, А. Л. Дмитриев, …, А. Д. Ноздрачев [и др.]. – СПб : Реноме, 2020. – 424 с.
- Синяя,М.С.,Силаков,В.Л.Пластичность висцерального анализатора.-Л.:Наука, Ленингр.отд-ние,1990.-151 с.
- Скворцова,А.А.,Хренов,И.И.Техника исследования кровообращения,газоэнергетического обмена и легочного дыхания у сельскохозяйственных животных:Практич.руководство.- М.-Л.:Изд-во АН СССР,1961.-84 с.
- Скородок,Л.М.,Савченко,О.Н.,Коган,М.Е.Разработка и применение функциональной пробы тестикул при некоторых формах нарушения половой дифференцировки и гипогонадизма у мальчиков.-Л.:Изд-во МЗ РСФСР,1979.-10 с.
- Слоним,А.Д.Инстинкт загадки врожденного поведения организмов.-Л.:Наука, Ленингр.отд-ние,1967.-160 с.
- Слоним,А.Д.О физиологических механизмах природных адаптаций животных и человека.-М.-Л.:Наука,1964.-64 с.
- Слоним,А.Д.Основы общей экологической физиологии млекопитающих.-М.-Л.:Изд-во АН СССР,1961.-432 с.
- Слоним,А.Д.Среда и поведение:Формирование адаптивного поведения.-Л.:Наука, Ленингр.отд-ние,1976.-211 с.
- Слоним,А.Д.Физиология терморегуляции и термической адаптации у сельскохозяйственных животных.-М.-Л.:Наука,1966.-146 с.
- Слоним,А.Д.Частная экологическая физиология млекопитающих.-М.-Л.:Изд-во АН СССР,1962.-498 с.
- Слоним,А.Д.Эволюция регуляции тепла и обмена веществ в животном организме.-Фрунзе:Илим,1983.-75 с.
- Слоним,А.Д.Эволюция терморегуляции.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1986.-76 с.
- Слоним,А.Д.Экологическая физиология животных:Учеб.пособие для студентов биол.специальностей ун-тов.-М.:Высшая школа,1971.-448 с.
- Смирнов,К.В.,Уголев,А.М.Космическая гастроэнтерология.-М.:Наука,1981.-278 с.
- Соколова, М. Г. Морфо-физиологическое исследование компенсаторно-приспособительного процесса у больных спинальной мышечной атрофией 2 типа в условиях экспериментального моделирования в органотипической культуре ткани / М. Г. Соколова, В. А. Пеннияйнен, А. В. Кипенко, Е. В. Лопатина [Гл.6] // Морфологические основы патологии. – Новосибирск, 2015. – С. 119-135.
- Соловьев,А.В.Новые данные о секреторной функции желудка и поджелудочной железы.-М.-Л.:Изд-во АН СССР,1959.-156 с.
- Соломатин, В. Ф.Опыты прикладной философии: Физическое, психическое, высшая нервная деятельность, нейронные сети, информация.- СПб.: Лема, 2004. – 56 с.
- Сотников О.С. Синтициальная цитоплазматическая связь и слияние нейронов. – СПб.: Наука, 2013. – 202 с.: ил. – (Ин-т физиологии им.И.П.Павлова РАН)
- Сотников, О. С. Объединенная нейронно-ретикулярная теория / О. С. Сотников; РАН, Ин-т физиологии им. И. П. Павлова. – СПб.: Наука, 2019. – 239 с.: ил.
- Сотников, О. С. Тайны живой аксоплазмы / О. С. Сотников. – СПб: Наука, 2016. – 132 с.: ил. – (РАН. Ин-т физиологии им. И. П. Павлова).
- Сотников, Олег Семенович Статика и структурная кинетика живых асинаптических дендритов. – СПб.: Наука, 2008. – 397 с.: ил.- (Рос. акад. наук. Ин-т физиологии им. И.П. Павлова).
- Сотников,О.С.Динамика структуры живого нейрона.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1985.- 160 с.
- Сотников,О.С.Функциональная морфология живого мякотного волокна.-Л.:Наука, Ленингр.отд-ние,1976.-99 с.
- Сперанская,Е.Н.Вопросы физиологии вегетативного отдела нервной системы.-М.-Л.:Изд-во АН СССР,1961.-215 с.
- Стереозрение человека и стереотехнологии: методическое пособие: [коллективная монография] / под ред. Г. И. Рожковой. – М.: ООО «КУНА», 2022. – 199 с.: ил. – Авт. указаны на обороте тит. л. и на с. 163-165. – Библиогр. в конце частей. (Ч. II.2. Рожкова Г. И., Алексеенко С. В. Зрительный дискомфорт при восприятии стереоскопических изображений как следствие непривычного распределения нагрузки на различные механизмы зрительной системы. – С. 54-63; Ч. II.5 Рожкова Г. И., Алексеенко С. В. Свидетельства использования карт глубины в системе пространственного зрения человека. – С. 79-87).
- Столетний юбилей Физиологического общества имени И. П. Павлова Российской академии наук / А. Д. Ноздрачев, Е. Л. Поляков, Е. П. Вовенко, И. Э. Есауленко. – М. : Изд-во «Научная книга», 2017. – 332 с. : ил.
- Столярова, Э. И. Формирование двигательных и коммуникативных навыков детей раннего возраста с синдромом Дауна / Э. И. Столярова, Е. В. Шамро. – СПб. : [Изд-во «ЛЕМА»], 2018. – 101 с.
- Строев, С. А., Самойлов, М. О. Эндогенные антиоксиданты и гипоксическая толерантность мозга. – СПб.: Ин-т физиологии им. И.П. Павлова, 2006. – 145 с.: ил. — (РАН. Ин-т физиологии им. И.П. Павлова).
- Структурные превращения нейрона при раздражающих воздействиях /В.Н.Майоров, А.А.Алиев,В.П.Бабминдра и др. -Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1989.-166 с.
- Суворов,Н.Ф., Суворов,В.В.Адренергические системы и поведение.-Л.:Наука,Ленингр. отд-ние,1978.-48 с.
- Суворов,Н.Ф., Суворов,В.В.Холинореактивная система базальных ганглиев и условнорефлекторная деятельность.- Л.:Наука, Ленингр. отд-ние, 1975.-96 с.
- Суворов,Н.Ф., Таиров,О.П.Психофизиологические механизмы избирательного внимания.-Л.:Нака, Ленингр. отд-ние,1985.-286 с.
- Суворов,Н.Ф.Стриарная система и поведение.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние, 1980. -280 с.
- Суворов,Н.Ф.Центральные механизмы сосудистых нарушений.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1967. — 244 с.
- Счастный,А.И.Сложные формы поведения антропоидов:Физиологическое изучение «произвольной деятельности» шимпанзе.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние, 1972. -185 с.
- Сыренский,В.И., Кузнецова,Т.Г.Рефлекс цели у приматов.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние, 1990.-115 с.
- Сыренский,В.И.Механизмы саморегуляции головного мозга.-Л.:Медицина, Ленингр. отд-ние, 1970.-143 с.
- Сыренский,В.И.Физиологический анализ некоторых форм поведения животного в условиях,близких к естественным.-Л.:Медицина, 1967.-203 с.
- Талибов, А. Х. Функциональная кардиология в спорте / А. Х. Талибов, А. Д. Ноздрачев, П. Д. Шабанов. – СПб. : [Арт-экспресс], 2020. – 240 с.
- Таранова, Н.П.Липиды центральной нервной системы при повреждающих воздействиях.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1988.-157 с.
- Теплов,С.И.Кровоснабжение и функция органов.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1987.-125 с.
- Теплов,С.И.Нейрогенная регуляция кровоснабжения сердца и головного мозга.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние, 1980.-131 с.
- Теплов,С.И.Нервная и гормональная регуляция коронарного кровообращения.-Л.:Мед-гиз, Ленинг. отд-ние,1962.-144 с.
- Толкунов, Ю.А., Марков, А.Г.Физиология альвеолы молочной железы. – СПб.: Наука, 2005. – 219 с. – (РАН. Ин-т физиологии им. И.П.Павлова)
- Толмачев Р.А., Поляков Е.Л., Тихонюк И.И. Каталог знаков по медицине и биологии: Конгрессы, съезды, конференции, симпозиумы и другие форумы : Кн.2 Дополнение – М.: ВНИИгеосистем, 2013. – 74 с., ил.
- Толмачев, Р. А. Академические, юбилейные, памятные знаки. Учебные заведения. Медицина. Биология. Ветеринария. (СССР, Россия, СНГ, другие страны): каталог / Р. А. Толмачев, Е. Л. Поляков, И. И. Тихонюк. – М. : ВНИИгеосистем, 2016. – 280 с., ил.
- Тонких,А.В.Гипоталамо-гипофизарная область и регуляция физиологических функций организма.-Изд. 2-е, испр. и доп.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1968.-330 с.
- Транскраниальная электростимуляция: Экспериментально-клинические исследования: Сб. статей /Под ред. В.П.Лебедева. СПб.:[Б.и. ],- (РАН. Ин-т физиологии им.И.П.Павлова. Центр транскраниальной стимуляции) Т.1. 1998. 527 с. Т.2. 2003. 528 с.
- Трошихин,Г.В.Организм в гелио-кислородной среде.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1989.- 157 с.
- Трубицына,Г.А.Потоотделение у человека в покое и при мышечной деятельности.- Л.:Наука, Ленингр. отд-ние, 1968.-73 с.
- ТЭС-терапия в акушерстве и гинекологии:Учеб. пособие.- Изд.4-е, испр. и доп./ В.Н.Кустаров, Н.А.Жаркин,А.С.Попов, В.П.Лебедев и др.-СПб.-Волгоград:[Б.и.], 2006. -39 с.-(Последипломное медицинское образование).
- ТЭС-терапия в гастроэнтерологии:Учеб. пособие.- Изд.2-е, испр. и доп./ Е.И.Ткаченко, Д.Н.Емельянов, С.П.Нечипоренко, В.Г.Радченко,С.В.Рычкова, В.П.Лебедев и др.-СПб. : [Б.и.], 2006. -32 с. .-(Последипломное медицинское образование).
- ТЭС-терапия в наркологии: Методич. рекомендации/А.Я.Гриненко, Е.М.Крупицкий, А.М.Бураков, В.П.Лебедев и др. – СПб. :[Б.и.], 2006.- 36 с. .-(Последипломное медицинское образование).
- Уголев, А.М.Физиология и патология пристеночного (контактного) пищеварения.-Л.: Наука, Ленингр. отд-ние,1967.-230 с.
- Уголев,А.М., Кузьмина,В.В.Пищеварительные процессы и адаптация у рыб.-СПб.: Гидрометеоиздат, 1993.-238 с.
- Уголев,А.М., Радбиль,О.С.Гормоны пищеварительной системы:Физиология, патология, теория функционал. блоков.-М.:Наука,1995.-283 с.
- Уголев,А.М.Естественные технологии биологических систем.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1987.-317 с.
- Уголев,А.М.Мембранное пищеварение:Полисубстратные процессы, организация и регуляция.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1972.-358 с.
- Уголев,А.М.Пищеварение и его приспособительная эволюция.-М.:Высшая школа,1961.-306 с.
- Уголев,А.М.Пристеночное (контактное) пищеварение.-М.;Л.:Изд-во АН СССР,1963. -170 с.
- Уголев,А.М.Теория адекватного питания и трофология.-СПб.:Наука, Петербург.отд-ние,1991.-271 с.
- Уголев,А.М.Эволюция пищеварения и принципы эволюции функций:Элементы соврем.функционализма.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние, 1985.-544 с.
- Уголев,А.М.Энтериновапя (кишечная гормональная) система.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1978.-315 с.
- Уждавини,Э.Р., Шепелева,В.К.Очерки развития врожденного поведения.-М.;Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1966.-120 с.
- Уфлянд,Ю.М.,Ланге,К.А.Очерк развития физиологической науки в СССР:По материалам съездов Всесоюз.физиол.о-ва им.И.П.Павлова.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние, 1978.-195 с.
- Физиология гормональной рецепции/В.Г.Шаляпина,Н.А.Арутюнян, В.Н.Бабичев и др.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1986.-231 с.
- Физиология и патология климактерия женщины / В. Г. Баранов, М. Г. Арсеньева, А. М. Раскин, Я. Д. Рафальский, О. Н. Савченко, Г. С. Степанов / под ред. В.Г. Баранова ; Акад. мед. наук СССР. – Л. : Медицина, 1965. – 270 с. : ил.
- Физические методы лечения в пульмонологии / Л.М. Клячкин, А.Г. Малявин, Г.Н. Пономаренко, В.О. Самойлов. — СПб. : [б. и.], 1997. — 316 с. : ил.
- Филаретов,А.А.,Подвигина,Т.Т.,Филаретова,Л.П.Адаптация как функция гипофизарно-адренокортикальной системы.-СПб.:Наука, Петербург. отд-ние,1994.-131 с.
- Филаретов,А.А.Нервная регуляция гипофизарно-адренокортикальной системы.-Л.:Наука,Ленингр. отд-ние,1979.-144 с.
- Филаретов,А.А.Принципы и механизмы регуляции гипофизарно-адренокортикальной системы.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1987.-165 с.
- Филиппова Л.А., Ноздрачев А.Д. Висцеральные афференты. СПб.: Информ-Навигатор, 2011. – 415 с.: ил. – (РАН. Ин-т физиологии им.И . П . Павлова ).
- Филиппова, Л. В., Ноздрачев, А. Д. Интероцепция и нейроиммунные взаимодействия.-СПб.: Наука, 2007. — 295 с.: ил.-(РАН. Ин-т физиологии им.И.П.Павлова).
- Фирсов Л. А. По ухабистым дорогам науки: записки приматолога. – С.-Петербург : [б. и.], 2007. — 253,. ; ил.
- Фирсов,Л.А., Плотников,В.Ю.Голосовое поведение антропоидов.-Л.:Наука, Ленигр. отд-ние,1981.-72 с.
- Фирсов,Л.А.И.П.Павлов и экспериментальная приматология.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1982.-155 с.
- Фирсов,Л.А.Память у антропоидов.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние, 1972.-231 с.
- Фирсов,Л.А.Поведение антропоидов в природных условиях.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1977.-162 с.
- Фирсов,Л.А.Физиологическое изучение голосовых реакций у высших и низших обезьян.-М.:Наука,1964.-10 с.
- Хабарова,А.Я.Аффрентная иннервация сердца.-М.:Изд-во АН СССР,1961.-189 с.
- Хабарова,А.Я.Иннервация сердца и коронарных сосудов.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние, 1975.-167 с.
- Хавинсон В. Х. Молекулярные основы пептидергической регуляции старения = Molecular bases of peptidergic regulation of aging. — СПб : Наука, 2011. — 172 с. : ил. – (Рос. акад. наук, Ин-т физиологии им. И. П. Павлова, Геронтол. о-во).
- Хавинсон В. Х. Пептидная регуляция старения.— СПб: Наука, 2009.— 50 с.
- Хавинсон В.Х., Морозов В.Г. Пептиды эпифиза и тимуса в регуляции старения. — СПб.: Фолиант, 2001. 159 с.- (РАН. Геронтол. о-во…)
- Хавинсон, В. Х. Молекулярно-клеточные механизмы пептидной регуляции функций мозга / В. Х. Хавинсон, Р. С. Умнов, Н. С. Линькова, А. В. Арутюнян ; Рос. акад. наук, Ин-т физиологии им. И. П. Павлова [и др.]. – Москва : Наука. – 2018. – 222 с.
- Хавинсон, В. Х. Пептидные геропротекторы — эпигенетические регуляторы физиологических функций организма : В. Х. Хавинсон, Б. И. Кузник, Г. А. Рыжак ; Российская акад. наук, Ин-т физиологии им. И. П. Павлова, Геронтологическое о-во [и др.]. – Санкт-Петербург : Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена, 2014. – 271 с. : цв. ил., граф., диагр., портр.Х
- Хавинсон, В. Х. Пептиды, геном, старение / В. Х. Хавинсон. – М. : РАН, 2020. – 58 с.
- Хавинсон, В. Секреты долгой жизни. / В. Хавинсон, С. Трофимова. – Москва : Эксмо, 2020. – 192 с.
- Хавинсон, В. Х. Уникальная технология восстановления функции пораженной сетчатки глаза при различных заболеваниях / В. Х. Хавинсон, В. В. Нероев, С. В. Трофимова и др. – СПб. : [Б. и.], 2011. – 25 с.
- Хавинсон, В. Х. Что мешает нам жить до 100 лет? : [беседы о долголетии] / В. Х. Хавинсон, С. Трофимова. – Москва : Э, 2018. – 222,[1] c.
- Холинергические механизмы регуляции висцеральных функций / [Н. Н. Беллер, В. К. Болондинский, И. И. Бусыгина, Е. М. Матросова, О. Г. Ониско, В. А. Пастухов, Ю. П. Пушкарев; отв. ред. Н. Ф. Суворов]; АН СССР. Ин-т физиологии им. И. П. Павлова. — Л.: Наука, Ленингр. отд-ние, 1986. — 136с.
- Чалисова, Наталья Иосифовна и др. Нейроиммуноэндокринные механизмы действия пептидов и аминокислот в тканевых культурах/ Н.И.Чалисова, И.В. Князькин, И.М. Кветной. — СПб.: Изд-во ДЕАН, 2005. – 125 с.-(Науч.серия «Молекулярная нейроиммуноэндокринология»).
- Чередниченко,Л.К.Физиологическая калориметрия.-М.;Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1965. -136 с.
- Черниговская,Н.В.,Мовсесянц,С.А.,Тимофеева,А.Н.Клиническое значение адаптивного биоуправления.-Л.:Медицина,Ленингр.отд-ние,1982.-125 с.
- Черниговский В.Н.Нейрофизиологический анализ кортико-висцеральной рефлекторной дуги:(Представительство внутр. органов в коре головного мозга.)-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1967.-110 с.
- Черниговский, В. Н. Вопросы нервной регуляции системы крови / В. Н. Черниговский, А. Я. Ярошевский. — М. : Медгиз, 1953. — 223 с.
- Черниговский, В. Н. Избранные труды: К 100-летию со дня рождения /Ред. А.Д. Ноздрачев и др. – СПб.: Наука, 2007. – 574 с.: ил. – (РАН. Науч. совет Программы фундамент. исследований Президиума РАН «Издание трудов выдающихся ученых». Сер. «Памятники отечественной науки. XX век»).
- Черниговский, В. Н. Регуляция эритропоэза / В. Н. Черниговский, С. Ю. Шехтер, А. Я. Ярошевский ; АН СССР, Объедин. науч. совет «Физиология человека и животных». — Л. : Наука, Ленингр. отд-ние, 1967. — 101 с. : ил.
- Черниговский,В.Н. Значение интероцептивной сигнализации в пищевом поведении животных:Доклад на ежегодном заседании Ученого совета, посвящ. Памяти акад.К.М.Быкова.-М.;Л.:Изд-во АН СССР,1962.-54 с.
- Черниговский,В.Н. Интероцепторы.-М.:Медгиз,1960.-659 С.
- Черниговский,В.Н.Интероцепция.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1985.-413 с.
- Чернышева, М. П. , Ноздрачев, А. Д. Гормональный фактор пространства и времени внутренней среды организма.- СПб.:Наука, 2006. -245 с.
- Чуйкин, А.Е. Общая биология: Пособие для поступающих на биол. и мед. факультеты университетов. – СПб.: Политехника, 2004. – 672 с.: ил.
- Чурина С. К. Особенности патогенеза ишемической болезни сердца у женщин молодого и среднего возраста. – Л. : Наука, 1983 . – 134 с. : рис., табл. – ( АН СССР, Ин-т физиологии им. И. П. Павлова).
- Шаляпина,В.Г.,Ракицкая,В.В.,Абрамченко,В.В.Адренергическая иинервация матки.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1988.-142 с.
- Шаповалова, К. Б. Неостриатум и регуляция произвольного движения / К. Б. Шаповалова. – СПб. : Наука, 2015. – 155 с.: ил.
- Шаповалова, К.Б.Роль корковых и подкорковых структур в сенсомоторной интеграции.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1978.-182 с.
- Швалев,В.Н.Иннервация почек.-М.;Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1965.-179 с.
- Шелепин, Ю. Е. Введение в нейроиконику / Ю. Е. Шелепин. – СПб.: [ИТК Троицкий мост], 2017. – 350 с.: ил.
- Шелепин, Ю. Е., Фокин, В. А., Хараузов, А. К., Фореман, Н., Пронин, С. В., Вахрамеева, О. А., Чихман, В. Н. Где и как во фронтальной коре осуществляется принятие решений о форме изображений? [Гл. 30] // Современная экспериментальная психология: В 2 т. – М.: Изд-во «Институт психологии РАН», 2011. – Т. 1. – С. 529-549.
- Шелепин, Ю. Е., Чихман, В. Н., Пронин, С. В., Фореман, Н. Локальный и глобальный анализ в зрительной системе [Гл.15] // Современная психофизика. — М. : Изд-во «Институт психологии РАН» , 2009. — С. 310-335
- Шелепин,Ю.Е.,Колесникова,Л.Н.,Левкович,Ю.И.Визоконтрастометрия:Измерение пространств.передаточ.функций зрит.системы.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1985.-103 с.
- Шошина, И. И. Механизмы глобального и локального анализа зрительной информации при шизофрении / И. И. Шошина, Ю. Е. Шелепин; Институт физиологии им. И. П. Павлова Российской академии наук. – Санкт-Петербург: ВВМ, 2016. – 299 с.: ил.
- Штейнгарт,К.М.Формирование вегетативных и двигательных рефлексов у детей.-Л.:Наука, Ленингр.отд-ние,1976.-110 с.
- Шуваев В.Т.Базальные ганглии и поведение/ В.Т.Шуваев, Н.Ф.Суворов; РАН,Отд-ние физиологии им.И.П.Павлова.- СПб:Наука,2001.-277 с.
- Шустин,Н.А.Системная деятельность мозга:(Эксперим. исслед.).-Л.:Наука, Ленингр.отд-ние,1980.-104 с.
- Шустин,Н.А.Физиология лобных долей мозга:Экспериментальное исследование.-Л.:Медгиз,Ленингр. отд-ние,1959.-223 с.
- Экспериментальный сахарный диабет.Роль в клинической диабетологии /В.Г.Баранов,И.М.Соколоверова,Э.Г.Гаспарян и др.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1983.-237 с.
- Эндокринология репродукции / [Н. А. Арутюнян, И. А. Баранникова, А. А. Боев и др.; Отв. ред. В. Г. Шаляпина]; АН СССР, Ин-т физиологии им. И. П. Павлова. — СПб. : Наука : С.-Петербург. отд-ние, 1991. — 189,[2] с. : ил.
- Янковская, Циля Львовна (1901-1996). Ровесница века: воспоминания Ц. Л. Янковской / Ц. Л. Янковская ; публикация Татьяны Янковской. — Санкт-Петербург : Наука, 2018. — 207 с., [14] л. фото.
- Ярошевский,А.Я., Жаворонкова,Е.К.Почки и свертываемость крови.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1972.-175 с.
- Ярошевский,А.Я.Эндогенные стимуляторы кровообращения:(Эритропоэтины).-М.;Л.:Изд-во АН СССР, Ленингр. отд-ние,1963.-101 с.
Монографии на иностр. языках, вышедшие в отечественных издательствах
- Albertin, S. V. Neurophysiological mechanisms of goal-directed behavior: from reaching to navigation / S. V. Albertin ; edited by V. A. Otellin ; reviewers: D. G. Semenov, A. T. Grechko ; Russian academy of sciences, Pavlov institute of physiology. — St.-Petersburg : «Politehnika-Servis», 2021. — 183 с. : ил., табл. — Библиогр.: Ref.: с. 152-180.
- Langue, K.A. Physiological sciences in Russia (19-20 centuries): Studies on history.- St. Petersburg : I.P.Pavlov physiological society,1997.-144 c.- (Russian academy of sciences. Physiology department. I.P.Pavlov physiological society).
- Neural networks and neurotechnologies : [the IEEE int. conf. “Video and audio signal processing in the context of neurotechnologies”, May 27 — May 31, 2019 at I. P. Pavlov’s institute of physiology, St. Petersburg, Russia] / [editors : Yuri Shelepin, Elena Ogorodnikova, Nikita Solovyev, Elena Yakimova] ; Pavlov institute of physiology Russian academy of sciences [etc.]. – St. Petersburg : [VVM Publishing], 2019. – 294 с. – Авт. указаны на обороте тит. л. и на с. 291-294. (Ch. 2. Bondarko V. M. Development of spatial frequency filters in ontogenesis. – C. 16-21 ; Ch. 3. Bondarko V. M., Solnushkin S. D., Chikhman V. N. Can image statistics explain anomalous perception of length? – C. 22-26 ; Ch. 4. Danilichev S. N., Shelepin Yu. E., Pronin S. V. Comparison of the cosmonauts and the pilots visual system status after gravitational loads. – C. 27-31 ; Ch. 7. Shelepin E. Y., Skuratova K. A. Dyslexia assessment model using the eye-tracker technique investigations. – C. 43-48 ; Ch. 8. Shchemeleva O. V., Zhukova O. V., Vasiljev P. P. Shelepin Y. E., Moiseenko G. A. Investigation of the EEG variations during verbal and non-verbal communication during the dialogue. – C. 49-51 ; Ch. 11. Harauzov A. K., Varovin I. A., Ivanova L. E., Podvigina D. N. Comparative analysis of event related potentials in monkeys and humans. – C. 66-71 ; Ch. 12. Ivanova L. E., Podvigina D. N., Varovin I. A., Harauzov A. K. Electrophysiological indices of emotional arousal in monkeys. – C. 72-74 ; Ch. 13. Merkulyeva N. S., Michalkin A. A. SMI-32 labeling in the perigeniculate nucleus. – C. 75-79 ; Ch. 14. Moiseenko G. A., Pronin S. V. Neurophysiological mechanisms of images classification invariant to their size. – C. 80-84 ; Ch. 15. Shepeleva I. P. A comparative analysis of the camera-like eyes of gastropod mollusks and humans. – C. 85-92 ; Ch. 16. Varovin I. A., Ivanova L. E., Podvigina D. N., Harauzov A. K. Development of non-invasive methods of primates’ head fixation based on computed tomography data. – C. 93-97 ; Ch. 22. Boiko A. A. Learning video-sequence enhancement with synthetic and real data. – C. 181-186 ; Ch. 23. Malashin D. O., Malashin R. O. Efficient hardware implementation of neural networks. – C. 187-192 ; Ch. 24. Titarenko M. A., Malashin R. O. Image enhancement with the use of object features. – C. 193-197 ; Ch. 26. Zhukova O. V., Malakhova K. Yu, Shelepin Yu. E. Gioconda’s smile – from biological to artificial neural networks. – C. 204-210 ; Ch. 30. Koroleva I. V., Ogorodnikova E. A. Modern achievements in cochlear and brainstem auditory implantation. – C. 231-248 ; Ch. 34. Murav’eva S. V., Shelepin Yu. E. Violation of visual information processing in patients with schizophrenia and depression and their correction with the help of cognitive tasks in a virtual environment. – C. 270-274).
