Влияние высших нервных центров на активность нейронов симпатической и парасимпатической нервных систем

Метасимпатическая часть

Под метасимпатической нервной  системой понимается комплекс микроганглионарных образований, расположенных в стенках  внутренних органов, обладающих моторной активногстью.[4]

Структура метасимпатической  части отличается относительной  простотой. Здесь нет ядерных  образований и система представлена лишь комплексом интрамуральных ганглионарных  структур, залегающих в стенках полых  висцеральных органов. В соответствии с иннервационными территориями в ней различают энтеральную, кардиальную, респираторную и другие области. Метасимпатическая часть обладает многими признаками, которые отличают ее от других частей автономной нервной системы. Прежде всего эта часть иннервирует только внутренние органы, наделенные моторным ритмом. В сфере ее управления находятся гладкие мышцы, всасывающий и секретирующий эпителий, локальный кровоток, местные эндокринные и иммунные элементы. Метасимпатическая часть получает внешние синаптические входы от симпатической и парасимпатической частей автономной нервной системы и не имеет прямых синаптических контактов с эфферентной частью соматической рефлекторной дуги. Метасимпатическая часть характеризуется наличием собственного сенсорного звена. Представляя базовую иннервацию висцеральных органов, она обладает гораздо большей, чем симпатическая и парасимпатическая части автономной нервной системы, независимостью от ЦНС. Органы с разрушенными или выключенными с помощью ганглиоблокаторов метасимпатическими путями утрачивают присущую им способность к координированной моторной деятельности и другим функциональным отправлениям.[6]

Роль метасимпатической  нервной системы.

Это относительно независимая  самостоятельная интегративная  система, обладающая рядом эволюционных преимуществ: более эффективный  контроль и управление висцеральными  системами. Нет необходимости иметь  большое число длинных нервных  соединительных  путей между ЦНС  и висцеральными органами, а также  уменьшается пространство в центральной  нервной системе, занятой переработкой дополнительной избыточной информации. Например, только одна кишечная часть метасимпатической нервной системы имеет такое же количество клеток (10 в восьмой степени), что и весь спинной мозг. Количество метасимпатических нейронов на один кубический сантиметр поверхности кишки составляет около 20 тысяч.

Большинство реальных и предполагаемых медиаторов метасимпатической нервной  системы являются  и нейротрансмиттерами  в ЦНС. Установлено, что, например, в  энтеральной части метасимпатической  нервной системы медиаторную  роль осуществляют не менее 20 медиаторов и модуляторов холинергической, адренергической, серотонинергической, пуринергической, пептидергической, дофаминергической, ГАМК – ергической и другой природы. Все это основа для широкого диапазона многообразных регуляторных воздействий.

В метасимпатической нервной  системе содержатся также гематоглионарные барьерные структуры, напоминающие по своей функции гематоэнцефалический барьер, защищающие метасимпатические  нейроны от непосредственного воздействия  веществ, циркулирующих в крови.

Метасимпатическая нервная  система программирует и координирует двигательную, секреторную и всасывательную активность желудка и кишечника, активность местных эндокринных  элементов и локальный кровоток. Координация ее деятельности, как  симпатической так и парасимпатической  систем, осуществляется надсегментарными центрами.[9]

Наиболее изучена метасимпатическая  нервная система кишечника и  сердца. В желудочно – кишечном тракте метасимпатическая нервная  система регулирует моторику кишечника  – перистальтику, маятникообразные движения. Это сложный процесс, в  котором еще много не ясного. Пологают, что благодаря рефлекторным дугам, начинающимся с рецепторов (хемо-, механо-), тонкая регуляция кишечника приурочена к процессу гидролиза и всасывания питательных веществ в ЖКТ (желудочно-кишечный тракт). [1]

Тоническая активность

Многие симпатические и  парасимпатические эфферентные  волокна, а также эфферентные  клетки метасимпатической нервной  системы находятся в состоянии  непрерывного возбуждения, получившего  название тонус. Для явлений, обозначаемых этим термином, например, состояния нейронов, иннервирующих сосуды, сердце и другие полые органы, обязательно длительное поддержание постоянного внешнего эффекта. Тонус - одно из проявлений гомеостаза в организме и одновременно один из механизмов его стабилизации.