- Neurotechnologies: [VI IEEE International conference «Video and audio signal processing in the context of neurotechnologies», November 8 – November 12, 2021 at I. P. Pavlov’s institute of physiology, St.-Petersburg, Russia] / editors: Yuri Shelepin, Svetlana Alekseenko, Narisa Nan Chu ; Pavlov institute of physiology Russian academy of sciences [etc.]. – St.-Petersburg : Publish by VVM, 2021. – 348 с. – Авт. указаны на обороте тит. л. (Ch. 1. Alekseenko S. V. Integrative transformations in direct neuronal connections between cortical areas of different hierarchical levels. – C. 7-20 ; Ch. 4. Bondarko V. M., Danilova M. V., Solnushkin S. D., Chikhman V. N. Image segmentation, size estimation and the model of modules. – C. 50-62 ; Ch. 8. Harauzov A., Ivanova L., Podvigina D. Gamma band brain activity of an awake and sleeping monkey in response to flashes of light. – C. 96-108 ; Ch. 14. Merkulyeva N. Third parallel visual channel. Short review. – C. 168-178 ; Ch. 16. Podvigina D., Ivanova L., Harauzov A. Rhesus monkeys performing cognitive tests in a virtual environment. – C. 194-208 ; Ch. 17. Pronin S. Symmetrical patterns in natural images. – C. 209-219 ; Ch. 21. Shelepin Yu. E., Murav’eva S. V., Lebedev V. S., Vasiliev P. P., Shelepin E. Yu., Alekseenko S. V. i-Pavlovian technology of “Cognitive rehabilitation”. – С. 248-263 ; Ch. 22. Skuratova K., Shelepin E., Naumova D., Kosyakova A. Eye tracking as a screening tool for affective and stress-related disorders. – C. 264-270 ; Ch. 23. Solovyev N. A., Moiseenko G. A. Neurophilosophy of inner silence. – C. 271-286 ; Ch. 27. Zhukova O. V., Pronin S. V., Shelepin E. Yu., Vasiliev P. P., Lebedev V. S., Moiseenko G., A., Morozov S. A., Shelepin Yu. E. Neurotechnology for investigation of non-verbal communication between Russians and Chinese, native speakers of different languages. – C. 320-347).
-
Pavlov Institute of Physiology of the Russian Academy of Sciences / E. P. Vovenko (foto); V. A. Tsvetkova (design). – [St. Petersburg : Pavlov Institute of Physiology of the Russian Academy of Sciences, 2005]. – 68 c. : ил.
-
Samoilov V.O. Peter the first and the Russian medicine: The greeting speech dedicated to the 300th anniversary of the Burdenko main military clinical hospital. – M., Burdenko main military clin.hosp.,2008. – 27с.: ил.
Монографии и главы из сборников в зарубежных издательствах
- Akoev,G.N.,Alekseev,N.P.,Krylov,B.V. Mechanoreceptors: Their functional organization.- Berlin etc.:Springer,1988.- 197 p.
- Akoev,G.N.,Andrianov, G.N. Sensory hair cells:Synaptic transmission.-Berlin etc.: Springer,1993.-194 p.
- Albertin S.V. The Neostriatum: Neurophysiology and Behavior / Suvorov N.F., Albertin S.V., Voilokova N.L. // Harwood Academic Publishers GmbH., Sov. Sci. Review., Physiol. Gen. Biol., F., 1988, vol. 2: 597-677 (printed in the United Kingdom).
- Albertin S.V Spatial and behavioral correlates in nucleus accumbens neurons in zones receiving hippocampal or prefrontal cortical inputs / Wiener S.I., Shibata R., Tabuchi E., Trullier O., Albertin S.V., Mulder A.B. // In: Cognition and Emotion in the Brain (Editors:T. Ono, G. Matsumoto, R.R. Llinas et al.), Part 2: Limbic System. Memory and Cognition. Elsevier, Amsterdam, 2003, vo1. 1250: 275-292.
- Aloisi, A. M. Gender differences in pain since birth / A. M. Aloisi, I. Butkevich, S. Pieretti // Neonatal pain. Suffering, pain, and risk of brain. Damage in the fetus and newborn / ed.: G. Buonocore, C. V. Bellieni. – 2nd ed. – [Б. м.]: Springer, 2017. – Pt. 1. – P. 3-10.
- Altman, Jacob A. Sound localization : neurophysiological mechanisms. — Chicago : Beltone Institute for hearing research, 1978. — 189 p. – (Translations of the Beltone Institute for hearing res.; № 30).
- Butkevich, I. P. Pain sensitivity during ontogeny and long-term effects of prenatal noxious events / I. P. Butkevich, V. A. Mikhailenko, L. I. Khozhai, V. A. Otellin // Perinatal programming. Early life determinants of adult health and disease / ed. by D. M. Hodgson, C. L. Coe. – London; New York : Taylor & Francis, 2006. – Ch. 16. – P. 211-222.
- Chernigovskiy, V.N. Interoceptors. — Washington : Amer. Psychol. Assoc., 1967. – 804 c.: ил .-(Russian monographs on brain and behavior; 4).
- Edgerton, V. R. Basic concepts underlying activity- dependent mechanisms in the rehabilitation of sensory-motor function after spinal cord injury / V. R. Edgerton, Y. Gerasimenko, P. Gad, D. Sayenko // Spinal cord medicine / ed.: S. Kirshblum, V. W. Lin. – 3rd ed. – New York : Demos med. publ. : an imprint of Springer publ., [2019]. – Ch. 54. – P. 897-911.
- Fedotova, J. Behavioral effects of vitamin D3 at estrogen deficiency in females of different age [Электронный ресурс] / J. Fedotova // Fads and facts about vitamin D. – [London] : IntechOpen, 2018. – P. [1-25]. DOI: 10.5772/intechopen.82596.
- Filaretova L.P.,Bagaeva T.R.,Morozova O.Yu,Mayzina M.A.Corticotropin-releasing factor may protect the gastric mucosa in stress through involvement of glucocorticoids//Cell/tissue injury and cytoprotection/organoprotection in the gastrointestinal tract : mechanisms, prevention and treatment / Volume ed. L.P. Filaretova, K. Takeuchi. – Basel etc. : Karger, 2012. – P. 124-133. — (Frontiers of gastrointestinal research. Vol. 30)
- Fong, A. J. Recovery of control of posture and locomotion after a spinal cord injury: solutions staring us in the face / A. J. Fong, R. R. Roy, R. M. Ichiyama, I. Lavrov, G. Courtine, Y. Gerasimenko et al. // Neurotherapy: progress in restorative neuroscience and neurology: proc. of the 25th International summer school of brain research, held at the Royal Netherlands academy of arts and sciences (Amsterdam, the Netherlands, August 25–28, 2008) / ed.: J. Verhaagen et al. – Amsterdam [etc.]: Elsevier, 2009. – P. 393-418. – (Prog. brain res.; vol. 175).
- Gad, P. Electrophysiological mapping of rat sensorimotor lumbosacral spinal networks after complete paralysis / P. Gad, R. R. Roy, J. Choe, H. Zhong, M. S. Nandra, Y. C. Tai, Y. Gerasimenko, V. R. Edgerton // Sensorimotor rehabilitation: at the crossroads of basic and clinical sciences / ed.: N. Dancause, S. Nadeau, S. Rossignol. — Amsterdam [etc.]: Elsevier, 2015. – Ch. 9. – P. 199-212. – (Prog. brain res.; vol. 218). – DOI 10.1016/bs.pbr.2015.01.005.
- Gagarina, N. How oral texts are organized in monolingual and heritage Russian: Evidence from six countries [Электронный ресурс] / N. Gagarina, S. Fichman, E. Galkina et al. // Language impairment in multilingual settings. LITMUS in action across Europe / ed. S. Armon-Lotem, K. K. Grohmann. – [Amsterdam]: John Benjamins, 2021. – [Ch. 2]. – P. 47–76. – (Trends in language acquisition research; 2021, vol. 29). – DOI https://doi.org/10.1075/tilar.29.02gag.
- Glezer,V.D. Vision and mind:Modeling mental functions.-Mahwah,Hove:Lawrence Erlbaumassoc. publ.,1995.-274 p.
- Ivanov, K. P. Resuscitation of overcooled mammals without rewarming / Kirill P. Ivanov // Resuscitation aspects / ed. by Theodoros Aslanidis. – Rijeka : InTech, 2017. – Ch. 9. – P. 149-160.
- Khavinson V.Kh., Malinin V.V. Gerontological aspects of genome peptide regulation.- Basel : Karger , 2005. —104 p.
- Khavinson, V. Peptides in the epigenetic control of ageing : discoveries and prospects / V. Khavinson, P. Micans, A. Maryanovich. — Dunstable : Profound Health Ltd., 2017. – 116 p.
- Khavinson, V. Short peptides regulate gene expression, protein synthesis and enhance life span / V. Khavinson, I. Popovich // Anti-aging drugs: from basic research to clinical practice / ed. by A. M. Vaiserman. – [Cambridge] : Royal soc. of chemistry, 2017. – Ch. 20. – P. 496-513. – (RSC Drug discovery ser.; N 57).
- Koshkina, A. Vitamin D3 modulates NF-kB/p65, 17 beta-estradiol, and vitamin D receptors expression at estrogen deficiency / A. Koshkina, O. Volkova, J. Fedotova // Vitamin D deficiency / ed. by J. Fedotova. – London : INTECHOPEN, 2020. – Ch. 8. – P. 153-174. – DOI 10.5772/intechopen.89357.
- Krylov, B. V. New non-opioid analgesics: understanding molecular mechanisms on the basis of patch-clamp and quantum-chemical studies / B. V. Krylov, I. V. Rogachevskii, T. N. Shelykh, V. B. Plakhova. – Sharjah : Bentham sci. publ., 2017. – 203 p. — (Frontiers in pain sci. ; Vol. 1). DOI: 10.2174/97816080593001170101
- Malashin, R. O. Core algorithm for structural verification of keypoint matches / R. O. Malashin // Computer vision in control systems-3: aerial and satellite image processing / ed. by M. N. Favorskaya, L. C. Jain. – Berlin: Springer, 2018. – Ch. 9. – P. 251-286. – (Intelligent systems reference library; Vol. 135).
- Segizbaeva, M. O. Respiratory muscle strength and ventilatory function outcome: differences between trained athletes and healthy untrained persons / M. O. Segizbaeva, N. P. Aleksandrova // Medical and biomedical updates / ed. by M. Pokorski. – Cham: Springer, 2021. – [Ch. 8]. – P. 89-97. – ( Adv. exp. med. biol. Clin. exp. biomed; 2021, vol. 1289). – DOI 10.1007/5584_2020_554.
- Shapovalova, K. B. Possible mechanism of paticipation of the neostriatum in regulation of voluntary movement. – [Yverdon]: Harwood acad. publ., 1993. – 85 p. – (Physiology and general biology rev.; vol. 6, pt. 3; Soviet sci. rev. / Sect. F).
- Sotnikov O.S. Use of cell culture to prove syncytial connection and fusion of neurons //Biomed. tissue culture. – Rijeka, 2012 — P. 83-113.
- Sotnikov O.S., Kokurina T.N. Water translocation from the axoplasm into the glioplasm during reactive reorganisation of myelinated nerve fibers // Axons: с ell biology, molecular dynamics and roles in neural repair and rehabilitation. – N. Y., 2013. — P.95-186.
- Sotnikov O.S., Vasyagina N. Yu., Sergeeva S.S. Traumatic retraction of living neural processes and its inhibition // Axons: с ell biology, molecular dynamics and roles in neural repair and rehabilitation. – N. Y., 2013. — P.1-94.
- Sotnikov, O. S. Membrane fusion and syncytial neuronal cytoplasmic connection / O. S.Sotnikov, A. A. Laktionova, – Pfaffikon: Trans. tech. Publ., 2016. – 168 p. – (Foundations of materials sci. and engineering; Vol. 92).
- Sotnikov, Oleg. Reticular concept of nervous system physiology / O. Sotnikov. — New York : Nova science publishers, Medicine & health, cop. 2022. — 233 c. — (Neuroscience research progress). — ISBN 978-1-68507-996-3 (в пер.).
- Sotnikov, Oleg Semenovich. Properties live axoplasm / O. S. Sotnikov. – New York : Nova Sci. Publ., 2016. – VIII, 130 c.: ил. – Bibliogr.: с. 109-122. – Ind. : с . 125-130. – (Cell biology res. progr.).
- Stroev S.A. The role of endogenous protein antioxidants in neuronal adaptation to hypobaric hypoxia. — Tampere: Tampere Univ. press, 2013. – 159 c.: ил .
- Suvorov, N. F. The Neostriatum : neurophysiology and behavior / N. F. Suvorov, S. V. Albertin, N. L. Voilokova // [Yverdon] : Harwood acad. publ., 1988. — P. 597-677. — (Physiology and general biology rev.; vol. 2; Soviet sci. rev. / Sect. F).
- Trofimova, S. V. Role of short peptides as an important nutritional element in maintenance of body homeostasis / S. V. Trofimova, V. Kh. Khavinson // Nutrition, food and diet in ageing and longevity / ed.: S. I. S. Rattan, G. Kaur. – Cham, Switzerland: Springer, 2021. – Ch. 23. – P. 491-506. – (Healthy ageing and longevity; vol. 14.). – DOI https://doi.org/10.1007/978-3-030-83017-5_23.
- Ugolev, A. M. Role of digestive enzymes in the permeability of the enterocyte / A. M. Ugolev, N. N. Iezuitova, L. F. Smirnova // Pharmacology of intestinal permeation II. — Berlin; Heidelberg, 1984. — P. 31-117. — (Handbook of Experimental Pharmacology; 70/2).
- Ugolev,A.M. Physiology and pathology of membrane digestion.-New York:Plenum press, 1968.-226 p.
- Vanyushin, B. F. Short biologically active peptides as epigenetic modulators of gene activity / B. F. Vanyushin, V. K. Khavinson // Epigenetics — a different way of looking at genetics. – New York etc., 2016. – P. 69-90. – (Epigenetics and human health) DOI: 10.1007/978-3-319-27186-6_5
- Zelena D.,Morozova O.Yu,Filaretova L.P.Age-dependent role of vasopressin in susceptibility of gastric mucosa to indomethacin-induced injury//Cell/tissue injury and cytoprotection/organoprotection in the gastrointestinal tract : mechanisms, prevention and treatment / Volume ed. L.P. Filaretova, K. Takeuchi. – Basel etc. : Karger, 2012. – P. 219-229. — (Frontiers of gastrointestinal research. Vol. 30)
- Zelena, D. Stress adaptation with special emphasis on gastric erosion: is stress a bad guy or a good guy? / D. Zelena, L. Filaretova // Chronic stress and health / ed. Gary Evans. – [New York: Nova science publishers], 2017. – Ch. 4. – P. 65-88. – (Health psychology research focus).
- Балева-Иванова, К., Сотников, О. С., Иванова, М. Проф. д-р Емилия Запрянова: Живот в науката. – София: Изд-во РИК Симел, 2007. – 214 с.
- Быстрова Е., Панина Л. Пространственно-временная самоорганизация в морфогенезе микромицетов. Экспериментальные данные и теоретические модели.- Saarbrucken : Lambert Acad . publ ., 2010. -120 с.
- Колосов, Н. Г. Inervaţia organelor interne şi a aparatului cardio-vascular / N. G. Kolosov ; Trad. din limba rusă de dr. Sergiu Popov. — Bucureşti : Ed. med., 1955. — 239 с. : ил.
- Кузнецова Т . Г ., Шуваев В . Т ., Кузнецов Д . В . Колтушские шимпанзе : К 80- летию создания антропоидника . – Saarbrucken: Palmarium acad. Publ., 2013. — 159 c: ил .
- Кузник, Б. И. Белки молодости и старости. Белки – маркеры клеточного старения и предсказатели продолжительности жизни / Б. И. Кузник, В. Х. Хавинсон, С. О. Давыдов и др. – Beau Bassin: Palmarium Acad. Publ. – 2017. – 274 c.
- Мойса С.С., Ноздрачев А.Д. Механизмы регуляции обмена кальция и углеводов: Роль кальция в обмене углеводов. — Saarbrucken : Lambert Acad . publ ., 2011. — 328 с.
- Огородникова Е.Л., Балякова А.А. Слуховой сегментный анализ при нарушении слуха, речи и письма : экспериментальное исследование с участием пациентов после кохлеарной имплантации и детей с дисграфией. — Saarbrucken : Lambert Acad . publ ., 2014. — 153 с.
- Павлинова Л., Мокрушин А. Геморрагический инсульт. Механизмы повреждения нейронов и возможность восстановления их активности. — Saarbrucken : Lambert Acad . publ ., 2012. — 280 с.
- Филиппова Л.В., Ноздрачев А.Д. Афферентное звено висцеральной сенсорной системы. Современное состояние проблемы. – Saarbrucken: L ambert Acad . p ubl., 2012. — 574 c.
- Шепелева И. Зрение брюхоногих моллюсков: строение и функции камерных глаз. – Saarbr u cken : LAMBERT Acad . Publ ., 2013. – 88 c .
- Шумилова, Т. Адаптация животных к острой нитритной гипоксии: Механизмы обеспечения кислородного гомеостазиса / Т. Шумилова., В. Шерешков, А. Ноздрачев. — Saarbrucken: Lambert Acad. publ., 2012. — 336 с.
Учебники и руководства, в создании которых принимали участие сотрудники Института
- Александров, В. Г. Лекции по физиологии нервной системы: учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по направлению «050100 — Естественнонаучное образование» / В. Г. Александров ; Российский гос. педагогический ун-т им. А. И. Герцена. — Санкт-Петербург : Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена, 2010. — 127 с. : ил., табл.
- Александров, В. Г. Эволюция. Мозг. Восприятие. Движение : лекции по биологии человека / В. Г. Александров ; Рос. гос. пед. ун-т им. А. И. Герцена. — Санкт-Петербург : Издательство РГПУ, 2014. — 128 с. : ил.
- Альбертин, Сергей Викторович. Стереотаксический метод. Инновационные подходы : (научно-методическое руководство) / С. В. Альбертин ; Российская академия наук, Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН. — Санкт-Петербург : Политехника-Сервис, 2022. — 143 с. : ил., граф., табл. — Библиогр.: с. 129-141.
- Альбертин, С. В. Экспериментальное исследование функций головного мозга : [учеб. пособ.] / С. В. Альбертин; Российская академия наук. Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН. – Санкт-Петербург.: Политехника-Сервис, 2020. – 421 с. : ил.
- Альтман Я.А. Слух // Избранные лекции по современной физиологии. – Казань: Арт-Кафе, 2010. – С.83 – 117
- Аппаратно-программный комплекс для логопедической практики «Speech Assistant» (руководство пользователя и методическое пособие) / Э. И. Столярова, С. Д. Солнушкин, В. Н. Чихман, Н. Ю. Белова; Научно-образоват. центр «Биол. и социальные основы инклюзии» Ин-та физиологии им. И. П. Павлова РАН. – СПб.: Изд-во «Лема», 2020. – 108 с.: ил., табл. – Библиогр.: с. 106-108.
- Апчел, В. Я. Основы возрастной анатомии и физиологии : учебное пособие / В. Я. Апчел, Л. П. Макарова, Е. А. Никитина; Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена. — Санкт-Петербург: Издательство РГПУ им. А. И. Герцена, 2021. — 207 с. : ил.
- Ассистивная система коммуникации «Стерх»: метод. пособ. / [Шелепин К. Ю., Шелепин Е. Ю., Васильев П. П., Балякова А. А.]; Науч.-образоват. центр «Биол. и социальн. основы инклюзии» ФГБУН Ин-та физиологии им. И. П. Павлова РАН [и др.]. — СПб.: Скифия-принт, 2019. — 35 с.: ил.
- Батуев А.С., Кузьмина И.Д., Ноздрачев А.Д .и др.Биология. Человек: Учеб.для 9 кл. общеобразоват. учеб. заведений / Под ред А.С.Батуева. – 4-е изд. – М.: Дрофа, 1998. – 240 с.: ил.
- Бигдай Е. В. Биофизика цитоскелета и биофизические механизмы немышечной подвижности : учеб. пособ. — СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2011. — 152 с.
- Биофизика для инженеров: Учеб.пособ. В 2-х томах / Е.В.Бигдай, С.П.Вихров, Н.В.Гривенная и др. Под ред. С.П. Вихрова, В.О.Самойлова.- М.: Горячая линия-Телеком, 2008. Т.1 Биоэнергетика, биомембранобиология и биологическая электродинамика. 2008. 493 с.: ил.
- Биофизика для инженеров: Учеб.пособ. В 2-х томах / Е.В.Бигдай, С.П.Вихров, Н.В.Гривенная и др. Под ред. С.П. Вихрова, В.О.Самойлова.- М.: Горячая линия-Телеком, 2008. Т.2 Биомеханика, информация и регулирование в живых системах. 2008. 456 с.: ил.
- Биофизика сенсорных систем :Учеб. пособие/ Е.В.Бигдай, В.И.Говардовский, Д.В.Лычанов, В.О.Самойлов; Под ред.В.О.Самойлова. -СПб.:Изд-во С-.Петерб. Политехн. ун-та, 2005. -136 с.: ил.- (Сер. «Биофизика в Поли-техническом университете». Вып.1).
- Биофизика сенсорных систем: Учебн.пособ./ Федеральное агентство по образован.; СПб Гос.политехн.ун-т / Я.А.Альтман и др.; Под ред.Самойлова В.О. – 2-е изд., доп.и перераб.. – СПб.: ИнформМед, 2007. – 287с.: ил. – («Биофизика в Политехническом университете». Вып.1). (Гл.1. Самойлов В.О. Механизмы преобразования информации в рецепторах сесорных систем .-С.10 – 30.; Гл.4. Шелепин Ю.Е. Пространственно-частотные характеристики и острота зрения человека.-С.60-101; Гл.5. Самойлов В.О. Топография рецепторных органов, расположенных в перепончатом лабиринте височной кости.-С.102-103; Гл.6. Самойлов В.О. Биофизика слуха.- С.104-122; Гл.7. Альтман Я.А., Радионова Е.А. Пространственный слух.-С.123-150.;Гл.11. Самойлов В.О., Бигдай Е.В. Биофизика хемосенсорных систем.-С. 227 – 285.).
- Быков, К. М. Учебник физиологии / К. М. Быков, Г. Е. Владимиров, В. Е. Делов, Г. П. Конради, А. Д. Слоним ; под ред. К. М. Быкова. — Изд. 3-е, перераб. и доп. — М. : Медгиз, 1954. — 890, [1] с., [2] л. ил.
- Большой практикум по физиологии человека и животных: Учеб. пособ. для студ. вузов. В 2 т. /Под ред. А.Д.Ноздрачева. – М.:Изд. Центр «Академия»,2007-Т.1.Физиология нервной, мышечной и сенсорных систем/А.Д.Ноздрачев,… Е.Л.Поляков,…Е.В.Бигдай,…Д.А.Жуков,…В.О.Самойлов…- 599 с.:ил. Т.2. Физиология висцеральных систем/ А.Д.Ноздрачев,…, Поляков Е.Л., Багаев В.А.,…, Толкунов Ю.А.,…- 541 с.: ил.
- Вихров, С.П., Бигдай, Е.В., Самойлов В.О. и др. Сенсорные системы организма: Учеб. пособ. — Рязань: Изд-во РГРТА, 2005. — 188 с.
- Грачева, В. В. Основы физиологии почки : учебное пособие / В. В. Грачева, И. В. Карпова, А. Ф. Якимовский. — СПб. : СпецЛит, 2017. — 56 c.
- Грачева, В. В. Физиология возбудимых тканей в опытах : учебное пособие / В. В. Грачева, С. Ю. Крыжановская, А. Ф. Якимовский. — СПб : СпецЛит, 2016. — 31 c.
- Диетология : руководство : [учеб. пособ.] / под ред. А. Ю. Барановского. — 4-е изд. — М. ; СПб. [и др.] : Питер, 2013. — 1022 с. : рис., табл. — (Серия «Спутник врача»). (Гл. 4. Иезуитова Н. Н., Тимофеева А. М. Научные основы питания здорового и больного человека. – С. 111-144.).
- Зачепило, Т. Г. Сцепленное наследование и генетическая рекомбинация: учебное пособие / Т. Г. Зачепило, Е. А. Никитина; Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена. – СПб.: Изд. РГПУ им. А. И. Герцена, 2022. – 119 с.: ил.
- Избранные лекции по современной физиологии. – Казань: Арт-Кафе, 2010. – 330 c . –( Ноздрачев А.Д. Автономная нервная система: некоторые дополнения к основному курсу. С.57 – 82.; Альтман Я.А. Слух .С.83 – 117.; Самойлов В.О. Обмен веществ и энергии в организме человека. С.195 – 215).
- Каталымов, Л. Л., Сотников О.С. Физиология нейрона : учеб. — Ульяновск : УГПИ им. И. Н. Ульянова, 1990. — 95 с.
- Краснощекова, С. В. История русского языка для иностранцев: конспект лекций (учебно-методическое пособие) / С. В. Краснощекова, Е. В. Галкина; С.-Петерб. политехн. ун-т Петра Великого, Научно-образоват. центр «Биол. и социальные основы инклюзии» Ин-та физиологии им. И. П. Павлова РАН, Ин-т лингвистических исследований РАН. – СПб.: Изд-во «Лема», 2020. – 179 с.: ил., табл. – Библиогр.: с. 177-179.
- Лассан Л.П., Вершинина Е.А. Психологическая диагностика нейрокогнитивного дизонтогенеза: Учеб.-метод. пособ. – СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2012. – 30 с.
- Ляксо, Е. Е. Возрастная физиология и психофизиология : учебник для вузов / Е. Е. Ляксо, А. Д. Ноздрачев, Л. В. Соколова. – Москва : Издательство Юрайт, 2021. – 396 с. – (Высшее образование). – ISBN 978-5-534-00861-6. – Текст : электронный // ЭБС Юрайт [сайт]. – URL: https://urait.ru/bcode/467902.
- Ляксо Е. Е., Ноздрачев А.Д. Психофизиология : учеб. для вузов. – М. : Изд. центр «Академия», 2012. — 335 с. : ил., табл. — (Высш. проф. образование). (Бакалавриат). (Психология).