Тонические влияния симпатической  нервной системы, так же как и  блуждающего нерва, наиболее подробно исследованы на сердце. Преобладание симпатического тонуса обычно оценивают  на основании таких показателей, как учащенный сердечный ритм, незначительность его изменения при атропинизации, слабая выраженность глазосердечного и синокаротидного рефлексов. В сердечных симпатических волокнах поток непрерывных эфферентных разрядов обычно снижается во время вдоха. Симпатической нервной системе принадлежит ведущая роль в создании общего сосудистого тонуса. В зависимости от тонуса сосудодвигательных центров и уровня кислых катаболитов в тканевой жидкости симпатические волокна, иннервирующие мелкие сосуды и сосуды среднего диаметра, приспосабливают кровоток к местным и общим нуждам организма.

Иннервирующие сердце парасимпатические  волокна также находятся в  состоянии непрерывного возбуждения, и передаваемая по ним информация направлена на снижение частоты сердечных  сокращений. Тоническая импульсация  в волокнах блуждающего нерва  постоянно оказывает на сердце отрицательное  инотропное действие, снижая интенсивность  сокращений желудочков. Напротив, ослабление тонуса способствует учащению сердечных  сокращений.

Роль тонуса блуждающих нервов состоит, по-видимому, в создании в сердце значительных резервов, которые используются организмом в ситуациях, сопровождающихся повышенной сердечной деятельностью. Именно снижение этого тонуса, ведущее к возрастанию частоты сердечных сокращений, является основой для быстрой перестройки режима работы органа.[4,5]

Дуга автономного рефлекса

Как и соматическая рефлекторная дуга, дуга автономного рефлекса состоит из трех звеньев: чувствительного (сенсорного, афферентного), ассоциативного (вставочного) и эффекторного. Например, в автономной рефлекторной дуге спинального уровня чувствительное звено образовано клетками спинно-мозговых или периферических ганглиев. Оно может быть общим для автономной и соматической рефлекторных дуг.

Периферические отростки чувствительных клеток разветвляются  во внутренних органах, коже, стенках  сосудов и т.д., центральные же синаптически контактируют со вставочными  нейронами тех или других сегментов. Второе звено этой же дуги может  быть упрощенно представлено в виде скопления нейронов в боковых  рогах спинного мозга. Их отростки покидают спинной мозг в составе вентральных  корешков, вступают в соматические нервные стволы и отсюда в виде белых соединительных ветвей направляются к узлам симпатического ствола. Здесь  происходит переключение части из них  на эффекторные клетки. Третье звено — нервная клетка, мигрировавшая из спинного мозга в один из периферических узлов.

 
 
Принципиальная схема дуги автономного (справа) и соматического (слева) рефлексов:

1 — спинной мозг, 2 — чувствительный нейрон, 3 — спинальный ганглий, 4 — дорсальный корешок, 5 - вставочный (преганглионарный) нейрон дуги автономного рефлекса, 6 — вентральный корешок, 7 - преганглионарное волокно, 8 — паравертебральный узел (узел пограничного симпатического ствола), 9 — белая соединительная ветвь, 10 — двигательный (постганглионарный) нейрон дуги автономного рефлекса, 11 - соматический нерв, 12 — постганглионарное волокно, 13 — серая соединительная ветвь, 14 — висцеральная ветвь, 15 — превертебральный узел (узел брыжеечного сплетения), 16 — кишка, 17 — эффекторный нейрон функционального модуля метасимпатической нервной системы, 18 — функциональный модуль метасимпатической нервной системы, 19 — интернейрон функционального модуля, 20 — чувствительный нейрон функционального модуля, 21 — двигательное соматическое волокно, 22 — двигательный нейрон соматической рефлекторной дуги, 23 — вставочный нейрон соматической рефлекторной дуги .[5]

Узлы могут располагаться  либо около позвоночника (паравертебральные), либо в нервных сплетениях вблизи внутренних органов (превертебральные), либо, наконец, в стенках внутренних органов (интрамуральные).