- Ляксо Е.Е., Огородникова Е.А., Алексеев Н.П. Физиология слуха и речи: Учеб.-метод. пособие.- СПб.: Речь, 2012. – 168 с.
- Ляксо Е. Е., Огородникова Е.А., Алексеев Н.П. Психофизиология слухового восприятия: Учеб. пособ. — СПб. : С.-Петерб. гос. ин-т психологии и социал. работы, 2013. — 111 с.
- Математические модели и компьютерное моделирование в биомеханике : учеб. пособ. для студ. вузов / М-во образования и науки РФ, С.-Петерб. гос. политехнический ун-т ; [ Д. Г. Арсеньев, …Е. В. Бигдай,…В. О. Самойлов и др.] ; под ред. А. В. Зинковского и В. А. Пальмова. – Санкт-Петербург : Изд-во Политехнического ун-та, 2004. – 514 с. : ил., табл.
- Молекулярная диагностика болезни Альцгеймера : учебное пособие / Н. С. Линькова, И. М. Кветной, …,В. Х. Хавинсон ; Федеральное мед.-биол. агентство, …, АНО НИЦ «Санкт-Петербургский институт биорегуляции и геронтологии». – Санкт-Петербург : Русская коллекция, 2020. – 46, [2] с. : ил.
- Морфофизиология тканей : учеб. пособ. : [для вузов по направлению «Фармация»] / В. В. Давыдов, М. М. Лапкин, В. О. Самойлов…. – М. : ГЭОТАР-Медиа, 2015. — 112 с. : ил.
- Начала физиологии : учебн. для вузов / Ноздрачев А.Д., Баженов Ю.Н., Баранникова И.А. и др.., 3-е изд. стер. – СПб. : Изд-во «Лань», 2004. -1088 с.
- Никитина Е. А. Наследование групп крови : Учеб. –метод. пособ. — СПб. : Изд-во РГПУ, 2012. — 105 с. : ил.
- Никитина Е.А. Взаимодействие генов: Учеб.-метод пособ. – СПб: Изд-во РГПУ им. А.И.Герцена, 2011. — 47 с.
- Никитина, Е. А. Сцепление генов и кроссинговер : Учеб.-метод. пособ. / Е. А. Никитина, Т. Г. Зачепило. — СПб. : Изд. РГПУ им. А. И. Герцена, 2015. — 59 с.
- Ноздрачев, А. Д. Анатомия беспозвоночных. Лабораторные животные: пиявка, прудовик, дрозофила, таракан, рак: учеб. пособ. / А. Д. Ноздрачев, Е. Л. Поляков, В. П. Лапицкий, Б. С. Осипов, Н. И. Фомичев. — СПб. : Лань, 1999. — 320с.- (Сер. «Учеб. для вузов. Спец. лит.»)
- Ноздрачев, А. Д. Анатомия морской свинки / А. Д. Ноздрачев, Е. Л. Поляков, В. П. Лапицкий, Е. П. Вовенко. – СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2014. – 408 с.: ил.
- Ноздрачев А.Д. Автономная нервная система: некоторые дополнения к основному курсу // Избранные лекции по современной физиологии. – Казань: Арт-Кафе, 2010. – С.57 – 82.
- Ноздрачев, А. Д. Висцеральные рефлексы: учеб. пособие / А. Д. Ноздрачев, М. П. Чернышева; ред. А. С. Батуев. — Ленинград: Изд-во ЛГУ, 1989. — 164 с.: ил.
- Ноздрачёв, А. Д. Исследования функций головного мозга: некоторые современ. методы: учеб. пособие / А. Д. Ноздрачёв, Е. Л. Поляков, А. В. Гнетов. — Л. : Изд-во Ленингр. ун-та, 1987. — 160 с. : ил.
- Ноздрачев, А. Д. Нормальная физиология: учебник / А. Д. Ноздрачев, П. М. Маслюков. – М.: Изд. группа «ГОЭТАР-медиа», 2019. – 1087 с.: ил.
- Нормальная физиология: учеб.-метод. пособие для лаб. занятий / И. М. Алекперов,…Е. В. Бигдай,…В. О. Самойлов [и др.]; ред.: В. О. Самойлов, В. Н. Голубев; Воен.-мед. акад. им. С.М.Кирова. – СПб.: ВМедА, 2009. – 347 с.: ил.
- Общая физиология (клеточная и молекулярная физиология): учеб.-метод. пособ. для практ. занятий и самост. подготовки к ним / [Алекперов И. М., В.О. Самойлов и др.] ; под ред. В. О. Самойлова, В. Н. Голубева . – СПб. : Воен.-мед. акад., 2012. — 98 с. : ил.
- Основы нейроэндокринологии / Под ред. В.Г.Шаляпиной, П.Д.Шабанова. – СПб.: Элби-СПб, 2005. – 472 с. – (Гл.3. Шаляпина В.Г. Кортиколиберин в регуляции приспособительного поведения и патогенезе постстрессорной психопатологии. – С.84 – 146.; Гл.7. Ордян Н.Э. Нейроэндокринные механизмы действия материнского стресса на адаптивные функции и поведение потомков. – С.307 – 336.).
- Первов, Л. Г. Уход за невротическими больными / Л. Г. Первов. — Л. : Медицина : Ленингр. отд-ние, 1983. — 192 с. — (БСМ. Б-ка сред. медработника).
- Практикум по свободнорадикальному окислению : учебно-методическое пособие / авторы-составители: Галкина О. В., Бахтюков А. А., Берлов М. Н., Ветровой О. В., Зорина И. И.; под редакцией О. В. Галкиной. – Санкт-Петербург : Медиапапир, 2022. – 171 с. : ил.
- Применение транскраниальной электростимуляции в наркологии: Методич. рекомендации /А.Я.Гриненко, Е.М.Крупицкий, А.М.Бураков, В.П.Лебедев и др. – СПб. :[Б.и.], 2006.- 36 с. .-(Последипломное медицинское образование). На обл. загл.: ТЭС-терапия в наркологии
- Ранняя диагностика сердечно-сосудистых заболеваний на фоне возрастных изменений : учеб. пособ. / Н. С. Линькова, Г. Б. Сараев, …, В. Х. Хавинсон [и др.] ; Фед. мед.-биол. агентство, … С.-Петерб. ин-т биорегуляции и геронтологии. – СПб. : Русская коллекция, 2020. – 45, [1] с. : ил.
- Реабилитация инвалидов : национальное руководство. Краткое издание / под ред. Г. Н. Пономаренко. – Москва : ГЭОТАР-Медиа, 2020. – 544 с. : ил. – (Гл. 13.1. Кантемирова Р. К., Хавинсон В. Х., Ишутина И. С. и др. Особенности реабилитации пациентов пожилого возраста. – С. 506-515).
- Руководство по гистологии : в 2-х т. / под ред. Р. К. Данилова. — 2-е изд., испр. и доп. — СПб. : СпецЛит, 2011 — Т. 1. — 2011. — 831 с. : ил. (Гл.8. Обухов Д.К., Сотников О.С. и др. Нервная система. – С.491-673).
- Самойлов В. О. История физиологии в портретах, гравюрах, фотографиях. — СПб. : ИнформМед, 2008. — 61, [3] с., [28] л. ил. — (Учеб. пособ. для подготовки канд. экзамена по истории и философии биологии ; вып. 1). — Загл. на корешке : История физиологии в иллюстрациях.
- Самойлов, В. О. Курс лекций по физиологии для студентов высших учебных заведений, обучающихся по физико-техническим направлениям : в 2-х т. / В. О. Самойлов; ГОУВПО Санкт-Петерб. гос. Электротехнический ун-т (ЛЭТИ) им. В. И. Ульянова (Ленина). – 2-е изд., испр. и доп. – СПб.: «ИнформМед». Т. 1 : Физиология возбудимых тканей, нервной системы, высшей нервной деятельности, анализаторов и эндокринной системы. – 2016. – 411 с. : ил.
- Самойлов В. О. Медицинская биофизика : учебн. для вузов : [по направлению подготовки «Техническая физика»]. — 3-е изд., испр. и доп. — СПб : СпецЛит, 2013. — 591 с. : ил.
- Самойлов, В. О. Медицинская биофизика: учебник / В. О. Самойлов. – СПб.: СпецЛит, 2004. – 495 с.: ил. – (Учебник для вузов).
- Самойлов В.О. Обмен веществ и энергии в организме человека // Избранные лекции по современной физиологии. – Казань: Арт-Кафе, 2010. – С.195–215.
- Самойлов В. О. Физиология интероцептивного анализатора: Лекции для курсантов. – СПб. : [б. и.], 1993. — 21 с. – ( Воен.-мед. акад.).
- Самойлов В.О., Владимиров В.Г., Шарова Л.А. Радиобиология неионизирующих и ионизирующих излучений: Учеб.пособ. – СПб.: Изд-во С.-Петерб. Политехн. ун-та, 2011. – 207 с.
- Самойлов, В. О. Курс лекций по физиологии для студ. высш. учеб. заведений, обучающихся по физ.-техн. направлениям : в 2 т. . — СПб. : ИнформМед, 2010 — (С.-Петерб. гос. политехн. ун-т). Т. 1 : Физиология возбудимых тканей, нервной системы, высшей нервной деятельности и анализаторов. — 2010. — 352 с. : ил.
- Самойлов В.О., Вихров С.П. Информация и регулирование в биологических системах: Учеб. пособ.- Рязань, РГРТУ, 2006. — 136 с.
- Самойлов, В.О. Передача информации в биологических каналах связи: Лекция. – Л.:[Б.и.], 1978. – 35 с.
- Самойлов, В. О. Физиология человека для технических специальностей: центральная нервная и сенсорная системы : учебное пособие для вузов / В. О. Самойлов, Е. В. Бигдай. – 2-е изд., испр. и доп. – Москва : Издательство Юрайт, 2020. – 433 с. – (Высшее образование).
- Самойлов, В. О. Элементы квантовой биофизики / В. О. Самойлов. – СПб. : Изд-во СПбГТУ, 2001. – 44 с.
- Семенов Д. Г. Оптоволоконные спектрометры в био-экологических исследованиях: учеб. пособ. — СПб. : РГГМУ, 2009 — 39 с. : ил.
- Современная офтальмология: руководство / под ред. В. Ф. Даниличева. – 2-е изд., перераб. и доп. – СПб. : Питер, 2009. – 688 с. : ил. – (Гл. 5. Коскин С. А., Шелепин Ю. Е. Визоконтрастометрия при повреждении глаз. – С. 180-199).
- Сотников, О. С. Морфологические основы антропогенеза: лекция по нормальной анатомии для слушателей первого курса / О. С. Сотников; Воен.-мед. акад. им. С. М. Кирова. – Л., 1971. – 27 с.: схем.
- ТЭС-терапия в акушерстве и гинекологии: Учеб. пособие.-Изд.4-е, испр. и доп./В.Н.Кустаров,Н.А.Жаркин,А.С.Попов, В.П.Лебедев и др. – СПб.-Волгоград: [Б.и.],2006.- 39с.-(Последипломное медицинское образование).
- ТЭС-терапия в гастроэнтерологии: Учеб. пособие.- Изд.2-е, испр. и доп./ Е.И.Ткаченко, Д.Н.Емельянов, С.П.Нечипоренко, В.Г.Радченко,С.В.Рычкова, В.П.Лебедев и др.-СПб. : [Б.и.], 2006. -32 с. .-(Последипломное медицинское образование).
- Федотова, Ю. О. Общая биология : учеб. пособ. / Ю. О. Федотова. — Санкт-Петербург: Университет ИТМО, 2017. — 63 с. : ил.
- Физиология и основы анатомии : [Учебн. для фарм.. ин-тов / Котов А. В., Лосева Т. Н., … Бигдай Е. В. и др.] ; под ред. А. В. Котова, Т. Н. Лосевой. – М. : Медицина, 2011. — 1051, [1] с. : ил. — (Учеб. лит. )
- Физиология плода и детей / [А. С. Батуев, В. Д. Глебовский, … К. П. Иванов, …] ; под ред. В. Д. Глебовского. – М.: Медицина, 1988. – 219 с.: ил. – (Учебная литература для студентов медицинских институтов).
- Физиология с основами анатомии: учебник / [Ю. В. Наточин, И. А. Наркевич, В. Н. Яковлев и др.]; под ред. А. И. Тюкавина [и др]. – Москва: ИНФРА-М, 2016. – 573 с.: ил. – (Высшее образование. Специалитет). (5.1 Самойлов В. О., Бигдай Е. В. Обмен веществ и энергии в организме человека. – С. 286-301; 5.2 Самойлов В. О., Бигдай Е. В. Теплообмен и терморегуляция. – С. 302-318).
- Физиология сенсорных систем и высшей нервной деятельности : учебн. для студ. вузов: в 2-х т. — М. : Академия, 2009. — (Высшее профессиональное образование. Психология). Т. 1 : Физиология сенсорных систем / Я. А. Альтман, И.А. Вартанян, И.А. Горлинский, Е.В.Бигдай ; ред.: Я. А. Альтман, Г. А. Куликов. — М., 2009. — 288 с. : ил. Т. 2 : Физиология высшей нервной деятельности / Н. Г. Андреева, И. А. Вартанян, Г. А.Куликов, В. О.Самойлов; ред.: Я. А. Альтман, Г. А. Куликов, В. О. Самойлов. — М., 2009. — 224 с. : ил.
- Физиология сенсорных систем: [для студентов и аспирантов медицинских вузов и биологических факультетов университетов] / под редакцией А. С. Батуева. — Ленинград : Медицина, Ленинградское отделение, 1976. — 399 с. : ил., табл. — Авт. указаны в огл. — Рез. англ.: с. 395. — Библиогр.: с. 369-390. — Предм. указ.: с. 391-394. — Огл. рус., англ. — (Гл. 5. Глезер, В. Д. Зрительная система. — С. 108-158; Гл. 6. Альтман, Я. А. Слуховая система. — С. 159-198; Гл. 7. Чистович, Л. И. Речеобразование и восприятие речи. — С. 199-216; Гл. 8. Кисляков, В. А. и Орлов, И. В. Вестибулярная система. — С. 217-231).
- Физиология сенсорных систем: Учеб. пособие для вузов (Под общ. Ред. чл.- корр. РАН проф. Я.А. Альтмана.- СПб : Паритет , 2003.-352 с .
- Физиология человека : учебник / Под ред.: В. М. Покровского, Г. Ф. Коротько. – Изд. 3-е, стереотипн. — М. : ОАО «Издательство «Медицина», 2013- 662 с. : ил. — (Учеб. лит. для студентов мед. вузов). ( Гл. 3.3. Ноздрачев А. Д. Физиология автономной (вегетативной) нервной системы. – С. 183-210).
- Физиология: практикум / Антоненкова Е.В., Бекусова В.В., Бигдай Е.В.,… Самойлов В.О., Филиппова Е.Б. — СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. – 236 с.
- Фомина, Е. В. Физиология: избранные лекции: учеб. пособ. для бакалавриата / Е. В. Фомина, А. Д. Ноздрачев. — Москва : МПГУ, 2017. — 171 с. : ил.
- Фомина, Е. В. Физическая антропология: дыхание, кровообращение, иммунитет : учеб. пособ. по физиологии для бакалавриата / Е. В. Фомина, А. Д. Ноздрачев ; Министерство образования и науки РФ, ФГБОУ высшего образования «Моск. пед. гос. ун-т». — 2-е изд. — Москва : МПГУ, 2017. — 186, [1] с. : ил., табл.
- Хавинсон, В. Х. Молекулярно-генетическое тестирование как способ профилактики возрастной патологии : учебное пособие / В. Х. Хавинсон, А. В. Трофимов, С. В. Трофимова. — Санкт-Петербург : Коста, 2017. — 30, [1] с.
- Хавинсон, В. Х. Международное сотрудничество в геронтологии. Учеб. пособ. / В. Х. Хавинсон, О. Н. Михайлова, А. В. Сидоренко. – СПб. : ООО «Изд.-полигр. комп. «КОСТА»». – 2015. – 64 с.
- Хавинсон, В. Х. Пептиды, геном, старение / В. Х. Хавинсон. – М. : РАН, 2020. – 58 с.
- Хавинсон, В. Х. Применение пептидных биорегуляторов для увеличения ресурса жизнедеятельности человека : учеб. пособие / В. Х. Хавинсон, Г. А. Рыжак, Н. С. Линькова [и др]. – СПб. : ООО «Изд.-полиграф. компания «КОСТА», 2015. – 72 с. : табл.
- Хавинсон, В. Х. Что мешает нам жить до 100 лет? : [беседы о долголетии] / В. Х. Хавинсон, С. Трофимова. – Москва : Э, 2018. – 222,[1] c.
- Шелепин, Е. Ю. Айтрекинг: метод. пособ. по применению / Е. Ю. Шелепин, К. Ю. Шелепин, К. А. Скуратова; ФГБУН Ин-т физиологии им. И. П. Павлова РАН, ООО «Нейроиконика ассистив». — [СПб.]: Скифия-принт, 2019. — 52 с.: ил.
Серия: руководство по физиологии
- Возрастная физиология.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1975.-692 с. (Гл.14. Кольцова М.М.,Усов А.Г. Возрастные особенности высшей нервной деятельности человека .-С.550-573)
- Общая и частная физиология нервной системы.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние, 1969.-555 с. (Гл.5. Зимкина,А.М.Трофическая функция нервной системы.-С.138-155)
- Физиология адаптационных процессов.-М.:Наука,1986.-635 с. (Гл.7.Уголев,А.М., Тимофеева,Н.М.,Груздков,А.А. Адаптация пищеварительной системы.-С.371-480.).
- Физиология вегетативной нервной системы /Редкол.:О.Г. Баклаваджян (отв. ред). и др.- Л.: Наука, 1981.- 752 с. –(Руководство по физиологии/ АН СССР. Отд-ние физиологии). (Гл. Физиология всасывания.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1977.-668 с. (Гл.5.Щерба,М.М. Всасывание железа.-С.223-248.; Гл.8.Черняховская,М.Ю.,Чурина,С.К.Всасывание липидов.-С.346-385. ;Гл.11.Уголев,А.М.,Смирнова,Л.Ф. Пищеварительно-транспортный конвейер.-С.489-523.;Гл.12.Уголев.А.М., Тимофеева,Н.М., Иезуитова,Н.Н., Груздков,А.А., Лесогор, В.М. Функциональная топография ферментативных и транспортных процессов в тонкой кишке.-С.524-565.)
- Физиология высшей нервной деятельности.Ч. II .Условные рефлексы и адаптивное поведение.-М.:Наука,1971.-392 с. (Гл. 6 Федоров, В. К. Генетика высшей нервной деятельности. – С. 164-179; Гл. 7. Красуский, В. К. Типы высшей нервной деятельности. – С. 180-194; Гл.8. Фирсов, Л. А. Высшая нервная деятельность антропоидов. – С.195-223.)
- Физиология движений.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1976.-376 с. (Гл.5.Кисляков,В.А. Вестибулярный контроль мышечной деятельности. -С.131-143.
- Физиология дыхания.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1973.-352 с. (Гл.6.Исаакян,Л.А.Диффузия кислорода в ткани.-С.105-114;Гл.9.Бреслав И.С. Дыхательные рефлексы с хеморецепторов.-С.165-188; Гл.13.Гранстрем М.П., Кожевников В.А. Дыхание и речь.-С.287-295)
- Физиология зрения / [М. А. Островский, В. И. Говардовский, Ф. Г. Грибакин, С. А. Шуколюков; редкол.: А. Л. Бызов (отв. ред.) и др.]; Рос. акад. наук, Отд-ние физиологии. – Москва : Наука, 1992. – 704 с. : ил. – (Руководство по физиологии). (Гл. IV. Подвигин Н. Ф. Обработка сигналов в промежуточном и среднем мозге. – С. 162-242; Гл. VI. Глезер В. Д. Модели нейронов зрительной коры. – С. 315-344; Гл. IX. Глезер В. Д., Праздникова Н. В., Леушина Л. И., Невская А. А., Павловская М. Б. Опознание зрительных образов. – С. 466-527; Гл. X. Шелепин Ю. Е., Глезер В. Д., Бондарко В. М., Павловская М. Б., Вол И. А., Данилов Ю. П. Пространственное зрение. – С. 528-585).
- Физиология кровообращения: Физиология сердца.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1980.- 598 с. (Гл.1.Конради Г.П. Введение.Некоторые черты развития физиологии сердца.-С.5-24.;Гл.18.2.Конради Г.П.Гомеометрическая ауторегуляция сокращений сердца.-С.341-346.;Гл.18.3.Конради Г.П. Ауторегуляторные изменения частоты сердцебиений и значение миогенной регуляции.-С.346-349.; Гл.22.Конради Г.П. Значение эфферентной иннервации сердца.-С.400-411.;Гл.25.1.Конради,Г.П. Особенности исследования кардио-кардиальных и кардио-васкулярных рефлексов.-С.439-442.; Гл.25.2. Конради,Г.П. Рефлексы с механорецепторов предсердий и желудочков.-С.442-449.; Гл.25.4. Конради Г.П. Кардио-васкулярные рефлексы.-С.455-458.; Гл.25.6.Конради Г.П.Значение рефлексов с рецепторной зоны сердца.-С.461-463; Гл.27.1.Конради Г.П.Рефлексы на сердце с аортально-каротидной зоны и рецепторов крупных артерий.-475-485.;Гл.27.3. Бреслав И.С.Рефлекторные влияния на сердце с хеморецепторов аортальной и синокаротидной зон.-С.487-92;Гл.27.4.Конради,Г.П.Рефлексы на сердце с рецепторами сосудов и хеморецепторов внутренних органов.-С.492-495;Гл.27.5. Конради,Г.П.Сопряженные рефлекторные влияния на сердце с различных афферентных волокон,механорецепторов полых органов и экстерорецепторов.-С.495-501;Гл.27.6.Конради,Г.П.Рефлекторная регуляция деятельности сердца с рецепторов скелетных мышц.-С.501-503;Гл.27.7.Конради,Г.П.Дыхательная аритмия;рефлексы с рецепторов дыхательного аппарата и тройничного нерва.-С.503-505;Гл.27.8.Конради,Г.П.Влияние на сердце надбульбарных и субкортикальных образований головного мозга.-С.505-510;Гл.27.9.Конради,Г.П.Влияние на сердце коры головного мозга.-С.510-523.)
- Физиология кровообращения: Физиология сосудистой системы.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1984.-652 с. (Гл.3.Регирер,С.А.,Левтов,В.А. Основные гидродинамические закономерности движения крови по сосудам.-С.55-93.;Гл.4.Левтов,В.А.,Регирер,С.А. Движение крови по артериям.-С.94-140.;Гл.6.4.Дворецкий,Д.П.,Поленов, С.А. Транскапиллярный обмен веществ.-С.212-218.; Гл.6.5.Дворецкий,Д.П., Поленов,С.А. Транскапиллярный обмен жидкости.-С.218-227.;Гл.6.6.Дворецкий,Д.П., Поленов,С.А.Регуляция транскапиллярного обмена жидкости.-С.227-233.;Гл.8.Дворецкий,Д.П. Малый круг кровообращения. — С.281-305.;Гл.10.Ткаченко,Б.И., Теплов,С.И., Левтов,В.А. Реакции кровеносных сосудов как отражение принципов организации системного и органного кровообращения.-С.337-351.;Гл.13.Дворецкий,Д.П. Кровоснабжение легких.-С.407-418.;Гл.22.Ткаченко,Б.И., Левтов,В.А.Сравнительная характеристика реакций органных сосудов.-С.576-601.)
- Физиология кровообращения:Регуляция кровообращения.-Л.:Наука, Ленингр.отд-ние,1986.-640 с. (Гл.1.1.Ткаченко,Б.И., Левтов,В.А. Понятие об управлении (регуляции) в кровообращении.-С.5-11.;Гл.1.2.Москаленко,Ю.Е.,Теплов,С.И. Взаимодействие различных контуров в регуляции кровообращения.-С.11-22.; Гл.1.3.Ткаченко,Б.И., Левтов,В.А., Поясов,И.З. Соотношение традиционного физиологического и с позиций теории автоматического управления подходов к изучению регуляции кровообращения.-С.22-30.;Гл.1.4.Ткаченко,Б.И.,Левтов,В.А. Иерархия механизмов управления кровообращением.-С.30-34.;Гл.4.Теплов, С.И. Гормональные факторы регуляции.-С.94-110.; Гл.6.Говырин,В.А.,Леонтьева,Г.Р. Медиаторные механизмы регуляции кровеносных сосудов.-С.154-185.;Гл.8.Лебедев,В.П. Бульбо-спинальный уровень нервной регуляции сосудов.-С.230-271.;Гл.9.Теплов,С.И. Гипоталамический уровень регуляции.Лимбические структуры.-С.272-288.;Гл.10.Орлов,В.В. Влияние коры больших полушарий на систему кровообращения.-С.289-316.;Гл.11.Осадчий,Л.И. Постуральные реакции.-С.317-334.;Гл.20. Захаржевский,В.Б. Экспериментальные неврозы.-С.526-545.)
- Физиология пищеварения.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1974.-761 с. (Гл.2.Заболотных,В.А., Иезуитова,Н.Н., Кассиль,В.Г., Кушак,Р.И.,Тимофеева,Н.М. Пищеварение в полости рта.- С.136-162.;Гл.3.Матросова,Е.М. Физиологическая хирургия желудка.-С.192-196.;Беркос,О.В.Желудочная слизь. Регуляция образования и выделения.-С.212-226.;Матросова,Е.М., Соловьев,А.В. Регуляция выделения соляной кислоты.-С.246-269.;Матросова,Е.М.Связь мотороки и кислой секреции желудка.-С.269-277.;Гл.4.Троицкая,В.Б. Электролиты и ферменты поджелудочного сока.-С.339-360.;Путилин, Н.И., Троицкая,В.Б. Механизмы регуляции секреторной деятельности поджелудочной железы.-С.369-386.;Гл.5,ст.:Климов,П.К. Внепеченочные желчные пути и их функция.-С.419-446.;Гл.7.Уголев,А.М.,Иезуитова,Н.Н., Тимофеева,Н.М. Физиология мембранного (пристеночного) пищеварения.- С.542-570.).
- Физиология поведения: Нейрофизиологические закономерности.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1986.-767 с. (Гл.11.Суворов,Н.Ф. Функциональная архитектура условного рефлекса.-С.373-405.