Дуги местных рефлексов  ганглионарного уровня могут замыкаться в превертебральных и интрамуральных ганглиях, так что в этом случае все составляющие рефлекторную дугу звенья находятся на периферии вблизи или непосредственно в стенке исполнительного органа. При этом чувствительное и эфферентное волокна  могут проходить в составе  одного и того же нервного ствола. [6]

Аксон-рефлекс

Дж. Ленгли, обнаружив установленное  Н.М. Соковниным (1877) явление истинного  местного рефлекса, осуществляемого  в каудальном брыжеечном ганглии  без участия ЦНС и представляющего  собой передачу возбуждения с  чувствительного волокна на двигательную клетку, т.е. явление, не укладывающееся в развиваемое им представление, дал ему иное толкование, назвав этот вид аксон-рефлексом. С тех пор под аксон-рефлексом понимают рефлекторные процессы, осуществляющиеся по разветвлениям аксона без участия тела нейрона. В этом случае возбуждение якобы идет по одной ветви аксона, затем переходит на другую ветвь и по ней эфферентно направляется к эффекторному органу.

При раздражении волокон  от кожных болевых рецепторов возникает  расширение сосудов и покраснение  области, иннервируемой этими волокнами. Тот же эффект сохраняется после  удаления спинного мозга. Его удается  получить и после полной дегенерации  симпатических волокон, иннервирующих  сосудистое русло исследуемого участка  кожи. Эти наблюдения послужили основанием считать, что в основе сосудистой реакции лежит аксон-рефлекс. Такое  объяснение хотя просто и понятно, но основано на косвенных данных. Обеспечивающие аксон-рефлекс соответствующие структуры  гистологически пока не обнаружены, и  само явление не подвергнуто детальному нейрофизиологическому анализу.

В ганглиях автономной нервной  системы аксон-рефлекс возникает  только в искусственной обстановке при электрическом раздражении. Поэтому, для того чтобы установить, является ли он истинным, присущим этому  отделу нервной системы явлением, необходимо воспроизведение этого  рефлекса в адекватных условиях при  действии раздражителя на адекватно  воспринимающую поверхность.

Существует иное объяснение эффектов, объединяемых понятием аксон-рефлекса. Считают, что при возбуждении  кожных болевых рецепторов из их мембран  происходит выделение биологически активных веществ типа субстанции Р  или АТФ, обладающих сосудорасширяющим  действием. Основанием к такому заключению является то, что эти и подобные им вещества действительно обнаружены в рецепторах и чувствительных волокнах. Кроме того, при возбуждении волокон  и рецепторов концентрация в них  указанных биологически активных веществ  резко снижается. [5]

Синаптическая передача

В вегетативной нервной системе существует три вида синоптической передачи: электрическая, химическая и смешанная.

Электрические синапсы располагаются преимущественно там, где необходима быстрая передача возбуждения (например, цилиарный ганглий птиц). В них не бывает синаптической задержки и электрический сигнал проходит большей частью в обоих направлениях. От химического синапса электрический отличается симметричностью и тесным контактом мембран. В местах контакта суженная синаптическая щель перекрыта тонкими канальцами, которые создают возможность быстрого перемещения ионов между клетками. В пре- и постсинаптических образованиях часто встречаются, синаптлческие пузырьки, которые могут находиться одновременно в обеих структурах. Полагают, что они переносят трофические вещества.

Существуют также смешанные синапсы (например, чашечко-образные окончания в цилиарном ганглии цыпленка), в которых электрический контакт занимает только часть площади синапса, остальное же по морфологическим показателям и функциональным свойствам представляет типичный химический синапс.

Синапсы с химической передачей  характеризуются рядом морфологических  особенностей. Эти особенности и  механизмы химической передачи в  автономной нервной системе принципиально  те же, что и в нервно-мышечной концевой пластинке. Однако в автономной нервной системе пре- и постсинаптические образования значительно разнообразнее. Это нейроны, гладкомышечные, железистые и миокардиальные клетки. Широко варьирует также плотность автономной иннервации разных гладкомышечных органов.

На органах с обильной иннервацией находятся прямые нервно-мышечные соединения, в которых расстояние между расширением аксона и мембраной  гладкомышечной клетки составляет около 20 нм. К числу таких органов  относятся семявыносящий проток и ресничная мышца. Здесь гладкомышечные клетки полностью подчиняются нервному контролю и катехоламины крови на них не оказывают действия. У большинства  же кровеносных сосудов адренэргическая  иннервация захватывает только адвентициальную  оболочку и частично прилежащие узкие  участки средней оболочки.