- Физиология поведения:Нейробиологические закономерности /Ред.А.С.Батуев.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1987.-736 с. (Гл.1.Лопатина,Н.Г.,Пономаренко,В.В.Исследование генетических основ высшей нервной деятельности.-С.9-59;Гл.4.Кассиль,В.Г. Мотивация как фактор формирования поведения в онтогенезе.-С.130-169.;Гл.17.Фирсов,Л.А. Высшая нервная деятельность человекообразных обезьян и проблема антропогенеза.-С.639-711.)
- Физиология почки.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1972.-398 с. (Гл.16.Ярошевский,А.Я. Роль почек в регуляции эритропоэза и свертывания крови.-С.286-301)
- Физиология речи:Восприятие речи человеком/Л.А.Чистович,А.В.Венцов,М.П.Гранстрем и др.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1976.-388 с.
- Физиология сенсорных систем. Ч. II .-Л.:Наука, Ленингр.отд-ние,1972.-702 с. (Гл.1.Ильинский,О.Б.Общая физиология рецепторов.-С.5-29.; Гл.2.Ильинский,О.Б.Физиология кожной чувствительности.-С.30-56.;Гл.3.Кисляков, В.А., Левашов,М.М., Орлов,И.В.Вестибулярная система.-С.57-129.; Гл.5. Молчанов,А.П., Радионова,Е.А. Структура, механика и физиология наружного, среднего и внутреннего уха млекопитающих.-С.158-191.; Гл.7.Альтман, Я.А., Вартанян,И.А., Радионова,Е.А. Электрические проявления активности путей и центров слуховой системы.-С.210-260.; Гл.8.Бару,А.В. Роль различных отделов слуховой системы в восприятии звуков.-С.-261-279.; Гл.11.Чистович,Л.А. Модели и методы психоакустического эксперимента.-С.311-318; Бару,А.В.Абсолютная чувствительность слуха.-С.318-328; Шупляков,В.С. Частотно избирательные свойства слуха.-С.328-345; Чистотович,Л.А. Громкость.-С.345-356.;Люблинская,В.В. Высота.-С.356-375.; Бару,А.В. Накопление информации во времени.-С.375-382.; Гл.12. Альтман, Я.А., Дубровский,Н.А. Пространственный слух.-С.398-426; Гл.13.Чистович,Л.А., Кожевников,В.А. Восприятие речи.-С.427-514; Гл.15.Кассиль. Вкус.-С.562-606.
- Физиология сенсорных систем.Ч. I .Физиология зрения.-Л.:Наука,Ленингр.отд-ние,1971.-С.1-416. (Гл.3.Леушина,Л.И. Глазодвигательная система и ее функции.-С.60-77.; Гл.4.Леушина,Л.И. Зрачок и его функции.-С.78-87.; Гл.10.Глезер,В.Д.,Подвигин,Н.Ф. Световая чувствительность зрительной системы.-С.200-245.; Гл.14.Костелянец,Н.Б.,Леушина,Л.И. Восприятие движения.-С.304-318.; Гл.15.Глезер,В.Д.,Невская,А.А. Опознание зрительных образов. — С.319-350.)
- Физиология сенсорных систем:Часть третья.Ильинский,О.Б. Физиология механорецепторов.- Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1975.-560 С.
- Физиология системы крови.-Л.:Наука,Ленингр. отд-ние,1968.- 280 с. (Гл.1.Ярошевский,А.Я. Кровь и внутренняя среда организма.-С.5-13.; Гл. III .Ярошевский,А.Я.,Плоткин,В.Я. Кровотворение и кинетика клеток костного мозга.-С.41-51.;Гл. IV .Щерба,М.М. Физиология эритропоэза.- С.52-92.;Гл. VII .Ярошевский,А.Я.,Алмазов,В.А.,Шехтер,С.Ю.Регуляция системы крови.-С.120-142.;Гл. VIII .Ашкинази,И.Я. Роль селезенки в регуляции гемопоэза.-С.143-152.).
- Физиология системы крови.Физиология эритропоэза.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1979.-360 с. (Гл. V .Моисеева,О.И. Эритропоэтинообразующая функция почек. — С.118 -158.; Гл. VI .Моисеева,О.И. Влияние ингибитора эритропоэза на эритрон.-С.159-171.; Гл. IX .Ашкинази,И.Я. Разрушение эритроцитов.-С.274-334.)
- Физиология терморегуляции.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1984.-470 с. (Гл.1.Иванов,К.П.Гомойотермия и энергетика гомойотермного организма; Гл.5.Иванов,К.П. Основные принципы регуляции температурного гомеостаза.-С.113-138.; Гл.14.Чередниченко,Л.К. Методы исследования теплообмена живого организма.-С.441-464.).
- Физиология эндокринной системы.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1979.-680с. (Гл.1.Митюшов,М.И.,Степанов,Г.С.Общие представления об эндокринных железах и гормонах.-С.3-29.; Гл.3.Савченко,О.Н. Пролактин.-С.59-64.; Шаляпина,В.Г.Адренокортикотропин.-С.65-70.;Савченко,О.Н. Гонадотропины.-С.76-85.;Гл.7.Баранов,В.Г.,Тихонова,Н.Е. Инсулин.-С.220-239.;Гл.9. Шаляпина,В.Г. Мозговое вещество надпочечников.-С.325-340.;Гл.10.Савченко,О.Н. Половые железы.-С.341-395.; Гл.11.Савченко,О.Н.,Степанова,Н.А.Плацента.-С.396-413.;Гл.12.Климов,П.К. Гормоны желудочно-кишечного тракта.-С.414-448.;Гл.14.Баранов,В.Г.,Пропп,М.В. Гипоталамическая регуляция функций гипофиза и периферических эндокринных желез.-С.507-554.).
- Частная физиология нерной системы.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1983. -734 с. (Гл.9.3.Глезер,В.Д. Зрительная кора. — С.523-558.)
- Эволюционная физиология. Ч.2.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1983.-508 с. (Гл.3.Андрианов,Ю.Н., Ильинский,О.Б. Органы боковой линии.-С.110-160.;Гл.8.Уголев,А.М., Иезуитова,Н.Н., Цветкова,В.Н. Эволюционная физиология пищеварения.-С.301-370.)
- Экологическая физиология животных:Ч. I .Общая экологическая физиологияи физиология адаптаций.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1979.-440 с. (Гл. II .Чередниченко,Л.К. Природные факторы среды и их влияние на организм.-С.36-78.;Гл. V ,разд.7.Альтман, Я.А. Эхолокация у млекопитающих.-С.352-370.).
- Экологическая физиология животных:Ч. II .Физиологические системы в процессе адаптации и факторы среды обитания.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1981.-528 с. (Гл. II ,разд.1.Барбашова,З.И.Общий ход эволюции дыхательной функции крови.-С.68-117.; Гл. V .Бреслав,И.С. Системы дыхания в процессе адаптации.-С.227-264.).
- Экологическая физиология животных:Ч. III .Физиология животных в различных физико-географических зонах.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние,1982.-504с. (Гл. I ,разд.16.Давыдов,А.Ф. Гомойотермные организмы бореальной климатической зоны.-С.110-130.;Гл. I , разд.17.Давыдов,А.Ф. Энергетика и терморегуляция полуводных (околоводных) гомойотермных животных.-С.130-139.; Гл. I ,разд.18.Давыдов,А.Ф. Энергетика и терморегуляция морских млекопитающих.-С.153-169.
- Экологическая физиология человека:Адаптация человека к экстремальным условиям среды.-М.:Наука,1979.-704 с. (Гл.9.Жиронкин,А.Г. Токсическое действие кислорода.-С.406-453.).
Серия: «Основы современной физиологии»
- Нейроэндокринология:Кн.1-2.-СПб.,1993.- 398 с. (Гл. V .Смиттен,Н.А., Шаляпина,В.Г. Периферическая нейроэндокринная хромафинная система позвоночных.-С.362-394.).
- Слуховая система.-Л.:Наука, Ленингр. отд-ние, 1990.- 620 с. (Гл.1.5.Альтман,Я.А.Временные эффекты восприятия и адаптация .-С.101-107.; Гл.2.Альтман,Я.А. Нарушения слуха при поражениях различных отделов слуховой системы животных и человека.-С.120-155.;Гл.3.Шупляков,В.С.Физиология периферического отдела слуховой системы.-С.156-174,192-223.; Радионова,Е.А. Строение слуховых рецепторов.-С.174-192.; Гл.4.1.1.,4.2.1 Радионова Е.А.Слуховой нерв.-С.224-231,267-282.; Гл.4.1.2,4.2.2. Альтман,Я.А . Комплекс кохлеарных ядер.-С.231-240,282-295.;Гл.4.1.3.,4.2.3.Альтман Я.А. Комплекс ядер верхней оливы.-С.240-243,295-299.;Гл.4.4.Альтман,Я.А.Вызванные потенциалы животных и человека.-С.327-365. Гл.5.Альтман,Я.А.Пространственный слух.-С.366-448
- Физиологические науки в СССР : становление, развитие, перспективы / [Н. А. Агаджанян и др. ; редкол.: Н. П. Бехтерева (отв. ред.) и др.] ; Акад. наук СССР, Отд-ние физиологии. – Ленинград : Наука, Ленинградское отделение, 1988. — 479 с., [35] л. ил. : табл. – (Основы современной физиологии). – (Гл. 2. Ланге, К. А. Развитие отечественной физиологической науки во второй половине XIX — начале XX в. – С. 49-122; Гл. 3. Ланге, К. А., Светайло, Э. Н. Государственная организация науки и основные этапы развития исследований в области физиологии. – С. 123 — 149; Гл. 4. Ланге, К. А., Светайло, Э. Н. Физиологические науки в Академии наук СССР. – С.150 — 193: Гл. 5. Голиков, Ю. П., Грекова, Т. И., Ланге, К. А…. Физиологические науки в Академии медицинских наук СССР и в основных высших учебных медицинских заведениях. – С. 194 — 241; Гл. 8. Ланге, К. А. Физиологические науки в Советских Социалистических республиках. – С. 276 — 307; Гл. 9. Всесоюзное физиологическое общество им. И. П. Павлова. – С. 308 — 333; Гл. 10. Ланге, К. А., Светайло, Э. Н. Основные направления развития физиологических наук в СССР. – С. 334 — 386).
- Физиология дыхания.-СПб.:Наука,1994.-680 с. (Гл.7.Исаев,Г.Г. Физиология дыхательных мышц.-С.178-196.; Гл.8.Дворецкий,Д.П. Вентиляция, кровообращение и газообмен в легких.-С.197-257.; Гл.9. Иванов,К.П. Дыхательная функция крови.-С.258-300.; Гл.14. Бреслав,И.С., Пятин,В.Ф. Центральная и периферическая хеморецепция системы.-С.416-472.; Гл.15. Бреслав,И.С. Особенности регуляции дыхания человека.-С.473-499.; Гл.18.Исаев,Г.Г. Регуляция дыхания при мышечной работе.-С.537-588.;Гл.20. Бреслав,И.С., Исаев,Г.Г. Дыхание при увеличенном сопротивлении.-С.624-639.).
Чурсин В.В. Клиническая физиология кровообращения (методические материалы к лекциям и практическим занятиям)
Категория:
КазМУНО (АГИУВ). Кафедра анестезиологии и реаниматологии
Информация
Чурсин В.В.
Клиническая физиология кровообращения
Методические материалы к лекциям и практическим занятиям
УДК — 612.13-089: 519.711.3
Чурсин В.В. Клиническая физиология кровобращения. Методические материалы к практическим и семинарским занятиям, – 2011. — 44 с.
Содержит информацию о физиологии кровообращения, нарушениях кровообращения и их вариантах. Также представлена информация о методах клинической и инструментальной диагностики нарушений кровообращения.
Данные материалы являются переработанным вариантом предыдущих изданий (1999г., 2003г.), первым автором которых являлся В.Ф.Туркин – доцент кафедры анестезиологии и реаниматологии АГИУВ.
Предназначается для врачей всех специальностей, курсантов ФПК и студентов медвузов.
Введение
Академик В.В.Парин (1965г.) дает такое пояснение: «Клиническая физиология исходит из положения, что в организме при болезни многие возникающие реакции являются приспособительными. Под влиянием чрезвычайных раздражителей приспособительные реакции резко изменяются и, приобретая опасное для организма значение, становятся реакциями патологическими. Переход приспособительных реакций в патологические является узловым звеном в патогенезе заболеваний. А его детальное изучение является одной из главных задач клинической физиологии кровообращения».
Исходя из этого пояснения, можно отметить, что значение клинической физиологии любой системы предполагает:
— знание нормы,
— знание отклонений от нормы приспособительного характера,
— знание «узла», или той «точки», от которых приспособительная реакция переходит в патологическую.
Более образно это можно представить в следующем виде (рисунок 1).
Рисунок 1 — Примерный график нормы приспособительных и патологических реакций
Приспособительные реакции обеспечивают компенсацию, а патологические реакции обуславливают декомпенсацию страдающего органа или страдающей системы. В общем виде отличием (границей) между нормой и приспособлением является изменение свойств приспосабливающего органа или приспосабливающейся системы.
Границей между приспособлением и патологией является резкое изменение («излом») приспособительной реакции по направлению и величине.
Различают срочные приспособительные реакции и долговременные. Врачам интенсивной терапии чаще приходится иметь дело с острыми расстройствами, поэтому необходимы знания срочных приспособительных реакций и их переход в патологические.
Кровообращение – определение, классификация
Кровообращение — это непрерывное движение (обращение) крови по замкнутой системе, именуемой сердечно-сосудистой.
Основными задачами кровообращения являются:
1. Доставка тканям: кислорода, питательных веществ и солей, гормонов и других активных веществ;
2. Удаление из тканей: углекислоты и прочих конечных продуктов метаболизма;
3. Участие в теплоотдаче.
Из всех предложенных классификаций сердечно-сосудистой системы (ССС) наиболее практичной оказалась классификация Б.Фолкова (1976 г.), которую В.Туркин и В.Чурсин (2003 г.) модифицировали, добавив 8-ой элемент — объем циркулирующей крови (ОЦК):
— 1-м элементом является сердце, которое представляется как насос;
— 2 — аорта и крупные артерии, имеют много эластических волокон, представляются как буферные сосуды, благодаря им резко пульсирующий кровопоток превращается в более плавный;
— 3 — прекапиллярные сосуды, это мелкие артерии, артериолы, метартериолы, прекапиллярные жомы (сфинктеры), имеют много мышечных волокон, которые могут существенно изменить свой диаметр (просвет), они определяют не только величину сосудистого сопротивления в малом и большом кругах кровообращения (поэтому и называются резистивными сосудами), но и распределение кровопотока;
— 4 — капилляры, это обменные сосуды, при обычном состоянии открыто 20-35% капилляров, они образуют обменную поверхность в 250-350 кв.м., при физической нагрузке максимальное количество открытых капилляров может достигать 50-60%;
— 5 — сосуды — шунты или артериоло-венулярные анастомозы, обеспечивают сброс крови из артериального резервуара в венозный, минуя капилляры, имеют значение в сохранении тепла в организме;
— 6 — посткапиллярные сосуды, это собирательные и отводящие венулы; в
некоторых источниках литературы их именуют посткапиллярными жомами
(сфинктерами);
— 7 — вены, крупные вены, они обладают большой растяжимостью и малой эластичностью, в них содержится большая часть крови (поэтому и называются емкостными сосудами), они определяют «венозный возврат» крови к желудочкам сердца, их заполнение и (в определенной мере) ударный объём (УО).
— 8 – объем циркулирующей крови (ОЦК) – совокупность содержимого всех сосудов.
Объем циркулирующей крови (ОЦК)
Вопрос объема имеет важное значение. Прежде всего потому, что определяет наполнение камер сердца и таким образом влияет на величину УО.
По классическому представлению ОЦК составляет у мужчин 77 и у женщин 65 мл/кг массы тела 10%. В среднем берётся 70 мл/кг.
Необходимо чётко представлять, что ОЦК является «жидким слепком сосудистой системы» — сосуды не бывают полупустыми. Ёмкость сосудистой системы может изменяться в достаточно больших пределах, в зависимости от тонуса артериол, количества функционирующих капилляров, степени сдавления вен окружающими тканями («наполненность» интерстиция и тонус мышц) и степенью растянутости свободно расположенных вен брюшной полости и грудной клетки. Разница в ОЦК, определяемая изменением состояния вен, предположительно составляет примерно 500-700 мл у взрослого человека (А.Д.Ташенов, В.В.Чурсин, 2009г.). Мнение, что венозная система может вместить, кроме ОЦК, еще 7-10 литров жидкости, можно считать ошибочным, так как излишняя жидкость достаточно быстро перемещается в интерстиций. Депо ОЦК в организме является интерстициальное пространство, резервная-мобильная емкость которого составляет примерно ещё 1 литр. При патологии интерстиций способен принять около 5-7 литров жидкости без формирования внешне видимых отеков (А.Д.Ташенов, В.В.Чурсин, 2009г.).
Особенностью интерстициальных отеков при некорректной инфузионной терапии является то, что жидкость при быстром поступлении в организм прежде всего уходит в наиболее «мягкие» ткани – мозг, легкие и кишечник.
Последствием этого является наиболее наблюдаемые недостаточности – церебральная, дыхательная и кишечная.
Физиологи на сегодняшний день считают, что практически у среднего человека номинальной величиной ОЦК принимается 5 литров или 5000 см3. В ОЦК различают две составных части: объем заполнения (U) и объем растяжения (V) сосудистой системы. U составляет 3300 см., V составляет 1700 см3. Последний, объем растяжения имеет непосредственное отношение к давлению крови и скорости объемного потока крови в сосудах.
Ситуация вполне возможная и до сих пор нередко наблюдаемая в отделениях интенсивной терапии.
Избыточная, особенно быстрая, инфузия растворов ведет к увеличению объема, прежде всего в сосудах легких, чем в других органах. При быстрой инфузии, особенно крупномолекулярных растворов (декстраны, ГЭК, СЗП, альбумин) жидкость не успевает переместиться в интерстиций, и при этом жидкость депонируется в первую очередь в легочных венах. Имеются сведения о том, что легочные вены могут дополнительно вместить еще примерно 53% общего легочного объема крови. При дальнейшей избыточной инфузии в действие вступает рефлекс Китаева. При этом рефлексе импульсы с рецепторов перерастянутых легочных вен, возбуждающе действуя на мускулатуру легочных артериол, суживают их, предотвращая таким образом переполнение легочных венозных сосудов.
Из-за спазма легочных артериол при дальнейшей избыточной инфузии наступает объемная перегрузка правых отделов сердца, в первую очередь правого желудочка. При его чрезмерной перегрузке в действие вступает рефлекс Ярошевича. Импульсы с рецепторов легочных артерий, возбуждающе действуя на мускулатуру в устьях полых вен, суживают их, предотвращая таким образом переполнение правых отделов сердца.
Здесь граница, за которой далее приспособление может перейти в патологию. В случае продолжения избыточной инфузии — вследствие избыточного давления в правом предсердии и его перерастяжения возникают следующие условия.
Во-первых ухудшается отток в правое предсердие значительной части крови из коронарных вен. Затруднение оттока по коронарным венам приводит к затруднению притока крови по коронарным артериям и доставки кислорода к миокарду (боль в области сердца).
Во-вторых, может возникнуть рефлекс Бейнбриджа (подробнее — раздел регуляции кровообращения), он вызывает тахикардию, которая всегда увеличивает потребность миокарда в кислороде.
У лиц со скрытой коронарной недостаточностью (что почти никогда не выявляется у больных перед операцией из-за недостаточного обследования) и у лиц с явной ишемической болезнью сердца (ИБС) все это может обусловить возникновение острой коронарной недостаточности вплоть до возникновения острого инфаркта миокарда (ОИМ) с дальнейшим развитием острой сердечной лево-желудочковой недостаточности (ОСЛН).
Если компенсаторные возможности коронарного кровообращения не скомпрометированы и не реализуется рефлекс Бейнбриджа, то дальнейшая объемная перегрузка приводит к растяжению полых вен. При этом с рецепторов, расположенных в устьях полых вен, импульсация поступает к центрам осморегуляции в гипоталамусе (супраоптическое ядро). Уменьшается секреция вазопрессина, приводящая к полиурии (выделению мочи более 2000 мл/сут), что отмечается утром дежурным врачом (и, как правило, безотчётливо) – больной спасает себя. Хорошо, если у больного регуляция водного баланса не нарушена и почки функционируют, в противном случае больной будет «утоплен» с благими намерениями.
Не затрагивая вопросов о «хроническом» уменьшении ОЦК, когда это обусловлено хроническим уменьшением потребления жидкости, коснемся вопроса уменьшения ОЦК, обусловленного именно острой кровопотерей, с чем чаще всего имеют дело врачи анестезиологи-реаниматологи.
По современным представлениям отмечаются следующие приспособительные изменения функции сердечно-сосудистой системы.
Когда ОЦК снижается на 10-20%, то такая кровопотеря представляется компенсируемой. При этом первой приспособительной реакцией является уменьшение емкости венозных сосудов за счёт сдавления их окружающими тканями. Вены из округлых становятся сплющенными или почти полностью спадаются, и таким образом емкость сосудов приспосабливается к изменившемуся объему циркулирующей крови. Венозный приток крови к сердцу и его УО поддерживаются на прежнем уровне. Компенсаторную реакцию организма можно сравнить с ситуацией, когда содержимое неполной 3-х литровой банки переливают в 2-х литровую и она оказывается полной.
Компенсаторным механизмом является и перемещение жидкости из интерстиция за счёт уменьшения венозного давления и увеличения скорости кровотока (укорочения времени изгнания даже без развития тахикардии) – жидкость как бы засасывается из интерстиция. Этот компенсаторный механизм можно наблюдать у доноров при донации, когда экстракция 500 мл крови не приводит к каким-либо изменениям кровообращения.
С уменьшением ОЦК до 25-30% (а это уже потеря растягивающей части ОЦК — V) кровопотеря представляется не компенсируемой за счёт критического уменьшения ёмкости венозной системы. Начинает уменьшаться венозный приток к сердцу и страдает УО. При этом развивается приспособительная (компенсаторная) тахикардия. Благодаря ей поддерживается достаточный уровень сердечного выброса (СВ за минуту = МСВ) за счёт уменьшенного УО и более частых сердечных сокращений. Одновременно с тахикардией развивается сужение периферических артериальных сосудов – централизация кровообращения. При этом ёмкость сосудистой системы значительно уменьшается, подстраиваясь под уменьшенный ОЦК. При сниженном УО и суженных периферических артериальных сосудах поддерживается достаточный уровень среднего артериального давления (АДср) в сосудах, направляющих кровь к жизненно важным органам (мозг, сердце и лёгкие). Именно от величины АДср зависит степень перфузии того или иного органа. Таким образом, развивается приспособительная централизация кровообращения за счет уменьшения кровоснабжения периферических тканей (кожа, скелетные мышцы и т.д.). Эти ткани могут переживать ишемию (I фазу нарушения микроциркуляции) и кислородную недостаточность в течение более продолжительного времени.
Эта реакция аналогична процессу воспаления, при котором организм, образуя грануляционный вал и отторгая омертвевшее, жертвует частью во имя сохранения целого.
Когда ОЦК снижается более чем на 30-40% и восполнение кровопотери задерживается, то такая кровопотеря переходит в разряд некомпенсированной и может стать необратимой. При этом несмотря на тахикардию, СВ уменьшается и снижается АДср. Из-за недостаточного транспорта кислорода в организме усиливается метаболический ацидоз. Недоокисленные продукты метаболизма парализуют прекапиллярные сфинктеры, но периферический кровоток не восстанавливается из-за сохраняющегося спазма посткапиллярных сфинктеров.
Развивается II фаза нарушений микроциркуляции – застойной гипоксии. При этом за счёт ацидоза повышается проницаемость капилляров – плазматическая жидкость уходит в интерстиций, а форменные элементы начинают сладжироваться, образуя микротромбы – развивается ДВС-синдром. К моменту, когда на фоне нарастающего ацидоза парализуются и посткапиллярные сфинктеры (III фаза нарушений микроциркуляции) капиллярное русло уже необратимо блокировано микротромбами.
Рисунок 2 — Последовательность изменений в организме при снижении ОЦК
Наступает несостоятельность тканевой перфузии. Во всех случаях затянувшегося синдрома малого СВ присоединяется преренальная анурия. Всё это клиническая форма шока с классической триадой: синдром сниженного СВ, метаболический ацидоз, преренальная анурия. При этом во многих органах, как отмечает профессор Г.А.Рябов, «наступают необратимые изменения и даже последующее восполнение кровопотери и восстановление ОЦК не всегда предотвращает смертельный исход из-за осложнений, связанных с необратимыми изменениями в некоторых органах» – развивается полиорганная недостаточность (ПОН) или мультиорганная дисфункция (МОД).
Последовательность в нарушениях гомеостаза при кровопотере схематически представлена на рисунке 2 (Р.Н.Лебедева и сотр., 1979 г.).
Таким образом, при абсолютном снижении ОЦК практически любого происхождения границей перехода приспособления в декомпенсацию является увеличение частоты сердечных сокращений (ЧСС) с одновременным снижением СВ и АДср.
Данное положение не применимо к случаям, когда имеется относительное уменьшение ОЦК за счет патологической вазодилятации.
Следует учитывать и то, что очень часто острая кровопотеря сопровождается болью и это вносит разлад в последовательность компенсаторных механизмов – раньше чем нужно и в большем количестве выбрасываются эндогенные катехоламины. Централизация развивается быстрее и времени на спасение больного остается меньше.
Основные свойства и резервы крови
Кровь — это жидкость.
1. Ньютоновские: однородные жидкости (например — вода).
2. Неньютоновские: неоднородные жидкости:
— эмульсии (нерастворимые капельки жидкости в растворе, например — жировые);
— суспензии (твердые частицы в растворе);
— пены (пузырьки газа в растворе).
Одним из наиболее важных свойств жидкости является ее текучесть.
Свойством обратным текучести является вязкость жидкости.
Используя вязкость как характеристику, жидкости можно разделить на:
— обладающие вязкостью, не зависящей от скорости перемещения жидкости;
— вязкость увеличивается при уменьшении скорости перемещения жидкости.
Кровь
представляется
неньютоновской жидкостью
— суспензией. Поэтому вязкость крови значительно увеличивается при замедлении кровотока. В норме замедление перемещения крови отмечается в капиллярах, однако капиллярный кровоток не нарушается.
В капилляре иная форма кровотока. Форменные элементы крови продвигаются по осевой линии по одиночке и отделенными друг от друга «столбиками» плазмы.
Плазма крови
, хоть и содержит белковые молекулы и другие вещества,
ближе к ньютоновской жидкости
. Такое свойство плазмы способствует поддержанию нормального кровотока в капиллярах. В целом эта естественная особенность капиллярного кровообращения подсказывает дополнительный элемент к терапии больного с патологическим замедлением перемещения крови при сердечной, сосудистой, сердечно-сосудистой недостаточности.