Следовательно, расстояние между расширением аксона и гладкомышечными  волокнами составляет более 80 мм. В  результате такой организации на гладкую мышцу сосудов значительное влияние оказывают катехоламины крови, легко диффундирующие к ней  через интиму. При этом следует  отметить, что общая длина конечных ветвей адренэргического нейрона достигает 30 см, число расширений составляет 250 -300 на 1 мм.

Закономерности функционирования синаптических аппаратов с химической передачей возбуждения были сформулированы относительно давно. Первый принцип заключался в том, что нейрон со всеми отростками выделяет один и тот же медиатор (принцип Дейла). Согласно второму принципу, действие каждого медиатора на нейрон или эффектор определяется природой рецепторов постсинаптической мембраны. Согласно принципу Дейла, каждый нейрон для передачи своей специфической информации использует только один медиатор. Однако, как оказалось позже, наряду с основным в этом нейроне могут присутствовать также другие передатчики и вещества, участвующие в их синтезе.

Сейчас в автономной нервной  системе насчитывается более  десятка типов нервных клеток, которые продуцируют разные медиаторы - ацетилхолин, норадреналин, серотонин  и другие биогенные амины, АТФ  и аминокислоты. В связи с этим их называют холинэргическими, адренэргическими, серотонинэргическими, пуринэргическими и т.п. нейронами. Столько же типов  существует гипоталамических нейронов, продуцирующих нейрогормоны. Согласно Д.А. Сахарову, главной причиной разнообразия медиаторных механизмов является множественность происхождения (полигенез) самих нейронов. [5]

Медиаторы

Ацетилхолин - это вещество, которое в полной мере отвечает требованиям, позволяющим считать его химическим посредником передачи возбуждения. Присутствие ацетилхолина как медиатора было прежде всего установлено в сердце лягушки, затем в сердце млекопитающих и позже во многих периферических и центральных структурах. Сейчас считают, что ацетилхолин высвобождается в окончаниях всех преганглионарных (и симпатических, и парасимпатических) нейронов и большинства постганглионарных парасимпатических нейронов. Кроме того, часть постганглионарных симпатических нейронов, идущих к потовым железам, и, по-видимому, симпатические нейроны, вызывающие расширение сосудов скелетных мышц, также осуществляют передачу с помощью ацетилхолина. Кроме медиаторной роли ацетилхолин обладает и общебиологическим действием. Наиболее чувствительна к нему сердечно-сосудистая система. Он также усиливает легочную вентиляцию, сокращает бронхиальную мускулатуру и понижает бронхиальную секрецию, вызывает усиленную желудочно-кишечную перистальтику, активируя одновременно секрецию желудочных, кишечных и поджелудочных желез. Из-за кратковременного эффекта сам ацетилхолин применяют редко, чаще используют метахолин и карбамилхолин. Их действие и более продолжительно, и более сильно.

Норадреналин и адреналин - после того как О. Леви (1921) доказал, что в результате раздражения симпатического нерва сердца в нем высвобождается ускоряющее сердечную деятельность вещество, началось изучение химической структуры и распределения этого вещества. Итогом поисков явилось предположение о существовании двух типов симпатинов: возбуждающего и тормозящего. Позже было установлено, что это норадреналин и адреналин. Норадреналин является медиатором в постганглионарных симпатических окончаниях сосудов сердца, печени, селезенки. Его содержание достигает почти 10 % от общего количества катехоламинов в областях симпатической иннервации. Особенно богаты им органы, содержащие хромаффинную ткань. В мозговом слое надпочечников, клетки которого гомологичны постганглионарному симпатическому нейрону, содержание норадреналина составляет около 20 %, остальное приходится на долю адреналина. Адреналин характеризуется более разнообразным диапазоном симпатичекого действия, чем норадреналин. Благодаря одновременной стимуляции инотропной, хронотропной и дромотропной функций он повышает сердечный дебит. Действуя непосредственно на бронхиальную мускулатуру, адреналин оказывает бронхорасширяющее и антиспазматическое действие, рефлекторно снижает частоту и амплитуду дыхания. Адреналин выступает и как антидиуретик, снижая выделение с мочой ионов К⁺ и Na⁺. Он тормозит желудочно-кишечную моторику, расслабляет стенки органов, но сокращает области сфинктеров мочеполовой и кишечной систем, тормозит пищеварительную секрецию. Адреналин повышает сократимость скелетных мышц, что особенно отчетливо проявляется на фоне их утомления, т.е. оказывает действие, аналогичное известному феномену Орбели-Гинецинского.