Наиболее важным резервом крови является гораздо больше, чем необходимое тканям содержание О2 в артериальной крови. Резерв О2 таков, что ткани могут получать его если кровоток уменьшится примерно в 3 раза. То есть коэффициент безопасности по кислороду равен 3, по глюкозе — 3, по аминокислотам — 36 и т.д. Это означает, что если кровотоком тканям доставляются достаточное количество кислорода, то «автоматически» обеспечивается доставка и других веществ: глюкозы, аминокислот и т.д.
Сердечно-сосудистая система
Сердечно-сосудистая система
Как было указано выше, это система сердца и сосудов, предназначенная для кровоснабжения органов и тканей. В функциональном плане задачами этой системы являются:
1. Обеспечение транспорта крови. Это связано, прежде всего, с работой сердца. Оно обеспечивает УО, СВ, оно обеспечивает энергией объемный поток крови (ОПК), в результате чего создается давление (Р) крови в начале сосудистой системы малого (Рл.а.) и большого (Ра) кругов кровообращения.
2. Распределение кровотока по сосудам органов и тканей в соответствии с интенсивностью их работы. Это связано с работой резистивных сосудов.
Эффективность кровообращения органов и тканей обеспечивается свойствами и резервами крови, ОЦК, возможностями общего и местного кровотока.
Сердце
Сердце
Его работу отождествляют, как правило, с работой насоса. Этот орган нередко рассматривают как два полых мышечных органа; правое и левое сердце.
Каждое состоит из предсердия и желудочка. У плода обе половины сердца функционально соединены параллельно.
После рождения и закрытия шунтов (овального отверстия, артериального протока) соединение правого и левого сердца становится последовательным.
Так как сосудистое сопротивление БКК приблизительно в 8 раз больше, чем в МКК, левый желудочек, выполняя большую работу развивается интенсивнее и его мышечная масса становится в 3 раза большей, чем правого.
Благодаря этому на единицу массы левого желудочка интенсивность работы снижается.
В 1980-е г.г. профессором Б.А.Константиновым и его сотрудниками В.А.Сандриковым, В.Ф.Яковлевым внесены существенные поправки в представление о сокращении и расслаблении сердца.
Они отмечают: основной недостаток сложившихся на протяжении многих лет представлений заключается в принятии на веру того, что систола это только сокращение, а диастола это только пассивное расслабление миокарда.
Их клинические исследования показали, что систола сердца начинается с систолы предсердий. Систола предсердий асинфазна (раньше сокращается правое, позже левое предсердия). При этом глубокие мышцы в устьях полых и легочных вен, сокращаясь и суживая просвет вен изолируют вены от полостей сердца, а также препятствуют току крови и передаче давления в вены.
Под давлением предсердной порции крови (12-18 см3 или 16-20% от УО) открываются створки атриовентрикулярных клапанов (трехстворчатого, митрального).
Образуется единая полость предсердие-желудочек (справа и слева). Главная роль этой порции крови — изменение наружной конфигурации желудочков. Наружная косая и внутренняя прямая мышцы удлиняются, верхушка смещается книзу. Одновременно удлиняются волокна средней циркулярной мышцы, боковые стенки перемещаются, в меньшей мере, латерально. Наружная конфигурация сердца приближается к элипсоидной форме.
Кроме того, систола предсердий играет роль в начальном повышении внутрижелудочкового давления. Сокращение правого предсердия повышает давление в желудочке до 9-12, а левого предсердия – до 11-15 мм Hg.
С систолой предсердий фактически начинается (1) период повышения внутрижелудочкового давления. В этом периоде различаются две фазы.
(1.1.) Фаза внутрижелудочкового перемещения крови.
Начинают сокращаться наружная косая и внутренняя прямая мышцы. Верхушка подтягивается в направлении к атриовентрикулярным отверстиям. При этом
укорачиваются пути притока крови в полости желудочков (полости как бы идут навстречу кровотоку). Несмотря на сокращение этих мышц, объем желудочков не уменьшается, так как одновременно дополнительно растягивается средняя циркулярная мышца. Благодаря этому внутрижелудочковая порция крови смещается в направлении путей оттока и располагается в близи устьев аорты и легочной артерии.
Вместе с сокращением наружной косой и внутренней прямой мышц трабекулы и сосочковые мышцы сближаются. Поэтому створки атриовентрикулярных клапанов сближаются, а их свободные края остаются направленными в полость желудочков. Это позволяет сохранять единую полость предсердие-желудочек и предупреждать регургитацию (возврат) крови из желудочка (ов) в предсердия благодаря конусообразному или воронкообразному расположению створок клапанов с образованными верхушками, которые обращены в полость желудочков.
Во время внутрижелудочкового перемещения крови многочисленными замерами было установлено непрерывное увеличение (или приращение) внутрижелудочкового давления.
В результате такой эволюции вновь изменяется конфигурация сердца: укорачивается длина и увеличивается поперечник.
(1.2.) Развивается фаза изоволемического повышения внутрижелудочкового давления.
К началу этой фазы заполнение желудочков закончено. Их объем устанавливается постоянным, несмотря на дальнейшее взаимодействие мышц, повышение внутрижелудочкового давления и изменение геометрии сердца.
Начинается сокращение средней циркулярной мышцы с одновременным растяжением наружной косой и внутренней прямой мышц. Это не сопровождается движением боковых стенок желудочков внутрь, так как кровь — это жидкость, а жидкости не сжимаются (закон Паскаля).
Сокращение — укорочение и утолщение волокон средней циркулярной мышцы увеличивает кривизну боковой наружной поверхности желудочков, она растягивается.
При этом быстро повышается давление в желудочках, створки атриовентрикулярных клапанов закрываются (но еще закрыты и полулунные клапаны).
Одновременное растяжение наружной косой и внутренней прямой мышц приводит к удлинению полостей желудочков и к спрямлению путей оттока.
В результате всех этих изменений наружная конфигурация сердца приближается к шаровидной, а полости желудочков к цилиндрической.
Далее развивается (2) период изгнания . В этом периоде также различаются две фазы.
(2.1.) С началом первой фазы максимального изгнания (ФМИ1) продолжающееся и усиливающееся сокращение волокон средней циркулярной мышцы (при закрытых
атриовентрикулярных и полулунных клапанах) обуславливает быстрый, почти мгновенный, прирост внутрижелудочкового давления, что и создает условия для
открытия полулунных клапанов. Первая и максимальная порция крови поступает в сосуды в результате изолированного сокращения средней циркулярной мышцы.
Происходит как бы «выстреливание» этой порции крови. Спустя 0,02-0,04 с присоединяется сокращение наружной косой и внутренней прямой мышц.
(2.2.) С началом сокращения всех трех мышц наступает вторая фаза максимального изгнания (ФМИ2). При этом, несмотря на непрерывно уменьшающийся внешний размер сердца и уменьшающиеся полости желудочков, также непрерывно продолжается поддерживание внутрижелудочкового давления. С началом этой фазы (сокращения всех трех мышц) изгоняемая порция крови получает основную часть кинетической энергии. Кроме того, подключившееся сокращение наружной косой и внутренней прямой мышц приводит к умеренной ротации сердца по часовой стрелке вокруг его (условно) продольной оси. Это придает изгоняемому току крови характер поступательного движения по спирали, что облегчает ее продвижение через клапанное кольцо (или отверстие).
Одновременно с выбросом крови происходит реактивное смещение желудочков книзу, что приводит к растяжению предсердий, увеличению их полостей.
Далее развивается (3) период снижения внутрижелудочкового давления. Здесь также различаются две фазы.
(3.1.) В фазе редуцированного изгнания за счет сохраняющейся разности давлений между желудочками и сосудами, за счет полученной кинетической энергии поступательное движение крови из желудочков в сосуды продолжается, уменьшаясь постепенно. В какой-то момент начинает расслабляться (и «растягиваться») средняя циркулярная мышца. Вместе с этим начинает снижаться давление в полостях желудочков. Когда оно становится ниже давления в сосудах, кровь, направляясь в полости желудочков, «отгибает» створки полулунных клапанов и закрывает их.
(3.2.) С закрытием полулунных клапанов (атриовентрикулярные тоже еще закрыты) начинается фаза изоволемического снижения внутрижелудочкового давления. При этом наружная косая и внутренняя прямая мышцы еще продолжают активно сокращаться и способствуют дальнейшему пассивному растяжению средней циркулярной мышцы. Форма желудочков приближается к шаровидной, сохраняется тот же объем. Такая шаровидная конфигурация лучше обеспечивает открытие атриовентрикулярных клапанов.
В отдельный момент они открываются и развивается (4) период наполнения желудочков. Различаются две фазы.
(4.1.) В фазе быстрого наполнения всё ещё продолжается сокращение наружной косой и внутренней прямой мышц, расслабление циркулярной мышцы и более полное приближение полостей к шаровидной форме. При этом происходит равномерное истончение стенок и усиление присасывающей силы желудочков. Присасывающее действие желудочков распространяется не только на предсердия, но и вены (с еще расслабленными жомами). Через 0,05-0,07 с от начала наполнения заканчивается сокращение наружной косой и внутренней прямой мышц и начинается (4.2.) фаза медленного наполнения. С этого момента расслабляются и растягиваются все три мышцы. Движение крови в желудочки продолжается, но с меньшей скоростью и в меньшем объеме. А конфигурация сердца все более приближается к элипсоидной. Далее весь цикл работы сердца повторяется.
Как примечание следует отметить, что с момента закрытия атриовентрикулярных клапанов расслабляются жомы в устьях вен, образуя единую полость вена-предсердие (справа и слева), сами предсердия несколько удлиняются. А дополнительное удлинение предсердий и ускорение наполнения их кровью происходит во время реактивного смещения желудочков книзу.
Итак, при клинических исследованиях Б.А.Константинова, В.А.Сандрикова, В.Ф.Яковлева (1986 г.) было установлено, что:
1) в сердечном цикле функция предсердий и желудочков едина;
2) вопреки принятому делению сердечного цикла на систолу и диастолу установлено несовпадение активности мышечных слоев сердца между собой;
3) механизмы «диастолы» тоже активны, как и механизмы систолы.
Результаты этих исследований подводят к очень важному вопросу: как при разновременной активности мышечных слоев миокарда между собой осуществляется коронарное кровообращение? Ответа пока нет.
Врачи разных специальностей часто пользуются сочетанием слов — «сила сердечных сокращений». И при этом в прямом смысле подразумевают сокращение сердца как «сжимание кисти в кулак». Сила «сжатия», сжимая кровь, выбрасывает ее из полости желудочка. Нелишне рассмотреть, что это конечно же не так:
Во-первых, жидкость не сжимается и это известно со времен Паскаля.
Во-вторых, в 1956 г. Rushmer высказал предположение, что во время систолы полость желудочка имеет форму цилиндра. Однако в 1957 г. Burton отметил, что еще раньше Woods первым предположил, что во время систолы полость желудочка имеет форму шара и первым применил закон Лапласа для объяснения систолы желудочка.
При этом напряжение стенки определяется как сила, направленная на разрыв стенки. Эта сила при напряжении и есть «сила сердечного сокращения».
Она тем больше, чем ближе к наружной поверхности толщины стенки располагается любая точка напряжения.
Мышцы, образующие стенку желудочка, при своем сокращении, «слоисто» растягивая её тем больше, чем ближе «слой» к наружной поверхности, все более и более увеличивают её напряжение. Вместе с этим растет внутрижелудочковое давление. В какой-то момент времени закрытые створки полулунных клапанов, составляющие часть стенки желудочка под действием силы напряжения («разрыва») и внутрижелудочкового давления открываются («разрываются») и кровь изгоняется из полости желудочка.
Итак, у взрослого человека «правое» сердце последовательно соединено с «левым» (рисунок 3).
Рисунок 3. Схематичное изображение «правого» сердца (ПС), малого круга кровообращения (МКК), «левого» сердца (ЛС)
Желудочки (правый и левый) при каждом изгнании выбрасывают одинаковые объёмы крови (закон Гарвея). Установлено, если выброс правого желудочка будет всего на 2% больше выброса левого, то через некоторое время может наступить отёк лёгких из-за переполнения МКК. В норме этого не происходит. В организме имеются механизмы, которые согласуют выбросы обоих желудочков, и обеспечивают приспособление сердца в целом к гидро- (точнее гемо-) динамическим изменениям.
В общем виде это два типа регулирующих механизмов:
1)экстракардиальная регуляция, в которой участвуют нервная вегетативная и эндокринная системы;
2) внутрисердечная регуляция, которая обусловлена особыми свойствами самого сердца; эта регуляция действует даже в условиях изолированного сердца (как, например, после пересадки), она связана с гемодинамическими изменениями нагрузки.
Потребление питательных веществ сердцем.
Здоровое сердце считается «всеядным» органом. По расходованию кислорода на окисление питательных веществ представляется, что сердце потребляет:
1) свободные жирные кислоты (34% O2),
2) глюкозу (31% O2),
3) молочную кислоту (28% O2),
4) пировиноградную кислоту, аминокислоты, кетоновые тела. (7% O2).
При нарушении коронарного кровообращения, как видно, главная опасность для сердца возникает не из-за недостатка энергоносителей (питательных веществ), а в дефиците окислителя (кислорода).
При физической нагрузке, сопровождающейся тахикардией (а значит при тахикардии любого происхождения) приоритеты изменяются:
1) молочная кислота (61% O2), (что предотвращает метаболический ацидоз в миокарде),
2) свободные жирные кислоты (21% O2),
3) глюкоза (16% O2),
4) пировиноградная кислота, аминокислоты, кетоновые тела. (2% O2)
У больных с пороками сердца, с гипертрофией, особенно выраженной степени, в большей мере используются свободные жирные кислоты (Е.П.Степанян, И.Н. Баркан, «Биоэнергетика оперированного сердца». М. 1971 г.).
Потребление кислорода сердцем.
Оно составляет 0,08-0,10 мл/мин/г в условиях основного обмена (в покое). Масса здорового сердца в среднем 300 г. Следовательно, сердце в целом потребляет примерно 24-30 мл кислорода в минуту. При возрастании потребности сердца в кислороде, она не обеспечивается усилием экстракции кислорода из коронарной артериальной крови. В норме экстракция составляет 0,14 мл О2 из 1 мл. коронарной артериальной крови. Содержание О2 в 1 мл этой крови в норме составляет 0,20 мл. Даже при полной экстракции добавка О2 в 0,06 мл из каждого 1 мл. крови является мизерной. Возрастающая потребность сердца в кислороде удовлетворяется главным образом путем усиления коронарного кровотока, и у здоровых лиц расширением коронарных сосудов.
Увеличение коронарного кровотока может быть избирательным (Gregg, Swipley, 1947г.). За счет расширения коронарных сосудов кровоток усиливается уже при снижении содержания О2 в артериальной крови всего лишь на 5%.
Метаболические пути окисления и получения энергии.
1. Путь Эмбдена — Меергофа — Кребса обеспечивает окисление глюкозы и продуктов ее окисления.
1 мол.глюкозы = 2 мол. провиноградной к-ты = 30 мол. АТФ.
2. Путь Варбурга — Диккенса — Липпмана обеспечивает окисление и глюкозы, и свободных жирных кислот.
1 мол.пальмитиновой к-ты = 117 мол.АТФ при расходовании такой же порции кислорода на окисление.
Энергия сердца и ее расход.
Энергия сердца (а также отдельно правого или левого желудочка) определяется уравнением
E = q*Q*ПМО2 (5),
где: Е — энергия сердца в кг * м/мин;
q — калорический эквивалент кислорода, равный 0,0048 ккал/мл;
Q — тепловой эквивалент, равный 427 кг * м/ккал;
ПМО2 — потребленный сердцем кислород (ПМО2л для Ел или ПМО2п для Еп).
Поскольку q и Q величины постоянные, можно пользоваться их произведением, вычисленным один раз и навсегда, что равно 2,05 кг * м/мл.
Ответ величины энергии можно получить в вт (1 вт = 6,2 кг * м/мин.).
Поскольку энергия прямо пропорциональна потребленному кислороду, то, назначая средства, уменьшающие потребность миокарда в кислороде, следует помнить, что будет уменьшаться энергия сердца. Бесконтрольное использование этих средств может настолько уменьшить энергию сердца, что это может стать причиной сердечной недостаточности.
Вполне естественно, что при дефиците энергии в кардиомиците в первую очередь нарушается работа K-Na насоса.
Функциональные резервы сердца и сердечная недостаточность
Несмотря на совершенные механизмы саморегуляции, широкий выбор энергоносителей для окисления, большие запасы эндогенных инотропных средств в организме, функциональные резервы сердца ограничены. Это создает предпосылки для возникновения сердечной недостаточности. В широком смысле под сердечной недостаточностью понимается состояние, при котором сердце выбрасывает крови меньше, чем надо для поддержания нормального кровотока. В узком смысле под сердечной недостаточностью понимается снижение именно сократительной способности сердца.
Физиология различает 4 варианта острой сердечной недостаточности
(ОСН).
1.) ОСН, обусловленная рефлекторными реакциями. Например, брадикардия вплоть до полной остановки сердца, обусловленная раздражением блуждающего нерва.
2.) ОСН, обусловленная гемодинамическими отклонениями от нормы. Например, изотоническая или изометрическая перегрузка.
3.) ОСН, обусловленная снижением именно сократительной способности.
а) Связанная с нарушением ресинтеза и недостатком креатинфосфата. Это уменьшает энергообеспечение сократительных белков (актина и миозина). При этом назначение (без контроля креатинфосфата) инотропных средств (гликозидов, симпатомиметиков и т.п.) еще более ускоряет и усиливает недостаточность. Рекомендуется, облегчая работу сердца, снижать его энергозатраты.
б) Связанная не с уменьшением энергии, а с нарушением электромеханического сопряжения. Это бывает при избытке (или передозировке) антагонистов Са, которые вымывают Са из активных центров актина и миозина. Показано использование Са, гликозидов, катехоламинов, которые улучшают электромеханическое сопряжение.
4.) ОСН, обусловленная повреждениями значительной части кардиомиоцитов — материальной основы сокращения. Это бывает при остром обширном инфаркте миокарда, диффузном миокардите с исходом в миомаляцию.
Остановка сердца и продолжительность реанимационных мероприятий
Внезапно остановленное или остановившееся сердце продолжает потреблять кислород в течении некоторого времени. Это, так называемое, базальное потребление кислорода равно примерно 0,015 мл/мин/г., а сердце в целом (300 г.) — 4,5 мл/мин.
Благодаря базальному потреблению предотвращаются структурные изменения в миокарде в течение некоторого времени после остановки.
При максимальных значениях коронарного кровотока и экстракции кислорода из артериальной коронарной крови, что составляет примерно 0,5 мл/мин/г., сердце в целом потребляет 150 мл/мин.
Таким образом, после внезапной остановки сердца резерв времени до начала необратимых изменений составляет (150мл/мин / 4,5мл/мин = 33 минуты. Это время и составляет продолжительность «клинической смерти сердца». По истечению этого времени наступают необратимые изменения в миокарде. Этот срок и определяет продолжительность реанимационных мероприятий.
В кардиохирургии различными методами удаётся продлить срок «клинической смерти сердца», чтобы в условиях искусственного кровообращения, после пережатия аорты в восходящей части, выполнить коррекцию пороков сердца.
Факторы, определяющие нагрузку на сердце
Физиология различает два вида гемодинамической нагрузки на желудочки сердца: пред- и постнагрузку.
Это нагрузка объёмом крови, которым заполняется полость желудочка перед началом изгнания. В клинической практике мерой преднагрузки является конечно-диастолическое давление (КДД) в полости желудочка (правого — КДДп, левого — КДДл). Это давление определяется только инвазивным методом. В норме КДДп = 4-7 мм Hg, КДДл = 5-12 мм Hg.
Для правого желудочка косвенным показателем может быть величина центрального венозного давления (ЦВД). Для левого желудочка очень информативным показателем может быть давление наполнения левого желудочка (ДНЛЖ), которое возможно определить неинвазивным (реографическим) методом.
К увеличению преднагрузки (справа или слева) любого происхождения желудочек приспосабливается к новым условиям работы по закону О.Франка и Е.Старлинга. Е.Старлинг так охарактеризовал эту закономерность: «ударный объём пропорционален конечному диастолическому объему»:
Суть закона состоит в том, что чем больше растягиваются мышечные волокна желудочка при его избыточном наполнении, тем больше сила их сокращения в последующую систолу.
Правомочность этого закона была подтверждена многочисленными исследованиями, даже на клеточном уровне (сила сокращения кардиомиоцита является функцией длины саркомера перед началом его сокращения). Главный вопрос в законе О.Франка и Е.Старлинга в том, почему сверхнормальное увеличение длины мышечного волокна увеличивает силу его сокращения?
Здесь уместно привести ответ Ф.З.Меерсона (1968 г.). Сила сокращения мышечного волокна определяется количеством актино-миозионовых связей, которые могут возникнуть в мышечном волокне одновременно. Удлинение волокна до определенного предела так меняет взаимное расположение актиновых и миозиновых нитей, что при сокращении возрастает либо количество актино-миозиновых связей (точнее скорость их образования), либо контрактильная сила, которую каждая такая связь развивает.
До какой границы (предела) действует приспособительная реакция О.Франка и Е.Старлинга, когда изменение длины волокна изменяет напряжение, а оно изменяет силу сокращения?
Этот закон действует, пока длина мышечного волокна увеличивается на 45% сверх обычной длины при нормальном заполнении желудочка (т.е. примерно в 1,5 раза). Дальнейший рост диастолического давления в желудочке увеличивает длину мышечного волокна в малой мере, т.к. волокна становятся трудно растяжимыми потому, что в процесс вовлекается трудно растяжимый соединительно-тканный эластический каркас самих волокон.
Ориентиром, контролируемым в клинических условиях, для правого желудочка может быть повышение ЦВД более 120 мм Н2О (норма 50-120). Это косвенный ориентир. Непосредственным ориентиром является повышение КДДп до 12 мм Hg. Ориентиром для левого желудочка является увеличение КДДл (ДНЛЖ) до 18 мм Hg. Иными словами, когда КДДп в пределах от 7 до 12 или КДДл в пределах от 12 до 18 мм Hg, то правый или левый желудочек уже работает по закону О.Франка и Е.Старлинга.
При приспособительной реакции О.Франка и Е.Старлинга, УО левого желудочка не зависит от диастолического артериального давления (ДАД) в аорте, а систолическое артериальное давление (САД) и ДАД в аорте не изменяются. Эту приспособительную реакцию сердца S.Sarnoff назвал гетерометрической регуляцией (heteros по греч. — другой; применительно к теме раздела — регуляция посредством другой длины волокна).
Надо отметить, что еще в 1882 г. Fick и в 1895 г. Blix отметили, что «закон сердца таков же, как закон скелетной мышцы, а именно, что механическая энергия, освобождающаяся при переходе из состояния покоя в состояние сокращения, зависит от площади «химически сокращающихся поверхностей», т.е. от длины мышечного волокна».
В желудочках, как и во всей сосудистой системе, какая-то часть объема крови является заполняющей и какая-то часть является растягивающей, она то и создает КДД.
Поскольку приспособительная реакция сердца, подчиняющаяся закону, имеет определенную границу, за которой этот закон О.Франка и Е.Старлинга уже не действует, то возникает вопрос: а можно ли усилить эффект этого закона? Ответ на этот вопрос имеет очень важное значение для врачей анестезистов и интенсивистов. В исследованиях E.H.Sonnenblick (1962-1965 г.г.) было установлено, что при чрезмерной преднагрузке миокард способен значительно увеличивать силу сокращения под воздействием положительно инотропных средств. Изменяя функциональные состояния миокарда посредством воздействия инотропных средств (Са, гликозиды, норадреналин, дофамин) при одном и том же притоке крови (одно и то же растяжение волокон), он получил целое семейство «кривых Е.Старлинга» со смещением кверху от исходной кривой (без действия инотропика).
Рисунок 4. График изменения кривой напряжения без инотропного средства и с ним при одинаковой длине мышечного волокна
Из рисунка 4 видно, что:
1. Увеличение напряжения (Т2) при использовании инотропного средства и неизменной исходной длине мышечного волокна (L1) за тот же отрезок времени (t1) связано с ускорением образования актиномиозиновых связей (V2 > V1);
2. С инотропным средством получается такой же эффект величины Т1, как и без него, за меньший отрезок времени — t2 ( 3 ).
3. С инотропным средством получаемый эффект величины Т1 достигается как бы при меньшей длине волокна L2 ( 3 ).
Обусловлено уменьшением притока крови в полость желудочка. Это может быть вследствии уменьшения ОЦК, сужения сосудов в МКК, сосудистой недостаточности, органических изменений в сердце (стеноз АВ — клапанов справа или слева).
Вначале включаются следующие приспособительные элементы:
1. Усиливается изгнание крови из предсердия в желудочек.
2. Увеличивается скорость расслабления желудочка, что способствует его заполнению, т.к. основная масса крови поступает в фазу быстрого наполнения.
3. Увеличивается скорость сокращения мышечных волокон и возрастания напряжения, благодаря чему поддерживается фракция изгнания и уменьшается остаточный объем крови в полости желудочка.
4. Увеличивается скорость изгнания крови из желудочков, что способствует сохранению продолжительности диастолы и заполнения желудочка кровью.
Если совокупность этих приспособительных элементов оказывается недостаточной, то развивается тахикардия, направленная на поддержание СВ.
Далее ход событий и их оценка известны.
Постнагрузка
Это нагрузка сопротивлением току крови при изгнании её из полости желудочка. В клинической практике мерой постнагрузки является величина общего легочного сопротивления (ОЛС) для МКК, равная в норме 150-350 дин*с*см-5, и общего периферического сосудистого сопротивления (ОПСС) для БКК, равная в норме 1200-1700 дин*с*см-5. Косвенным признаком изменения постнагрузки для левого желудочка может быть величина АДср, равная в норме 80-95 мм Hg.
Однако в физиологии классическим представлением о постнагрузке является давление над полулунными клапанами перед изгнанием крови желудочками. Иными словами это конечно-диастолическое давление над полулунными клапанами в легочной артерии и аорте. Естественно, чем больше периферическое сопротивление сосудов, тем больше конечно-диастолическое давление над полулунными клапанами.
Такая ситуация возникает при функциональном сужении артериальных периферических сосудов, хоть в МКК, хоть в БКК. Она может быть обусловлена органическими изменениями в сосудах (первичная лёгочная гипертензия или гипертоническая болезнь). Это может быть при сужении выходного отдела из правого или левого желудочка (подклапанные, клапанные стенозы).
Закон, по которому желудочек приспосабливается к нагрузке сопротивлением, впервые открыл Г.Анреп (1912г., лаборатория Е.Старлинга).
Дальнейшие исследования этого закона были продолжены самим Е.Старлингом и далее многими известными физиологами. Результаты каждого исследования были опорой и толчком к следующему.
Г. Анреп установил, что при увеличении сопротивления в аорте, вначале кратковременно объём сердца увеличивается (похоже на приспособительную реакцию О.Франка и Е.Старлинга). Однако затем объём сердца постепенно уменьшается до новой, больше исходной, величины и далее остается стабильным. При этом, несмотря на увеличение сопротивления в аорте, УО остается прежним.
Приспособительную реакцию сердца по закону Г. Анрепа и А. Хилла при увеличении нагрузки сопротивлением Ф.З.Меерсон объясняет следующим образом (1968 г.): по мере повышения нагрузки сопротивлением количество актиномиозиновых связей увеличивается. А количество свободных центров, способных реагировать между собой, в актиновых и миозиновых волокнах уменьшается. Поэтому с каждой, всё большей, нагрузкой количество вновь образующихся актиномиозиновых связей уменьшается в единицу времени.
Одновременно уменьшается и скорость сокращения, и количество механической и тепловой энергии, освобождающейся при распаде актиномиозиновых связей, постепенно приближаясь к нулю.
Очень важно, что количество актиномиозиновых связей увеличивается, а их распад уменьшается. Это означает, что с увеличением нагрузки наступает пересократимость актиномиозиновых волокон, что и ограничивает эффективность работы сердца.
Итак, когда нагрузка сопротивлением увеличивается на 40-50%, адекватно ей увеличивается мощность и сила мышечного сокращения. При большем увеличении нагрузки эффективность этой приспособительной реакции утрачивается из-за потери мышцей способности расслабляться.
Другим фактором, со временем ограничивающим эту приспособительную реакцию, является, как было установлено Ф.З.Меерсоном и его сотрудниками (1968 г.), снижение сопряжения окисления и фосфорилирования на 27-28% на участке – «цитохром с» — «кислород», при этом в миокарде уменьшается количество АТФ и особенно креатинфосфата (КФ).
Значит, закон Г. Анрепа и А. Хилла обеспечивает приспособление сердечной мышцы к нагрузке сопротивлением путём увеличения мощности желудочка, приводящей к увеличению силы сокращения без изменения исходной длины мышечного волокна.
Приспособительную реакцию Г. Анрепа и А. Хилла S.Sarnoff назвал гомеометрической регуляцией (homoios по греч. — подобный; применительно к теме раздела — регуляция посредством такой же длины волокна).
Здесь также важен вопрос: можно ли усилить эффект закона Г. Анрепа и А. Хилла? Исследования E.H. Sonnenblick (1962-1965 г.г.) показали, что при чрезмерной постнагрузке миокард способен увеличивать мощность, скорость и силу сокращения под воздействием положительно инотропных средств.
Уменьшение постнагрузки.
Связано с уменьшением давления над полулунными клапанами. При нормальном ОЦК уменьшение постнагрузки становится возможным только при единственном обстоятельстве — при увеличении объема сосудистого русла, т.е. при сосудистой недостаточности.
Уменьшение давления над полулунными клапанами способствует укорочению периода повышения внутрижелудочкового давления и уменьшению самой величины этого давления перед началом изгнания крови. Это уменьшает потребность миокарда в кислороде и его энергозатраты на напряжение.
Однако все это уменьшает линейную и объемную скорость кровотока. В связи с этим уменьшается и венозный возврат, что ухудшает наполнение желудочков. В таких условиях единственно возможной приспособительной реакцией становится увеличение ЧСС, направленное на поддержание СВ. Как только тахикардия станет сопровождаться снижением СВ, эта приспособительная реакция переходит в разряд патологической.
Совокупность всех исследований, выполненных О.Франком, Е.Старлингом, Г.Анрепом, А.Хиллом и другими физиологами того периода позволила выделить два варианта сокращения сердечного волокна: изотоническое и изометрическое сокращения.
В соответствии с этим выделены два варианта работы желудочков сердца.
1. Когда желудочек работает преимущественно с нагрузкой по объему — он работает по варианту изотонического сокращения. При этом тонус мышцы изменяется в меньшей мере (изотония), преимущественно изменяется длина и поперечное сечение мышцы.
2. Когда желудочек работает преимущественно с нагрузкой по сопротивлению — он работает по варианту изометрического сокращения. При этом преимущественно изменяется напряжение мышцы (тонус), а её длина и поперечное сечение изменяются в меньшей мере или почти не изменяются (изометрия).
При работе желудочка с нагрузкой по сопротивлению (даже при функциональном изменении ОЛС или ОПСС) многократно увеличивается потребность миокарда в кислороде. Поэтому исключительно важным является обеспечение такого больного в первую очередь кислородом.
Врачам нередко приходится усиливать работу сердца инотропными средствами. В физиологии кровообращения (в т.ч. и клинической) под инотропизмом понимается (Ф.З. Меерсон, 1968 г.) регулирование скорости сокращения и расслабления, и поэтому мощности и эффективности работы сердца при неизменных размерах желудочка.
Инотропизм направлен не на сверхнормальное увеличение силы сокращений сердца, а на поддержание силы сокращений, в лучшем случае близкой к норме.
Инотропизм отличается от закона О.Франка и Е.Старлинга тем, что при этом не изменяется исходная длина волокон миокарда. Он отличается от закона Г. Анрепа и А. Хилла тем, что при этом увеличивается не только скорость сокращения, но и (главное!) скорость расслабления волокон миокарда (чем предупреждается пересократимость, или контрактура, миокарда).
Однако при искусственной инотропной регуляции работы сердца норадреналином и др. аналогичными средствами может быть серьезная опасность. Если резко и значительно уменьшить введение инотропного средства или прекратить введение его, то может резко снизиться тонус миокарда.
Возникает острая тоногенная дилатация желудочка. Его полость увеличивается, резко снижается внутрижелудочковое давление. В этих условиях, чтобы достигнуть прежней величины напряжения необходимы большие затраты энергии.
Процесс наращивания напряжения является самым главным потребителем энергии в сердечном цикле. Кроме того, он идет в первую очередь. В физиологии существует закон, что первый процесс всегда старается как можно полнее использовать наличную энергию, чтобы завершить его целиком и полностью. Остаток энергии расходуется на выполнение следующего процесса и т.д. (т.е. каждый предыдущий процесс как Людовик XV: «после нас хоть потоп»).
За процессом увеличения напряжения идет работа по перемещению крови из желудочков в сосуды. Из-за того, что на напряжение затрачивается почти вся наличная энергия, а на изгнание ее недостает, от напряжения начинает отставать работа желудочков по перемещению крови. В результате общая эффективность сердца снижается. С каждым таким неполноценным сокращением прогрессивно увеличивается остаточный объем крови в полости желудочка и, в конце концов, наступает асистолия.
Каппиляры
Главный интерес к капиллярам связан с тем, что в них происходит обмен между кровью и интерстициальной жидкостью. У среднего человека имеется примерно 40 млд. капилляров. Эффективная обменная поверхность капилляров составляет в сумме примерно 1000 м2. Плотность капилляров в различных органах не одинакова. Она больше «средней» (усредненной) величины в 4-5 раз в головном мозге, миокарде, почках. Это значит, что при нарушениях микроциркуляции в жизненно важных органах вероятность возникновения их отека увеличивается. Относительно «средней» величины плотность капилляров меньше в костной, соединительной и жировой ткани.
Функциональной или обменной единицей считается совокупность сосудов от артериол до венул. Общая длина функциональной единицы составляет примерно 750 мкм.
Различают 3 типа капилляров:
1 тип. С непрерывной стенкой. Образованы слоем эндотелиальных клеток, в мембранах которых имеются мельчайшие поры диаметром 4-5 нм. Этот тип капилляров преобладает в сосудах легких, мышечной, соединительной и жировой ткани.
2 тип. С фенестрированной стенкой. Между эндотелиальными клетками имеются фенестры — «окошки» диаметром 0,1 мкм. Часто фенестры прикрыты тончайшей мембраной («окошки застеклены»). Этот тип капилляров преобладает в слизистой кишечника, клубочках почек (где осуществляется фильтрация).
3 тип. С прерывистой стенкой, в которой эндотелиальные клетки, прерываясь, образуют просветы. Через просветы могут проходить даже клетки крови. Этот тип капилляров имеется в синусоидах печени, селезенки, костном мозге.
Рисунок 5. Схема капилляра
Кроме того, крупные молекулы могут переноситься через капиллярную стенку путем пино- и эмиоцитоза. Подошедшую молекулу эндотелиальная клетка «обнимает», поглощает в протоплазму (пиноцитоз) и, переместив к другой части клетки «выталкивает» (эмиоцитоз). Обмен в капиллярах осуществляется в основном благодаря диффузии, а также фильтрации и реабсорбции.
Диффузия в капиллярах описывается уравнением Фика. Скорость диффузии очень велика. При движении по функциональной единице капилляра жидкость плазмы успевает 40 раз обменяться с жидкостью межклеточного пространства. Иными словами при общей длине функциональной единицы капилляра в 750 мкм (/40) через каждые примерно 19 мкм стоит как «регулировщик движения» закон Фика, который меняет вектор направления жидкости то в одну, то в противоположную сторону.
Благодаря этому происходит непрерывный обмен жидкостей. Через общую эффективную обменную поверхность перемешивается таким образом 60 л. жидкости в минуту, 85000 л. жидкости в сутки (85000 примерно 85000 кг., 85 тонн!).
Фильтрация и реабсорбция в капиллярах описывается уравнением Старлинга. Их интенсивность определяется гидростатическим давлением в капилляре (Ргк), гидростатическим давлением в тканевой жидкости (Ргт), онкотическим давлением плазмы в капилляре (Рок), онкотическим давлением в тканевой жидкости (Рот) и коэффициентом фильтрации (К). К — соответствует проницаемости капиллярной стенки для изотонических растворов: 1 мл жидкости в 1 мин. на 100 г. ткани при Т 37оС:
В норме во всех капиллярах скорость фильтрации составляет примерно 14 мл/мин или 20 л/сут; скорость реабсорбции составляет примерно 12,5 мл/мин или 18 л/сут. Около 2 л/сут оттекает из интерстициального пространства по лимфатическим сосудам и впадает в правое предсердие, дополняя таким образом объем жидкости в сосудистом русле.
На сегодня физиологи пересматривают вышеизложенный механизм транскапиллярного обмена. Возможно, что в норме нет ни интенсивной фильтрации, ни интенсивной абсорбции воды и обмен ионами и метаболитами осуществляется за счет концентрационной разницы. Фильтрация или абсорбция — только медленно стабилизирующие или аварийный механизм, срабатывающий только при изменении осмолярности или кровопотере, и возможный объем аварийного обмена в единицу времени неизвестен.
Реология крови
Кроме перечисленных законов, которым подчиняется движение крови по сосудам, оно подчиняется также законам реологии. Реология — это наука о течении и деформациях. Она рассматривает механическое поведение различных материалов, если в процессе течения и деформации материал проявляет не менее двух из трех основных свойств: вязкость (свойство обратное текучести), пластичность, упругость. В реологии гемореология представляется как частный
вариант реологии.
Кровь обладает по меньшей мере двумя свойствами: вязкостью и пластичностью. Поэтому кровь относят к нелинейно-вязкопластичной среде. Это означает, что главной особенностью такой среды является сочетание переменной вязкости с пластичностью. При этом переменная вязкость зависит от скорости деформации (скорости течения жидкости). Вязкость — это свойство жидкости, сдерживающее ее течение или перемещение.
Таким образом, реологические свойства крови обусловлены тремя главными показателями: вязкостью крови, количеством частиц в крови (форменных элементов, крупных молекул) и скоростью потока крови.
На реологические свойства крови влияют многие факторы:
— Внешней среды (главный — температура): при ↑ Т — вязкость крови и плазмы ↓.
— Взаимодействие (главный — скорость кровотока): при↓ V — вязкость крови ↑, способность к агрегации ↑.
— Плазменные:
↑ гамма-глобулина, фибриногена, жирных кислот, триглицеридов, холестерина — ↑ вязкость крови.
— рН крови независимо от направления — ↑ вязкость крови (ацидоз — разбухание, алкалоз — сморщивание эритроцитов).
Под синдромом повышенной вязкости принято понимать комплекс изменений реологических свойств крови. Комплекс изменений составляют:
1) повышение вязкости плазмы и крови (косвенно — время свёртываемости крови);
2) увеличение гематокрита (Ht);
3) усиление склонности к агрегации (косвенно СОЭ);
4) уменьшение пластичности (или деформируемости) эритроцитов (косвенно pH),
5) увеличение концентрации фибриногена.
Иногда с целью улучшения микроциркуляции приходиться разбавлять кровь. А.Н. Филатовым и Ф.В. Баллюзеком (1972) установлено, что при патологических состояниях, требующих гемодилюции, наиболее оптимальным является разбавление (или разведение) крови на 30 %, что случайно совпадает с гематокритом 30-31 %.
При большем разведении и хорошей скорости потока увеличивается вероятность перехода ламинарного потока в турбулентный вследствие «кувыркания» форменных элементов и крупных частиц крови. Кроме того, избыточная гемодилюция изменяет концентрацию факторов свёртывающей системы крови, что опасно повышенной кровоточивостью.
Регуляция кровообращения
1. Регуляция местного кровотока
а) Электролитные изменения в клетках эндотелия, эластических и мышечных волокнах оказывают влияние на базальный тонус сосудов.
Накопление Nа внутри клеток эндотелия и отек их (с увеличением высоты клеток направленным внутрь сосуда) уменьшают внутренний диаметр сосуда, величину кровотока, увеличивают сосудистое сопротивление. Направление Mg в мышечных волокнах и вытеснение им Са в соответствии с законом Шайна
уменьшает напряжение мышечных волокон, сопротивление сосудов, увеличивает их внутренний диаметр, кровоток.
б) Метаболические факторы: АТФ, АДФ, АМФ, особенно аденозин и молочная кислота, а также накопление Н+ оказывают выраженное местное сосудорасширяющее действие.
2. Нейрогуморальная регуляция.
При этой регуляции импульсы с афферентных волокон на эфферентные переключаются в сосудодвигательных центрах продолговатого мозга.
С этим видом регуляции связывают:
— механизмы кратковременного действия;
— механизмы промежуточного действия;
— механизмы длительного действия.
1) К механизмам кратковременного действия относят:
а) барорецепторные рефлексы;
б) хеморецепторные рефлексы:
в) рефлекс на ишемию ЦНС.
Все эти рефлексы могут реализовываться в течение нескольких секунд. Однако при постоянном раздражении (в течение нескольких дней) они либо полностью исчезают (барорецепторные рефлексы), либо ослабевают (хеморецепторные рефлексы, рефлекс на ишемию ЦНС).
Барорецепторные рефлексы.
А) Это рефлексы с аорты и ее верхних ветвей.
Рецепторы, активизирующие эти рефлексы, расположены в стенке дуги аорты (связаны с левым депрессорным нервом), плечеголовного ствола и общих сонных артерий (связаны с правым и левым депрессорным нервом), в каротидном синусе (связаны с правым и левым синокаротидным нервом).
Депрессорные нервы связаны с Х парой, а синокаротидные нервы с IX парой черепно-мозговых нервов.
Рецепторы возбуждаются при увеличении напряжения и растяжения стенки сосуда при повышении внутрисосудистого давления или механическом воздействии (хирургические манипуляции). Частота импульсов с этих рецепторов прямо пропорциональна изменению систолического артериального давления (САД) от 80 до 180 ммНg. Импульсы поступают к сосудодвигательному и кардио-депрессному центрам. При этом тормозятся симпатические и возбуждаются парасимпатические центры, уменьшается сужение сосудов преимущественно скелетных мышц, а также сила и частота сердечных сокращений.
Барорецепторы обладают свойством адаптироваться к повышенному давлению. Однако при этом их функция не нарушается, то есть при еще большем повышении давления они реагируют, по окончанию их раздражения давление возвращается не на исходный, а на предыдущий, уровень и т.д.
Б) Это рефлексы с крупных вен и предсердий.
Рецепторы расположены в стенке около устья вен и в стенке обоих предсердий. Различают два типа рецепторов:
— А-типа возбуждаются при сокращении предсердий и усиливают влияние симпатического отдела нервной системы. При усилении напряжения и растяжения стенки предсердия, обусловленные его перегрузкой объемом крови, при сокращении предсердия часто (но не всегда) возникает приступ тахикардии — рефлекс Бейнбриджа.
— В-типа возбуждаются при чрезмерном растяжении предсердия до начала его сокращения. При этом усиливается влияние парасимпатического отдела сосудодвигательного центра, которое приводит к брадикардии. Одновременно с ней (особенность реакции) возникает сужение сосудов почек. Кроме всего этого, раздражение рецепторов крупных вен и предсердий через центры осморегуляции в гипоталамусе уменьшает секрецию гормона вазопрессина.
Рефлексы с артериальных хеморецепторов.
Они расположены в дуге аорты, синокаротидных зонах. Их раздражителями являются снижение напряжения кислорода в артериальной крови (РаО2) и повышение напряжения углекислоты (РаСО2) или увеличение концентрации Н+ в артериальной крови. От этих рецепторов импульсы поступают и в сосудодвигательный, и в дыхательный центры в продолговатом мозге. В итоге возникают прямо противоположные реакции. Если исключить влияние изменения механики дыхания на кровообращение посредством ИВЛ, то возбуждение хеморецепторов приводит к сужению сосудов и уменьшению ЧСС.
При этом эффект сужения сосудов преобладает над эффектом уменьшения ЧСС.
Заключается в возбуждении сосудодвигательного центра продолговатого мозга. Она сопровождается сужением сосудов и повышением АД. Она возникает при снижении кровоснабжения головного мозга, нарушениях при сосудистой патологии головного мозга, при снижении содержания кислорода в артериальной крови и повышении содержания СО2 и Н+.
При этом повышение содержания СО2 и Н+ возбуждает центры продолговатого мозга либо через ретикулярную формацию, либо путем раздражения внеклеточно расположенными Н+ хеморецепторов поверхности ствола мозга (увеличение кислотности ликвора). Эта реакция (по наблюдениям у пилотов) кратковременна и быстро становится не эффективной при не устранении причины.
2). К механизмам промежуточного действия относят:
а) Изменения транскапиллярного обмена;
б) Реакцию ренин-ангиотензивной системы;
в) Релаксацию напряжения.
Последнее мало известно врачам.
Различают прямую релаксацию напряжения. Суть её состоит в следующем: при внезапном увеличении объёма крови в сосуде, давление крови вначале резко повышается. При этом эластические волокна сосуда растягиваются, а мышечные волокна сокращаются. Затем, хотя объём крови в сосуде не изменяется и эластические волокна остаются в прежнем состоянии, мышечные волокна расслабляются, приводя свой тонус в соответствие со степенью растяжения эластических волокон. Давление в сосуде понижается.
Различают обратную релаксацию напряжения. При внезапном снижении объёма крови в сосуде давление крови вначале резко понижается. При этом усиливается напряжение эластических волокон сосуда, а мышечные волокна расслабляются. Затем хотя объём крови в сосуде не изменяется и эластические волокна остаются в прежнем состоянии, мышечные волокна сокращаются, приводя свой тонус в соответствие со степенью напряжения эластических волокон. Давление в сосуде повышается.
3). Механизмы длительного действия касаются регуляции связи:
внутрисосудистый объём — ёмкость сосудистой системы — внеклеточный объём жидкости. Эта сложная регуляция осуществляется посредством:
а) почечной регуляции объема жидкости;
б) вазопрессина;
в) альдостерона.
В центральной регуляции кровообращения выделяют три уровня регуляции:
В ретикулярной формации продолговатого мозга, бульбарных отделах моста имеются образования, объединяющиеся в так называемые медуллярные и ромбэнцефальные центры. От них начинаются симпатические сосудосуживающие, сердечные положительно хроно- и инотропные нервы. Здесь же берёт начало блуждающий нерв.
2. «Центры» гипоталамуса.
В каудальных отделах «эрготропные зоны». Раздражение сопровождается ↑ АД, ↑ ЧСС, ↑ СВ, ↑ активности других отделов ЦНС, вызывающих «состояние тревоги» (возбуждение и настороженность) и в крайних случаях — ярость, агрессию, страх.
В ростральных отделах располагаются «трофотропные зоны». Раздражение сопровождается торможением сердечно-сосудистой системы и реакциями внутренних органов, способствующими восстановлению организма (потребление и переваривание пищи, активизируются меридианы: желудка — поджелудочной железы — селезенки, тонкого кишечника — сердца, печени — желчного пузыря).
Здесь две области:
А. Палеокортекс: медиальные поверхности полушарий и базальные поверхности лобных и теменных долей. Их раздражение вызывает разнонаправленные сердечно-сосудистые реакции (прессорные, депрессорные).
Б. Неокортекс: наружная поверхность полушарий, особенно премоторная и моторная зоны. Их раздражение вызывает также разнонаправленные сердечно-
сосудистые реакции (прессорные, депрессорные). Преимущественно прессорные. При раздражении двигательных зон возникает «состояние тревоги», но без аффективных проявлений (без ярости, агрессии, страха). В целом исследования центральной регуляции кровообращения труднодоступны, поэтому мало изучены.
Определение показателей центральной гемодинамики
Чтобы определить величину ИПК и ИПО2 необходимо знать величину сердечного индекса (СИ). Чтобы знать величину СИ, надо определить величину СВ (т.е. МСВ) или УО (УСВ). К настоящему времени предложено более 30 методов определения величины СВ или УО. Из них наиболее главными считаются следующие:
1. Основан на принципе A.Fick. Метод, основанный на принципе или гемодинамическом законе A.Fick исторически признан эталонным. Для специальности анестезия и интенсивная терапия методически он ценен тем, что его можно многократно использовать у одного и того же больного. Однако практически он пока считается достаточно трудоёмким.
2. Метод гемодилюции, предложенный W.F.Hamilton в 1928 г. Мало пригоден для отделения интенсивной терапии, так как обладает эффектом накопления вводимого в вену вещества (краситель), поэтому при повторном использовании метода у того же больного еще не выведенная часть вещества будет влиять на точность измерения. Разновидностью этого метода является радиологический метод.
3. Метод термодилюции, предложенный в 1968г. M.A.Brauthweite, K.D.Bredley и усовершенствованный в 1971-1972 гг. W.Ganz, H.Swan. Это инвазивный метод, требующий введения многоканального катетера так, чтобы окончание одного канала было в полости правого предсердия, а другого (с высокоточным термистором в конце) — в легочной артерии. Кроме специального катетера в комплекс входит прибор, регистрирующий изменение температуры крови после введения «навески» раствора в правое предсердие, и рассчитывающий величину СВ. Метод многократный, так как не обладает эффектом накопления. При соблюдении технологии использования достаточно точный, по сравнению с методом, основанным на принципе A.Fick. Но требует определенных умений, пока всё ещё дорогостоящий, немаловажно и то, что он инвазивный. В целом он считается опасным и неприемлимым для большинства больниц.
4. Электрофизиологические методы: эхо-кардиографический, доплер-кардиографический, импедансный или реографический. В этой группе методов наибольшей точностью обладает реографический. Он наименее дорогостоящий, неинвазивный, его можно использовать многократно у одного и того же больного. Этот метод доступен для отделения интенсивной терапии больницы любой мощности. Даже в США, где наибольшее распространение получил метод термодилюции, начинает обосновываться предпочтение импедансному методу.
Этим методом можно определить УО с ошибкой не более 10%, что приемлемо для клиники. Следует отметить, что один их наиболее распространенных методов (термодилюции) позволяет определить величину СВ, второй (импедансный или реографический) — величину УО. Исходя из их величин можно получить величины других показателей центральной гемодинамики, которые именуются производными от СВ или от УО.
Итак, посредством ипедансного метода определили величину УО в см3. Далее можно определить величины следующих показателей.
СВ (МСВ) = УО * ЧСС в см3/мин.
Этот показатель принято описывать в л/мин (после деления произведения на 1000). Надо отметить, что этот классический показатель сам по себе не обладает достаточной информативностью (рисунок 6)
Рисунок 6 — Информативность МСВ (СВ).
Из рисунка видно, что при нормальных величинах ЧСС (Х1) и УСВ (УО) (У1) мы имеем нормальную величину СВ (это площадь прямоугольника). Такую же площадь прямоугольника (такую же величину СВ) можно получить при брадикардии (Х2) с увеличенным УО (У2) и при выраженной тахикардии (Х3) со сниженным УО (У3). Все это качественно различные состояния организма, хотя во всех случаях СВ одинаков (площади всех трёх прямоугольников равны друг другу).
Из СВ исходит другой показатель – объёмный поток крови (ОПК):
ОПК = СВ см3/мин / 60 с в см3/с
Видимо не совсем полная удовлетворенность МСВ заставила клиницистов ввести (Kirklin, 1948 г.) другой показатель — СИ.
СИ = СВ / S в л/мин/м2
где S — площадь тела человека в м2, ее можно определить по номограмме Дюбуа или Оркина, можно вычислить: S = m 0,423 * l 0,725 * 0,007184 (где: m — масса тела человека в кг., l — рост человека в м.).
Где АДср или СДД – среднединамическое давление определяется как 1/3*(САД-ДАД)+ДАД).
В соответствии с уравнением Л.З. Полонецкого (1985 г.) можно определить давление наполнения левого желудочка.
ДНЛЖ = 742 * Тр — 19 в мм Hg,
где: Тр — период расслабления левого желудочка в секунду (определяется из реограммы).
В.И.Лищук в соответствии с уравнениями Е.Старлинга ввел такие показатели, как насосный коэффициент (НК) левого (НКл) и правого (НКп) желудочков для характеристики производительности каждого желудочка как насоса.
НКл = СИ / ДНЛЖ *10 в Г*см/с.
Аналогично можно получить приближенное к классическому виду уравнение:
НКп = СИ / ЦВД *10 в Г*см/с.
В связи с тем, что известна величина СИ и, следовательно, величина ИПО2, становится возможным объективно определить энергетические возможности больного (ЭВБ), исходя из величины его аэробных способностей (ИПО2): ЭВБ = 7,2 * ИПО2 * S в ккал/сут.
Дело в том, что тяжелым больным с целью обеспечения их энергией назначаются средства, имеющие соответствующую калорическую ценность (глюкоза и т.д.). При их назначении обычно исходят из того, что в условиях основного обмена (то есть когда человек в покое и не выполняет никакой физической нагрузки) энергетические потребности организма (в среднем) составляют приблизительно 1800-2000 ккал/сут. В соответствии с этим подбирается количество и состав «питательных» растворов, которые вводятся больному в вену или через зонд в желудочно-кишечный тракт. Все это правильно, но с затаившейся ошибкой. Назначенные растворы являются всего лишь энергоносителями и не более. Чтобы из энергоносителя получить энергию, энергоноситель надо окислить (сжечь). Однако никто не определяет и не вычисляет: хватит ли фактически потребляемого больным кислорода на окисление
назначенного количества энергоносителей? Если количество назначенных энергоносителей будет избыточным, то организм постарается в лучшем случае вывести избыточную часть энергоносителей. В худшем случае введенные энергоносители из-за недостатка окислителя (кислорода) окислятся до промежуточных продуктов. А это, как правило, кислоты. Они и становятся дополнительной причиной метаболического ацидоза у больного. Из этого можно сделать очень важный вывод: при гипоксемии энтеральное или особенно парэнтеральное питание неэффективно и может наносить вред!
Принято классифицировать варианты центральной гемодинамики исходя из величины СИ и ОПСС. Используя наиболее удачное название каждого варианта, приводим эту классификацию.
|
Вариант центральной гемодинамики |
СИ в л/мин/м2 |
ОПСС дин*с*см-5 |
|
>4 3 — 4 <3 |
↓ нормы 1200-1700 ↑ нормы |
В более поздних публикациях часто используются другие названия этих вариантов кровообращения – гиперкинетический, нормо- или эукинетический и гипокинетический.
В некоторых клинических ситуациях, в зависимости от эффективности работы сердца, могут наблюдаться неклассические варианты кровообращения.
Например, при гипертоническом кризе – при первичном повышении ОПСС и достаточной мощности сердца, СИ может быть нормальным или повышенным.
Однако, будет иметь место гипоперфузия – гипоциркуляция с повышенной постнагрузкой и, по нашему мнению, такой вариант кровообращения следует относить к гипоциркуляторному. Поэтому и термины «–кинетический» не совсем соответствуют предлагаемой классификации.
Клиническая диагностика вариантов кровообращения
Для врача чрезвычайно важно дифференцировать вариант кровообращения у тяжёлого больного. Однако не всегда и не везде есть возможность определения параметров ЦГ. Поэтому очень важно уметь по клиническим признакам определить состояние кровообращения.
Очень просто написать, что у больного есть сердечно-сосудистая недостаточность (более точно – дисфункция), сложнее обосновать это утверждение, оценить степень компенсации и уточнить что превалирует – сердечная или сосудистая недостаточность (дисфункция). Термин дисфункция более применим в практике интенсивной терапии, т.к. гипертонический криз нелогично называть недостаточностью, хотя он и приводит к её развитию.
Клинические признаки дисфункции сердечно-сосудистой системы:
— Предположить наличие сердечно-сосудистой дисфункции можно, в первую очередь, на основании ненормальных АД, ЧСС, ЦВД. Однако нормальные величины этих показателей могут быть и при наличии скрытых – ещё компенсированных нарушений.
— Состояние кожных покровов – холодные или горячие — являются признаком изменённого сосудистого тонуса.
— Диурез – снижение или повышение мочеотделения также могут быть признаком дисфункции кровообращения.
— Наличие отеков и влажных хрипов в лёгких.
Функциональные показатели для оценки состояния кровообращения.
— Физиологический прирост АД к ЧСС – в норме зависимость величины САД от ЧСС отражается следующим уравнением:
САД = ЧСС + 40(±10)
Это значит, что при ЧСС 80 в минуту САД должно быть от 110 до 130 мм рт.ст.
Соответственно при ЧСС 120 в минуту САД должно быть как минимум 150 мм рт.ст.
— Индексы кровообращения (индексы Туркина). Первый из них определяется отношением СДД и ЧСС. Если это отношение равно 1 или близко к 1 (0,9-1,1), то СВ в норме. Второй определяется отношением СДД в мм рт.ст и ЦВД в мм вод.ст. Если это отношение равно 1 или близко к 1 (0,9-1,1), то артериальные и
венозные потоки крови равны.
Исходя из этих положений можно выявить, и на основании имеющихся данных необходимо попытаться диферинцировать вид дисфункции сердечно- сосудистой системы. Главное попытаться, а не просто констатировать клинические данные.
Гипоциркуляторный вариант кровообращения
Наиболее распространённый в практике интенсивной терапии. Характерен для «холодных» шоков (централизация), потерь жидкости, сердечной недостаточности, стресса. Опасен повышенной постнагрузкой и увеличением потребности в кислороде сердца. Клинически может проявляться отсутствием прироста САД к ЧСС при холодных кожных покровах. При этом САД может быть нормальным или сниженным, обычно на фоне тахикардии.
При гипертоническом кризе и высоком АД, кожные покровы могут быть и тёплыми.
Опасность этого варианта кровообращения не только в дисбалансе между высокой нагрузкой на сердце и его возможностями (у больных с скомпроментированным сердцем возможна декомпенсация), но и в том, что при гиперкоагуляции и длительном периоде централизации возможен необратимый блок микроциркуляции – патогенетическая основа развития полиорганной недостаточности.
Уровень САД можно считать критерием наличия или отсутствия сердечной недостаточности: если при повышенной постнагрузке (ОПСС>1700) и холодных кожных покровах отсутствует физиологический прирост САД к ЧСС, то однозначно имеет место сердечная недостаточность – сердце не способно продавливать кровь через спазмированную периферию с достаточной силой. Подтверждением наличия сердечной недостаточности является нормальное или повышенное ЦВД.
Если сердце способно прокачать повышенную постнагрузку, то САД повышено (гипертонический криз) и потребность миокарда в кислороде высокая. Величина ЦВД будет зависеть от ЧСС и волемии. При тахикардии нормальное или повышенное ЦВД сигнализирует о скорой декомпенсации.
Особенно «опасны» больные, имеющие отеки и нарушения ВСО. При контроле сатурации плетизмограмма имеет низкую амплитуду, особенно при низком АД.
В любом случае – первоочередная задача врача – устранить причину повышенной постнагрузки и нормализовать ОПСС — снизить его, используя вазодилятаторы: изокет, магнезию, β-блокаторы, ганглиоблокаторы.
Применение вазодилятаторов на фоне низкого давления выглядит «не логичным и опасным». Но в этом есть патогенетическая логика – уменьшить нагрузку и дать сердцу развить возможную мощность, так же как логично разгрузить машину, чтобы она заехала на гору. Необходимо понимать, что при гипоциркуляции (и так повышенном ОПСС) введение вазопрессоров с целью поднять давление – кривая и тупая «логика», свойственная безграмотным врачам, не знающим патофизиологию. При такой тактике машину еще больше загружают, что неизбежно приводит к перегреву и остановке двигателя, его поломке, а применительно к сердцу – к смерти больного.
Для уточнения наличия этого варианта нарушения кровообращения можно провести пробу с магнезией или изокетом. Магнезию (при отсутствии противопоказаний – см.инструкцию по применению) вводят в количестве 5-10 мл болюсно в/в, контролируя ЧСС и АД. Изокет – 0,5мл 0,1% р-ра разводят до 20 мл физ.р-ром и вводят в/в 0,5-1мл под контролем ЧСС и АД. Проба считается положительной, если на фоне введения магнезии или изокета ЧСС уменьшается, а АД приближается к норме – исходно сниженное поднимается, а исходно повышенное снижается, улучшается состояние и кожных покровов.
На фоне стресса обязательно применение седативных или обезболивающих препаратов. При отсутствии артериальной гипертензии обязательно введение кардиотоника – дофамина в почечной или кардиотонической дозировке. Мочегонные препараты только при признаках гипергидратации – при наличии отёков и гемодилюции, и то после снижения постнагрузки и стабилизации АД. Очень частая ошибка терапевтов и невропатологов – применение мочегонных при ОКС, гипертонических кризах и инсультах на фоне гемоконцентрации – данная тактика только ухудшает состояние больных за счёт ухудшения реологии крови и свидетельствует о полном непонимании патогенеза критических состояний.
Вопрос о необходимости объемной инфузии решают, ориентируясь на:
— наличие потерь жидкости или крови (плазмы), особенно острых-быстрых, предшествующих развитию критического состояния;
— комплексные признаки дегидратации – гемоконцентрация, снижение тургора и сухость кожных покровов, языка;
— низкое ЦВД или его снижение после начала вазодилятационной терапии;
— снижение артерио-венозной разницы по кислороду и увеличение лактата за счет нарушения капиллярной перфузии.
— пробу на инфузию – быстро (10-20мл в минуту) вводят 200-400мл физ.р-ра под контролем ЧСС и АД. Если при этом уменьшается тахикардия и нормализуется АД, то это говорит в пользу объемной инфузии.
Проведение объёмной инфузии при отсутствии вышеперечисленного комплекса клинических и лабораторных признаков или до начала вазодилятации приведет к выдавливанию всей инфузии в интерстиций. При наличии признаков нормо- и гипергидратации объёмная инфузия не показана, так как необходимо вернуть жидкость из интерстиция в сосудистое русло, а не продолжать его переполнять. Необходимо понять, что сосуды не «резиновые», чтобы воспринимать объемную инфузию и вмещать ее без предварительного изменения тонуса – нужно сначала расслабить артериолы, увеличить количество функционирующих каппиляров, т.е. увеличить емкость «сосудистого вместилища». Резервная емкость венозной системы определяется изменением конфигурации вен из «сплющенных» до округлых и ориентировочно составляет не более 800-1000мл у взрослого человека и не может оправдать инфузионную терапию в несколько литров.
Нормоциркуляторный вариант кровообращения
Чаще всего свидетельствует о нормальном функционировании ССС. Однако при разной производительности сердца при разных условиях, но при нормальном ОПСС может быть и выраженная дисфункция ССС. Например, если достаточная производительность сердца и достаточный уровень АД поддерживается за счет тахикардии. Могут наблюдаться и клинические варианты, когда может иметь место артериальная гипотония или гипертензия на фоне любых нарушений ритма. В этих случаях имеет место отсутствие физиологического прироста АД к ЧСС, или его избыточный прирост. Состояние кожных покровов зависит от уровня АД.
Тактика коррекции будет зависеть от первопричины, которую необходимо устранить в первую очередь, и вида нарушений ритма. Необходимо учитывать воздействие на ОПСС препаратов, которые решено применять для лечения, чтобы не усугубить гемодинамическую ситуацию.
Гиперциркуляторный вариант кровообращения
Патологический вариант кровообращения, более «легкий» для сердца, но чрезвычайно опасный, т.к. обычно развивается на фоне нарушения регуляторных механизмов сосудистого тонуса, связанных с тяжелыми нарушениями КЩС, ВСО, интоксикацией или выраженной дисфункцией ЦНС или надпочечников. Этот вариант кровообращения сопровождает анафилаксию, септический шок.
Опасен снижением скорости кровотока, особенно на фоне гиперкоагуляции (ДВС синдрома), когда развиваются массивные генерализованные микротромбозы, блокирующие микроциркуляцию во всех органах и приводящие к необратимой полиорганной недостаточности. Также, за счет снижения скорости кровотока, уменьшается доставка кислорода к тканям, прогрессирует метаболический ацидоз, что еще больше нарушает регуляцию сосудистого тонуса. В конечном итоге, за счет блока микроциркуляции и повышения ОПСС, гиперциркуляция сменяется гипоциркуляцией, предвещая печальный исход.
Клинически характеризуется хорошим периферическим кровотоком даже при низком АД. Сопровождается компенсаторной тахикардией и высокой амплитудой плетизмограммы при контроле сатурации, опять же, несмотря на низкое АД. Обычно сопровождается повышенным диурезом. Диурез сохраняется даже при АД, меньшим, чем «почечный порог» — САД ниже 80 мм.рт.ст.
Подтвердить данный вариант кровообращения можно «мезатоновой пробой» (Туркин В.Ф.) — мезатон 0,5мл (5мг) разводят до 10-20мл и начинают дробно (по 1-2мл р-ра) вводить в/в с интервалами в 1-2 минуты под контролем ЧСС и АД. Проба считается положительной, если при введении мезатона значимо снижается ЧСС и увеличивается АД. Это подтверждает наличие сосудистой недостаточности и определяет показания для дозированного введения мезатона.
Дозу мезатона подбирают с учетом величины ЧСС и АД. Обычно достаточно введение 2-5мг мезатона в час (4мл мезатона на 20мл физ.р-ра, скорость перфузора – 1-3мл в час). Необходимо контролировать и состояние кожных покровов, чтобы со временем не перевести сосудистую недостаточность в периферический спазм. По мере стабилизации состояния, дозу мезатона уменьшают, опять же, ориентируясь на ЧСС, АД и состояние кожных покровов.
Удобно введение мезатона подкожно (0,5-1мл 1%р-ра), когда срабатывает «автоматизм резорбции» — при расслабленных сосудах резорбция хорошая и доза мезатона, попадающего в кровоток высокая, по мере спазмирования периферии степень резорбции уменьшается и доза «автоматически» уменьшается.
Следует подчеркнуть, что обычно развивающаяся при гиперциркуляции тахикардия носит компенсаторный характер и лечить ее антиаритмическим препаратами непатогенетично и опасно – устранение механизма компенсации при неустраненной причине приводит к сердечной недостаточности или к ее декомпенсации. Тем более, что практически все антиаритмические препараты еще более уменьшают ОПСС.
Гиперциркуляция достаточно часто сопровождает регионарные методы анестезии за счет симпатического блока и регионарной вазодилятации. В таких случаях, при отсутствии гемоконцентрации и явного дефицита жидкости, протекает благоприятно, так как хорошо коррегируется введением симпатомиметиков (эфедрин или мезатон дозировано или подкожно). Однако, в таких ситуациях достаточно часто применяют и объемную инфузию, заполняя дилятированные сосуды.
При решении вопроса о необходимости применения вазопрессоров или объемной инфузии при регионарной анестезии, необходимо учитывать несколько факторов и представлять отдаленные последствия — через несколько часов прекратиться действие анестетика и восстановиться сосудистый тонус – емкость сосудистой системы уменьшиться. Если сердце здорово и почки функционируют нормально, то организм достаточно быстро избавиться от избыточной инфузии. При неполноценной же функции почек и наличии хронической сердечной недостаточности вся инфузированная жидкость (за исключением коллоидов) не уйдет через почки, а выдавиться в интерстиций, прежде всего в ткань мозга, в легкие и в кишечник. Последствия понятны и достаточно часто наблюдаются в послеоперационном периоде у пациентов преклонного возраста с сопутствующими заболеваниями – энцефалопатия с головными болями (отек ГМ), которую принимают за токсическое действие анестетиков или «подкол»; развитие или декомпенсация сердечно-легочной недостаточности, которую принимают за пневмонию; парез кишечника, который воспринимают как послеоперационный.
При необоснованном применении коллоидов ситуация усугубляется тем, что коллоиды могут «добить» скомпроментированные почки (см.инструкцию по применению), либо, уходя рано или поздно в интерстиций, поддерживать отеки.
Особенно быстро коллоиды уходят в интерстиций при любой интоксикации – синдроме капиллярной утечки.
Влияние медикаментов на показатели кровообращения
Необходимо помнить, что практически любой препарат в той, или иной мере воздействует на показатели кровообращения, иногда регионарного. В настоящее время такая информация пока ещё не всегда указывается в инструкции по применению. Обычно изучается действие фармаколгических средств на организм с использованием параметров ЦГ. Основоположником таких детальных исследований можно считать Крис Р.Манк. Им предложено целенаправленно изучать действие лекарственных средств на ДНЛЖ, СИ и ОПСС.
Во всяком случае, необходимо стараться учитывать известное влияние препаратов на гемодинамику, особенно нарушенную, чтобы не усугубить ситуацию.
Кардиотоническая поддержка
Кардиотоническая (инотропная) поддержка в условиях отделения интенсивной терапии может быть обеспечена введением дофамина.
Суть и эффект кардиотонической поддержки определяется фармакологическим действием дофамина на сердечно-сосудистую систему.
Дофамин в кардиотонической дозировке повышает производительность и выносливость сердца за счет оптимизации сердечного выброса – увеличения его скорости без повышения потребности в кислороде и без увеличения ОПСС. За счет этого уменьшается ЧСС, повышается АД.
Также дофамин обладает мягким диуретическим эффектом. В почечной дозировке за счет дилатации почечных сосудов, а в кардиотонической и за счет повышения скорости общего кровотока и активизации эффекта Бернулли – жидкость из интерстиция начинает более интенсивно поступать в сосудистое русло, а далее выводиться через почки.
Показанием для начала кардиотонической поддержки являются любые нарушения кровообращения, за исключением тех, которые сопровождаются артериальной гипертензией. Показанием для введение дофамина являются признаки задержки жидкости в интерстиции, хроническая или острая почечная недостаточность, особенно при олигоанурии. Хотя доказано, что дофамин не улучшает прогноз при ренальной ОПН, но улучшение почечного кровотока никому не помешает.
Есть литературные данные, что рутинное-профилактическое назначение дофамина у больных в критических состояниях или после объемных вмешательств, даже при отсутствии клинических признаков нарушений кровообращения, значимо уменьшает количество осложнений и летальность.
Дофамин особенно показан при тахикардии, обусловленной хронической или острой сердечной недостаточностью. Мнение, что дофамин противопоказан при тахикардии, основано на безграмотном его применении в слишком высокой дозе. Так же безграмотен отказ от применения дофамина со ссылкой на нормальное АД, несмотря на отсутствие прироста АД к ЧСС или наличие отеков, в т.ч. и интерстициальных.
В то же время следует помнить об опасности дофамина, а точнее опасности для жизни пациента при его передозировке. Именно дофамином добивают больных в шоковых состояниях, пытаясь поднять АД без устранения причины гипотонии — не устраняя высокую постнагрузку или не восполняя кровопотерю. Только безграмотный врач вводит ампулу дофамина (200мг – 5 мл 4%р-ра) в чистом виде или даже в разведении за несколько минут или за два-три часа. Такой дозой можно убить абсолютно здорового человека! 200 мг дофамина вводятся как минимум 5-8 часов!
Дозировка дофамина рассчитывается исходя из веса пациента: почечная – 3-5мкг/кг в минуту, кардиотоническая – 5-10 мкг/кг в минуту.
Расчет может производиться следующим образом: больному 70 кг при кардиотонической дозе в 5 мкг/кг в минуту, за минуту необходимо вводить 350 мкг (70кг*5мкг), за час 21000мкг (350мкг*60мин) или 21 мг. Одной ампулы – 200мг хватит почти на 10 часов (200мг/21мг). Скорость введения будет зависеть от способа введения. Если 200мг развести до 20мл и вводить перфузором (шприц-дозатором), то скорость будет составлять примерно 2мл в час. Если 200мг развести на 400мл физ.р-ра, то этот флакон будет капаться примерно 10 часов, т.е. 40 мл в час = примерно 0,65 мл в минуту(40мл/60минут). Если в одном мл 18 капель (количество капель в 1 мл обычно пишут на упаковке системы), то скорость будет составлять примерно 12 капель за минуту. Если во флакон на 400 мл добавить 2 ампулы дофамина (400мг), то скорость соответственно уменьшиться в 2 раза – примерно 6 капель за минуту.
Такой расчет, так же как и рекомендованные дозы, достаточно относительны. После начала введения, минут через 10-15, необходимо оптимизировать скорость введения с учетом клиники. При недостаточной дозе клинического эффекта в виде уменьшения тахикардии или подъема АД не будет, а при передозировке тахикардия увеличиться. Таким образом, необходимую кардиотоническую дозу можно подобрать, изменяя – повышая скорость введения до повышения ЧСС, а затем уменьшив скорость введения на 20-25%.
Одним из условий эффективного и безопасного применения дофамина является правило его введения через отдельный катетер или через отдельный просвет многопросветного катетера. Суть такой рекомендации в том, что если просвет катетера будет заполнен раствором дофамина, а это 2-3мл раствора, и в это время через катетер начать вводить другой раствор или препарат, то в кровоток попадет сразу несколько мг дофамина. Это, обычно, вызывает тахикардию, аритмию, артериальную гипертензию и может стать причиной остановки сердца. Именно поэтому также рекомендуется использовать растворы дофамина с низкой концентрацией – 1-2 ампулы (200-400мг) разводят в 250-500 мл физ.р-ра.
Список использованных источников
1 Fick A. Mechanische Arbeit und Warmeentwicklung bei der Muskeltatigkeit.- Leipzig, 1982.- 273 S.
2 Putterman C. The Swan-Gans catheter: A decade of hemodynamic monitoring. //J.Crit. Care.- 1989. — №4. — Р.127-146.
3 Swan H.J. Balloon flotation catheters: their use in hemodynamic monitoring in clinical practic// J.A.M.A. – 1975.-Vol.233-P.865
4 Багатурия Д.Ш. Допплер-эхокардиографическое определение степени легочной гипертензии и давления в правом желудочке у больных с дефектами межжелудочковой перегородки. //Кардиология.-1991.-№6.-С.67-70.
5 Дерябин И.И., Насонкин О.С. Травматическая болезнь. – Л.: Медицина, 1987. – 246 с.
6 Карпман В.Л. Физиология сердечного выброса. -Киев, 1970. –С.175-180.
7 Кассиль В.Л. Искусственная вентиляция лёгких в интенсивной терапии. -М.: Медицина, 1987. -255 с.
8 Кедров А.А. Электроплетизмография как метод объективной оценки кровообращения: дис.канд.мед.наук., Л., 1949.
9 Костантинов Б.А., Сандриков В.А., Яковлев В.Ф. Оценка производительности и анализ поцикловой работы сердца. – Л.: Медицина, 1986. – 98 с.
10 Крис Р.Манк. Новые инотропные препараты, применяемые в интенсивной терапии. // Вестник интенсивной терапии. – 1992. — №1. – С.43-44.
11 Лебедева Р.Н. Осложнения в системе кровообращения после хирургических вмешательств. – М., 1989. – 176 с.
12 Лищук В.А. Математическая теория кровообращения. – М.: Медицина, 1991. – 256 с.
13 Лынёв С.Н. Оценка кислородтранспортной функции крови. //Анестез. и реаниматол. — 1986. — №2. — С.57-59.
14 Малышев В.Д., Острая дыхательная недостаточность. М.: Медицина, 1989.- 240 с.
15 Маршалл Р.Д., Шеферд Д.Т. Функция сердца у здоровых и больных /пер. с англ./.- М., 1972.- 391 с.
16 Митьковская Н.П., Пименова Т.Н. Ультразвуковая оценка состояния сердца и давления в легочной артерии у больных ревматическими заболеваниями. //Тер.архив. – 1992. — №12.- С.37-41.
17 Морган Дж.Э., Мэгид С.М. Клиническая анестезиология. Книга вторая. -М.: Бином, 2000г.- 365 с.
18 Мухарлямов Н.М., Беленков Ю.Н. Ультразвуковая диагностика в кардиологии. – М.: Медицина, 1981. -188 с.
19 Плесков Л.П., Мазурина О.Г. Гемодинамический мониторинг: современные тенденции развития. //Анестез. и реаниматол. — 1998. — №3. — С.44-48.
20 Полонецкий В.Г. Клиническая реография. //Кардиология. -1985. — №3. — С.50-52.
21 Пушкарь Ю.Т. и др. Определение сердечного выброса методом тетраполярной грудной реографии и его метрологические возможности. //Кардиология.- 1977. -№7. — С.85-90.
22 Рябов Г.А. Гипоксия критических состояний. – М.: Медицина, 1988. – 288 с.
23 Рябов Г.А. Синдромы критических состояний.- М., 1994. — 368 с.
24 Старлинг Э. Основы физиологии человека /пер. с англ./. – М. 1933. — Т.2. – С. 168-214.
25 Фолков Б., Нил Э. Кровообращение /пер. с англ./. –М.: Медицина, 1976. — 214 с.
26 Чурсин В.В. Моделирование центральной гемодинамики в интенсивной терапии у больных с хирургическими заболеваниями. Дисс к.м.н. – Алматы 2007.
27 Шанин В.Ю. Патофизиология критических состояний. — С.-Петербург, 2003. — С.161-185.
28 Шмидт Р., Тевс Г. Физиология человека /пер. с англ./.- М., 1986.- Т.3.- 425 с.
Внимание!
Если вы не являетесь медицинским специалистом:
-
Занимаясь самолечением, вы можете нанести непоправимый вред своему здоровью.
-
Информация, размещенная на сайте MedElement и в мобильных приложениях «MedElement (МедЭлемент)», «Lekar Pro»,
«Dariger Pro», «Заболевания: справочник терапевта», не может и не должна заменять очную консультацию врача.
Обязательно
обращайтесь в медицинские учреждения при наличии каких-либо заболеваний или беспокоящих вас симптомов.
-
Выбор лекарственных средств и их дозировки, должен быть оговорен со специалистом. Только врач может
назначить
нужное лекарство и его дозировку с учетом заболевания и состояния организма больного.
-
Сайт MedElement и мобильные приложения «MedElement (МедЭлемент)», «Lekar Pro»,
«Dariger Pro», «Заболевания: справочник терапевта» являются исключительно информационно-справочными ресурсами.
Информация, размещенная на данном
сайте, не должна использоваться для самовольного изменения предписаний врача.
-
Редакция MedElement не несет ответственности за какой-либо ущерб здоровью или материальный ущерб, возникший
в
результате использования данного сайта.
УДК 612.01
Сеченовский вестник. 2Q13. № 4(14). С. 18—24
Ю.Е. Вагин, Yu.E. Vagin,
д.м.н., профессор кафедры нормальной физиологии MD, prof. of the chair of normal physiology
Первого МГМУ им. И.М. Сеченова of the I.M. Sechenov First MSMU
физиология — теоретическая основа медицины
physiology as the thyoretical basis of medicine
КОНТАКТНАЯ ИНФОРМАЦИЯ: Юрий Евгеньевич Вагин, профессор кафедры нормальной физиологии
Адрес: 117588, г. Москва, ул. Тарусская, д. 22, корп. 1
Телефон: 8 (916) 839-24-53
E-mail: YuVaguine@yandex.ru
Статья поступила в редакцию: 18.11.2013
Статья принята в печать: 02.12.2013
CONTACT INFORMATION:
Yurij Evgenievich Vagin, prof. of the chair of normal
physiology
Address: 22-1 Tarusskaya str., Moscow, 117588
Tel.: 8 (916) 839-24-53
E-mail: YuVaguine@yandex.ru
The article received: 18.11.2013
The article approved for publication: 02.12.2013
Аннотация. Настоящая статья посвящена вопросу базовой роли физиологии в медицинской деятельности. Представлена характеристика физиологии, обозначены направления ее развития. Дана краткая история развития физиологической науки c акцентом на российскую традицию. Приведены мысли великих физиологов (Й. Прохазка, К. Бернара, И.М. Сеченова, И.П. Павлова, П.К. Анохина, К.В. Судакова) о базисной роли физиологии в медицине. Описаны физиологические механизмы взаимоотношений врача и пациента. Все нижеизложенное позволяет заключить, что физиология дает не только теоретические знания для клинической медицины, но и философскую основу для врачебной деятельности в целом. Annotation. This paper deals with the problem of basic role of physiology in medical activity. The physiology description and directions of its development are presented. The history of physiology development is observed, especially Russian school of physiology. The thoughts of the great physiologists (Georg Prochaska, Claude Bernard, Ivan Sechenov, Ivan Pavlov, Pyotr Anokhin, Konstantin Sudakov) about the basic role of physiology for the medicine are analyzed. In addition, physiological mechanisms of relationship between a doctor and a patient are described. All mentioned lead to the conclusion that the physiology gives not only theoretical knowledge about the clinical medicine, but also the philosophic basis for the medical activity in general.
Ключевые слова. Физиология, рефлекторная теория, теория функциональных систем, системное квантование поведения.
Keywords. Physiology, reflex theory, functional system theory, system quantization of behavior.
Физиология — медико-биологическая наука, имеющая большое значение для лечебной деятельности врача. Великие физиологи XIX—XX вв. Й. Прохазка, К. Бернар, И.М. Сеченов, И.П. Павлов, П.К. Анохин, К.В. Судаков считали физиологию одной из фундаментальных наук, развивающей клинические знания. Однако в последнее десятилетие медицина обогатилась новыми молекулярными, иммунными и генетическими открытиями. В связи с этим возникает вопрос о значении физиологии в современном комплексе медицинских знаний. Какова роль физиологии в формировании клинического мышления врача? Дает ли физиология сведения только о функциональных процессах организма, или она имеет большее значение, формируя исследовательский тип мышления врача? В связи с юбилейной датой со дня рождения осно-
вателя русской физиологии И.М. Сеченова анализ роли физиологии в медицине имеет значение для подготовки новых медицинских кадров.
ФИЗИОЛОГИЯ — НАУКА О ПРОЦЕССАХ
ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОРГАНИЗМА
Физиология изучает функциональные процессы в организме, регуляцию и саморегуляцию этих процессов, взаимодействие организма с внешней средой и обмен информацией между индивидами. С позиции теории функциональных систем предметом физиологии являются взаимодействия различных функций организма, обеспечивающих системные закономерности, направленные на поддержание жизнедеятельности организма как единого целого.
Различают физиологию растений, животных и человека. Физиология человека включает нормальную физиологию, изучающую функции тканей, органов и систем в здоровом организме, патологическую физиологию, изучающую патологические процессы в организме, и клиническую физиологию, изучающую изменения функциональных процессов в организме при различных заболеваниях. Нормальную физиологию подразделяют на молеку-лярно-клеточную, органную, рефлекторную и системную физиологию. Первая из них — наиболее современная часть физиологии, акцентирующая внимание на клеточных и молекулярных процессах в организме, на организации процессов в клеточных мембранах, на роль органелл и цитоплазматическо-го матрикса, на молекулярных и биохимических процессах в ядре и цитоплазме клеток. Органная физиология — наиболее традиционная часть физиологии, исследующая функции отдельных органов и тканей организма. Рефлекторная физиология изучает нервно-гуморальную регуляцию функций организма. Системная физиология сосредоточена на исследовании механизмов саморегуляции функций организма с помощью функциональных систем, на изучении механизмов поддержания гомеостаза, необходимого для процессов жизнедеятельности, на системных механизмах организации целенаправленного поведения и психических функций человека. Физиологи не соблюдают границ между разными направлениями физиологии, и физиология каждого крупного ученого представляет конгломерат научных знаний [1—13]. В учебные пособия по клеточной и молекулярной физиологии [14, 15] включены элементы рефлекторной физиологии и представления о гомеостазе, который является одним из основных понятий системной физиологии. В учебники по теории функциональных систем организма включают описание рефлексов и объяснения основных клеточных и молекулярных механизмов регуляции физиологических функций [16—18].
Физиология не имеет четких границ, отделяющих ее от других медицинских наук. Она простирает свои интересы как вширь, изучая патологические процессы организма и механизмы возникновения заболеваний, так и вглубь, интересуясь как физико-химическими механизмами функциональных процессов организма, так и психическими функциями человека. Поэтому приходится определять ту условную границу, тот предел знаний по физиологии, который необходим для подготовки будущих врачей. Поэтому содержание и объем физиологических знаний может отличаться в различных университетах, несмотря на единый «Федеральный государственный стандарт» по подготовке медицинских специалистов в России.
Сложность физиологических знаний приводит к ошибочным толкованиям отдельных функциональ-
ных процессов организма в учебниках по физиологии. Это обусловлено разными уровнями подготовки профессоров по физиологии и различием их научных интересов. Одни преподаватели более глубоко разбираются в одних разделах физиологии, а другие — в других. Поэтому не существует идеального учебника по физиологии. Студентам приходится в качестве стержня знаний использовать лекционный материал и учебные пособия, рекомендуемые кафедрой нормальной физиологии. Подготовка студентов по не рекомендованным кафедрой учебникам или получение сведений из интернета обычно приводят к плохому результату на экзамене.
Физиология — это экспериментальная наука. Все ее теоретические положения, законы и свойства сформулированы на основе многочисленных экспериментов на животных и исследовании функций здорового и больного человека. Несмотря на большой объем накопленного фактического материала, физиология — динамически развивающаяся наука, пополняемая новыми знаниями о молекулярных и системных процессах организма.
Физиология — это сложный комплекс знаний, включающий сведения из различных наук. Она использует знания из биологии, физики, химии, математики, кибернетики, анатомии, гистологии, биофизики, иммунологии, генетики. Философские закономерности организации материальных и идеальных процессов используют в сенсорной физиологии, высшей нервной деятельности и разделе общих принципов организации живых существ.
Некоторые разделы физиологии тесно связаны между собой сходными закономерностями. Однако большинство разделов физиологии описывают отличную от других разделов организацию функций организма. При анализе одних функций организма используют знания химии, при описании других разделов — знания физики, а третьих — знания по биофизике и молекулярной биологии. Для качественной подготовки к экзамену по физиологии студенту необходимо знать не только функциональные процессы организма, но и базисные науки.
Глубина изучения физиологии существенно отличается в медицинском колледже и медицинском университете. Среднее медицинское образование включает знания по частным вопросам физиологии. Высшее медицинское образование формирует физиологическое мышление врача. Врач может забыть многие параметры гомеостаза, отдельные механизмы функциональных процессов. Но он должен уметь анализировать возможные нейрогор-мональные взаимодействия функций в организме, уметь предвидеть динамику изменений этих функций при развитии заболевания и при выздоровлении больного.
Физиологические знания используют многие клинические дисциплины. Терапия и хирургия ба-
зируются на знании физиологии кровообращения, крови, дыхания, пищеварения, обмена веществ и энергии, терморегуляции, выделения. Фармакология использует знания о физиологии возбудимых тканей и нервной системы. Знания по гормональной регуляции функций организма нужны для эндокринологии, терапии и хирургии. Урология и гинекология использует материал по физиологии мочеполовой системы. Неврология, психиатрия и медицинская психология базируются на физиологии нервной системы, сенсорных систем и высшей нервной деятельности. Знания функций анализаторов используют в оториноларингологии и офтальмологии.
СТАНОВЛЕНИЕ ФИЗИОЛОГИИ
КАК ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ОСНОВЫ
МЕДИЦИНЫ
Физиология сформировалась как самостоятельная наука в XVIII — нач. XIX вв. К сер. XIX в. физиология объясняла с помощью экспериментов многие функциональные процессы в различных органах и тканях человека и животных. Существенную роль в развитии физиологии сыграла рефлекторная теория. Ее основоположником считают Рене Декарта (1596—1650), французского мыслителя, который постулировал идеалистически-механические представления об отраженной деятельности организма в ответ на раздражения.
В нач. XIX в. чешский физиолог Йиржи Прохазка (1749—1820) заменил механические представления Р. Декарта о регуляторных процессах в организме на биологические. Он первым распространил понятие рефлекса на всю деятельность нервной системы, а не только на деятельность спинного мозга и ствола мозга. Он полагал, что целью рефлекторных реакций организма является использование полезных для выживания организма воздействий внешней среды и устранение организма от вредных воздействий. Рефлекс он называл «компасом жизни», обеспечивающим адаптацию к внешнему окружению организма.
Однако большее значение для медицины имели представления Й. Прохазки на физиологию как фундаментальную медицинскую науку. В 1820 г. была издана его последняя книга. Переведенная в 1922 г. на русский язык, эта книга была издана в Санкт-Петербурге под названием: «Физиология как наука о естестве человеческом». До конца XIX в. книгу Й. Прохазки использовали в России как одно из учебных пособий при обучении студентов физиологии [19].
Известно, что клинические знания формировались из опыта наблюдений врачей за динамикой заболеваний. Первым, кто стал пропагандировать экспериментальное изучение функций организма в
норме и при развитии патологии, был французский физиолог Клод Бернар (1813—1878). Медицинская общественность отмечает в этом году двухсотлетие со дня рождения К. Бернара. Благодаря экспериментальной и пропагандистской работе К. Бернара в течение нескольких десятилетий медицина превратилась из эмпирической науки в экспериментальную. К. Бернар писал: «…я занимаюсь физиологией не ради самой физиологии, но потому, что она есть основа научной медицины». Он считал, что «физиология — это научный стержень, на котором держатся все медицинские науки». «Физиология, наука о жизни, необходимо включает патологию, науку о болезни», — утверждал он в своих сочинениях [20: С. 173, 174].
Отмечая важность анатомических и гистологических знаний врача, К. Бернар добавлял, что «одна анатомия никогда не сможет ничего объяснить» [20: С. 181]. Он придавал большое значение нервной системе в регуляции нормальных патологических процессов. Отмечал, что «.невозможно следить за сцеплением ряда болезненных симптомов, если не знать заранее то участие, которое принимает в этом нервная система» [20: С. 177].
Создатель русской физиологической школы Иван Михайлович Сеченов (1829—1905) обосновал положение о том, что любые непроизвольные и произвольные процессы в организме имеют физиологическую основу. Главный вклад И.М. Сеченова в физиологию заключался в достижении цели его исследований, заявленной им в книге «Рефлексы головного мозга»: «. доказать, что все акты сознательной и бессознательной жизни по способу происхождения суть рефлексы» [21: С. 395]. Он ввел в медицину представления о том, что все функции организма — от функций отдельных органов до психических функций человека — имеют физиологическую основу, независимо от степени изученности этих функций на данном этапе развития физиологии.
Научные труды И.М. Сеченова показали роль физиологии как базисной медицинской науки, формирующей теоретические знания об организации нормальных и патологических функциональных процессов организма, включая поведение человека.
Известно, что для создания новой научной теории не требуется детальное знание существующих теорий. Тщательное изучение известных в науке закономерностей часто препятствует формированию новых научных представлений. Необычные научные взгляды возникают под влиянием новых экспериментальных фактов, труднообъяснимых существующими теориями. Немалое значение для возникновения новой теории имеет личность ученого и его научный опыт. В «Рефлексах головного мозга» И.М. Сеченов признавал, что только частично знаком с идеями современных ему психологов
[21: С. 396]. Тем не менее, накопленный опыт физиологических исследований позволил И.М. Сеченову выдвинуть положение о физиологической основе непроизвольных и произвольных психических процессов. Он полагал, что конкретные физиологические процессы, лежащие в основе психической деятельности, будут изучены в дальнейшем.
До конца XIX в. физиологические исследования проводили почти исключительно в виде острых опытов на животных. Основатель учения о высшей нервной деятельности Иван Петрович Павлов (1849—1936) первым стал указывать на несовершенство острых физиологических экспериментов. Он считал, что такие опыты являются грубым вторжением в организм, что сопровождается усилением одних функций и торможением других. Это означает, что острые опыты могут привести к неправильным выводам о физиологических процессах в организме. И.П. Павлов считал, что постоянным методическим приемом изучения функций организма должны быть исследования на животных с помощью хронических экспериментов.
И.П. Павлов говорил о необходимости изучения не отдельных функций организма, а исследования взаимодействия всех функций животных и человека, направленных на поддержание нормальных условий существования индивидуума. Он гордился тем, что такой подход в физиологических исследованиях — «целиком наша русская неоспоримая заслуга в мировой науке, в общей человеческой мысли» [22: Т. 1. С. 13].
Повторяя мысли К. Бернара, И.П. Павлов полагал, что медицина не может успешно развиваться, используя только наблюдения над больными и клинический опыт лечения заболеваний. Он писал, что «медицина, лишь обогащенная постоянно, изо дня в день, новыми физиологическими фактами, станет когда-нибудь, наконец, тем, чем она должна быть в идеале, т. е. умением чинить испорченный механизм человеческого организма на основании точного его знания, быть прикладным знанием физиологии» [22: Т. 2. Кн. 2. С. 176]. И.П. Павлов считал, что физиология и клиническая медицина взаимообогащают друг друга. Он говорил, что «…физиология и медицина не отделимы. Если врач в действительности, и тем более в идеале, есть механик человеческого организма, то всякое новое физиологическое приобретение рано или поздно непременным образом увеличивает власть врача над его чрезвычайным механизмом, власть — сохранять и чинить этот механизм» [22: Т. 3. Кн. 1. С. 81].
Создатель теории функциональных систем организма Петр Кузьмич Анохин (1898—1974) всегда подчеркивал, что «идеал, к которому мы стремимся — это физиологически мыслящий врач, т. е. врач, который бы за симптомами больного видел физиологию процесса. Если отрешиться от механической
работы врача и сделать работу врача творческой, то это всегда будет физиологическое мышление» [23: С. 140]. Такой стиль мышления формируется у студентов на основе теории функциональных систем, которая изучает функции не отдельных органов, а их взаимодействие, направленное на саморегуляцию жизненно важных функций организма.
Развитие системных представлений в физиологии было продолжено в научно-педагогической школе Константина Викторовича Судакова (1932—2013). Разработав концепцию системного квантования процессов жизнедеятельности, которую успешно использовали его соратники в научной работе, К.В. Судаков уделял большое внимание месту физиологии в медицинских науках. Он писал, что «физиология — часть естественнонаучного знания, направленного на понимание механизмов жизнедеятельности на молекулярном, органном и системном уровнях. На основе частных процессов и механизмов физиология строит системную динамику работы целого организма в его неразрывных связях с окружающей средой» [18: С. 10]. Анализируя значение физиологии для медицины, К.В. Судаков отмечал, что «.нормальная физиология является научной теоретической основой здравоохранения», а «патологическая. является теоретической основой клинических дисциплин» [18: С. 11]. К.В. Судаков считал, что «.отечественная физиология, в отличие от аналитической физиологии Запада, всегда выступала и выступает в тесном союзе с философией. Русские физиологи И.М. Сеченов, И.П. Павлов, А.А. Ухтомский, П.К. Анохин и многие другие в объяснении физиологических закономерностей всегда поднимались до философских обобщений» [24: С. 9].
Имеет значение, что каждый из крупных физиологов обосновывал свою собственную точку зрения на роль физиологии в медицине, не пользуясь высказываниями ранее творивших физиологов. То, что эти мысли были похожи, отражает общее отношение руководителей научных физиологических школ к физиологии как базисной теоретической науке, определяющей лечебную деятельность врача.
ЛЕЧЕБНАЯ РАБОТА
КАК РЕЗУЛьТАТ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО
МЫШЛЕНИЯ ВРАЧА
Физиология формирует теоретическое мышление врача с использованием закономерностей теории функциональных систем организма. Это положение не вызывает сомнений у большинства клиницистов, которые рассматривают физиологию как теоретический базис для клиники. Однако не меньшее значение физиологии заключается в непроизвольном формировании служебных и этических норм взаимоотношений между врачом и пациентом.
Рис. 1. Функциональная система лечебной деятельности врача
Целенаправленное поведение врача организовано по законам теории функциональных систем [25, 26]. Системообразующим фактором такого поведения является планируемое им выздоровление больного (рис. 1). Ряд психофизиологических процессов формирует исходное состояние врача, определяющее своеобразие его лечебной деятельности. Внутренняя потребность в достижении положительного результата лечения формируется у студента-медика в процессе обучения. Она переводится в мозге в мотивационное возбуждение, осознаваемое
врачом. Мотивация к выздоровлению больного становится базисной побудительной причиной целенаправленного поведения врача. Мотивационное возбуждение нервных центров активно извлекает из памяти теоретические медицинские знания, практические навыки лечебной работы и накопленный врачебный опыт. На основе приобретенных врачом навыков происходит анализ жалоб больного, симптомов заболевания, результатов лабораторных анализов и данных инструментальных обследований. Афферентный синтез внешней и внутренней
Рис. 2. Системоквант достижения врачом выздоровления больного
информации о состоянии больного завершается принятием плана лечебных мероприятий. Действуя в соответствии с намеченной программой, врач проводит лечебные процедуры. Они могут включать медикаментозную терапию, хирургическое лечение, физиотерапию, диетологическое лечение, лечебно-физкультурные процедуры, психологическую коррекцию установки сознания больного. Одновременно с программой лечебных мероприятий в мозге врача происходит формирование аппарата предвидения результата запланированных лечебных мероприятий. Постоянный мониторинг состояния пациента в ходе лечения оценивается в нервных центрах предвидения будущего результата лечения. При положительной динамике состояния больного у врача возникает удовлетворение. При ухудшении состояния больного врач испытывает отрицательные эмоции, подталкивающие его к пересмотру плана лечения больного. Функциональная система лечебной деятельности врача завершается выздоровлением больного.
В соответствии с концепцией системного квантования целенаправленного поведения человека [27], системная организация деятельности врача происходит дискретным образом. Потребность врача в лечебной деятельности определяет цепь его последовательных лечебных мероприятий (рис 2). Первичная диагностика состояния пациента сменяется лабораторной диагностикой и инструментальными исследованиями. Лечение пациента может корректироваться в соответствии с динамикой его состояния. На отдельных этапах лечения может происходить временное ухудшение самочувствия пациента, затем сменяющееся улучшением состояния. На каждом этапе системокванта лечения пациента происходит частичное удовлетворение потребности врача в лечебной работе. Системоквант лечебной деятельности врача завершается диагностикой выздоровления пациента и полным удовлетворением профессиональной потребности врача.
Работа врача по системным механизмам приносит наибольшую пользу больным. Однако должностные инструкции врача диктуют осуществление его деятельности по условно-рефлекторному принципу. Действия врача строятся от обращения больного к назначению ему лечения по принципу «стимул — реакция». Обратная связь от больного к врачу о динамике заболевания играет второстепенную роль.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Физиология — наука о закономерностях функциональных процессов организма формирует знания врача о молекулярных и клеточных механизмах организации органов и тканей. Она раскрывает принципы местной, гормональной и нервной регуляции
функций организма. Физиология объясняет правила саморегуляции функций организма, направленных на поддержание гомеостаза с помощью функциональных систем. Она объясняет варианты взаимодействия организма с внешней средой и взаимодействия индивидуумов в социальном обществе.
Физиология — теоретическая медико-биологическая наука, закладывающая основу творческого мышления врача. О великом предназначении физиологии в медицине говорили все выдающиеся физиологи XIX-го, XX-го и XXI-го вв. Исключительное значение физиологии обнаруживается при формировании адекватного для общества стереотипа взаимоотношений врача и больного.
Таким образом, физиология является не просто одной из важных теоретических дисциплин в медицине. Подобно философии по отношению к естественным наукам, физиология создает базис для творческого мышления врача и особый стиль поведения врача в ходе его лечебной работы. Физиология представляет собой философскую основу медицины.
Список литературы
1. Ganong W.F. Review of médical physiology. N.Y.: McGraw-Hill Companies. 2001. 870 p.
2. Despopulos A., Silbernagl S. Color atlas of physiology. N.Y.: Thieme. 2003. 436 p.
3. Нормальная физиология: В 3-х тт. / Под ред.
B.Н. Яковлева. М.: Академия. 2006.
[Normal physiology: in 3 vol. / Ed. By V.N. Yakovlev. M.: Akademiya. 2006.]
4. Нормальная физиология / Под ред. В.П. Дегтярева,
C.М. Будылиной. М.: Медицина. 2006. 736 с. [Normal physiology / Ed. by V.P. Degtyarev, S.M. Budy-lina. M.: Medicina. 2006. 736 p.]
5. Агаджанян Н.А., Смирнов В.М. Нормальная физиология. М.: МИА. 2007. 520 с.
[Agadzhanyan N.A., Smirnov V.M. Normal physiology. M.: MIA. 2007. 520 p.]
6. Физиология человека: В 3-х тт. / Под ред. Р. Шмидта, Г. Тевса. 2007.
[Human physiology: in 3 vol. / Ed. By R. Shmidt, G. Tevs.
2007.]
7. Алипов Н.Н. Основы медицинской физиологии. М.: Практика. 2008. 413 с.
[Alipov N.N. Fundamentals of medical physiology. M.: Praktika. 2008. 413 p.]
8. Гайтон А.К. Медицинская физиология. М.: Логосфера.
2008. 1296 с.
[Gajton A.K. Medical physiology. M.: Logosfera. 2008. 1296 p.]
9. Ward J.P., Clarke R.W., Linden R.W. Physiology at a Glance. Oxford: BlackwellPublishing. 2008. 136 p.
10. Нормальная физиология / Под ред. А.В. Завьялова, В.М. Смирнова. М.: МЕДпресс-информ. 2009. 816 с.
[Normal physiology / Ed. By A.V. Zavjalov, V.M. Smirno-va. M.: MEDpress-inform. 2009. 816 p.]
11. Орлов Р.С., Ноздрачев А.Д. Нормальная физиология. М.: ГЕОТАР-Медиа. 2009. 688 с.
[Orlov R.S., Nozdrachev A.D. Normal physiology. M.: GEOTAR-Media. 2009. 688 p.]
12. Физиология человека. Compendium / Под ред. Б.И. Ткаченко. М.: ГЕОТАР-Медиа. 2009. 496 с. [Human physiology. Compendium / Ed. by B.I. Tkachen-ko. M.: GEOTAR-Media. 2009. 496 p.]
13. Физиология с основами анатомии / Под ред. А.В. Ко-това, Т.Н Лосевой. М.: Медицина. 2011. 1056 с. [Physiology with the basics of anatomy / Ed. by A.V. Kotov, T.N. Loseva. M.: Medicina. 2011. 1056 p.]
14. Boron W.F., Boulpaep E.L. Medical Physiology. Philadelphia: Elsevier science. 2003. 1319 p.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
15. Камкин А.Г., Киселева И.С. Атлас по физиологии: В 2-х тт. М.: ГЕОТАР-Медиа. 2010-2012.
[Kamkin A.G., Kiselyova I.S. Atlas of physiology: in 2 vol. M.: GEOTAR-Media. 2010-2012.]
16. Sudakov K.V., Glazachev O.S., Vagin Yu.E., Ionkina E.G. Physiology of functional systems. M.: Sechenov Moscow medical academy. 2002. 195 p.
17. Судаков К.В., Андрианов В.В., Вагин Ю.Е., Киселев И.И. Физиология человека: атлас динамических схем. М.: ГЕОТАР-Медиа. 2009. 416 с.
[Sudakov K.V., Andrianov V.V., Vagin Yu.E., Kiselyov I.I. Human Physiology: Atlas of dynamic circuits. M.: GEO-TAR-Media. 2009. 416 p.]
18. Судаков К.В., Андрианов В.В., Вагин Ю.Е. и др. Нормальная физиология. М.: ГЕОТАР-Медиа. 2012. 880 с.
[Sudakov K.V., Andrianov V.V., Vagin Yu.E. et al. Normal physiology. M.: GEOTAR-Media. 2012. 880 p.]
19. Прохазка Й. Физиология как наука о естестве человеческом. СПб. 1822. 376 с.
[Prochazka J. Physiology as a science of human nature. St. Petersburg. 1822. 376 p.]
20. Карлик Л.Н. Клод Бернар. М.: Наука. 1964. 270 с. [Karlik L.N. Claude Bernard. M.: Nauka. 1964. 270 p.]
21. Сеченов И.М. Биография. Главные труды / Авт. пре-дисл., биографии и комментариев Князькин И.В., Марьянович А.Т. СПб.: ДЕАН. 2004. 816 с. [Sechenov I.M. Biography. Major works / Authors of the preface, biographies and comments: Knyazkin I.V., Mar-jyanovich A.T. St. Petersburg: DEAN. 2004. 816 p.]
22. Павлов И.П. Двадцатилетний опыт объективного изучения высшей нервной деятельности. Полн. собр. соч.: В 3-х тт. (Изд. 2-е). М.-Л.: АН СССР. 1951. [Pavlov I.P. Twenty years of objective study of higher nervous activity. Omnibus edition: in 3 vol. (2-nd ed.). M.-L.: AS USSR. 1951.]
23. Фадеев Ю.А. В школе П. К. Анохина / Петр Кузьмич Анохин в памяти учеников и последователей. Н. Новгород: Нижегородская гос. мед. академия. 2013. С. 136-141. [Fadeev Yu.A. In the school of P.K. Anokhin / Pyotr Kuzmich Anokhin in memory of pupils and followers. N. Novgorod: Nizhegorodskaya gos. med. akademiya. 2013. P. 136-141.]
24. Физиология. Основы и функциональные системы/ под ред. К.В. Судакова. М.: Медицина. 2000. 784 с. [Physiology. Fundamentals and functional systems / Ed. by K.V. Sudakov. M.: Medicina. 2000. 784 p.]
25. Судаков К.В. Избранные труды. Развитие теории функциональных систем. М.: ГУ НИИ нормальной физиологии им. П.К. Анохина РАМН. 2007; 1: 343 с. [Sudakov K.V. Selected works. Development of the theory of functional systems. M.: GU NII normalnoj fiziologii im. P.K. Anokhin RAMN. 2007; 1: 343 p.]
26. Судаков К.В. Функциональные системы. М.: РАМН. 2011. 320 с.
[Sudakov K.V. Functional systems. M.:RAMN. 2011. 320 p.]
27. Судаков К.В., Кузичев И.А., Николаев А.Б., Щелка-нов В.И. Эволюция терминологии и схем функциональных систем в научной школе П.К. Анохина. М.: Европейские полиграфические системы. 2010. 238 с. [Sudakov K.V., Kuzicheva I.A., Nikolaev A.B., Schelkanov V.I. Evolution of terminology and schemes of functional systems in the scientific school of P.K. Anokhin. M.: Evropejskiepoligraficheskiesistemy. 2010. 238 p.]