Серотонин. В 1937 г. из энтерохромаффинных клеток кишки и несколько позже из бычьей сыворотки был выделен энтерамин - вещество, способное вызывать сокращение гладкой мускулатуры изолированных органов. В химическом отношении он представляет производное индола - 5-окситриптамин. Название серотонин дано очищенному препарату.

Высокая биологическая активность серотонина определяет, вероятно, его  незначительное содержание в тканях. Оно не является даже приблизительно постоянным и зависит от вида, пола, возраста и типа питания. Медиаторную  функцию серотонина считают доказанной не только у низших позвоночных, но и у млекопитающих.

На сосудистый аппарат серотонин оказывает прямое и рефлекторное действие, что выражается в виде вазоконстрикции или вазодилятации, Вазоконстрикция более отчетливо проявляется на денервированных сосудах. В скелетных мышцах и кожных покровах преобладает сосудорасширяющее действие, повышается капиллярная проницаемость. При прямом действии серотонина возрастает сила сердечных сокращений, хотя этот эффект маскируется баро- и хеморецепторными влияниями.

На дыхательный аппарат вещество также оказывает прямое и рефлекторное действие. При прямом происходит сокращение бронхиальной мускулатуры, сужение бронхов; при рефлекторном (в результате стимуляции рефлексогенных зон и афферентных путей) - изменение частоты дыхания и легочной вентиляции.

Неэффективные для сердечно-сосудистой системы количества препарата отчетливо влияют на мускулатуру пищеварительного тракта. Особенно чувствителен к серотонину человек: введение серотонина вызывает у него начальную спастическую реакцию, переходящую в ритмические сокращения с повышенным тонусом кишечной мускулатуры и завершающуюся торможением спонтанной моторной деятельности. Являясь медиатором метасимпатической нервной системы, серотонин выполняет также медиаторную функцию в центральных образованиях.

Фармакологически установлено  существование трех типов серотонинэргических  рецепторов: ДМ, Т. D-серотонинэргические рецепторы блокируются диэтиламидом лизергиновой кислоты. Они локализуются в основном в гладкой мышце. Взаимодействие серотонина с этими рецепторами сопровождается сокращением гладких мышц. М-серотонинэргические рецепторы блокируются морфином. Они расположены в основном в ганглиях автономной нервной системы. Влияя на эти рецепторы, серотонин вызывает ганглиостимулирующий эффект. Т-серотонинэргические рецепторы блокируются типиндолом. Они обнаружены в сердечной и легочной рефлексогенных зонах. Действуя на них, серотонин вызывает коронарный и легочный хеморефлексы.

Как и для других биологически активных веществ и медиаторов, в  автономной нервной системе, обнаружено существование пресинаптических серотонинэргических рецепторов. Оказалось, что постси-наптические и пресинаптические виды рецепторов, существование которых первоначально установлено в автономной нервной системе, имеются также и в ЦНС на соответствующих мембранах.

Аденозинтрифосфат (АТФ). Роль АТФ в энергетическом обмене хорошо известна. Однако, кроме того, он является синаптическим передатчиком, широко представленным в различных органах и особенно в эффекторных нейронах метасимпатической нервной системы, где локализуется в пресинаптических терминалях. В связи с тем что при стимуляции этих терминален выделяются пуриновые продукты распада - аденозин и инозин, эта передача получила название пуринэргической.

Считают, что на ранних этапах эволюции АТФ был единственным и  общим для всех организмов медиатором. Впоследствии, с усложнением клеточной  организации, стали появляться ферментативные системы, синтезирующие новые биологически активные соединения. Последние стали  выполнять более узкие медиаторные  функции, однако АТФ их также сохранил.

Преобладающим действием  АТФ на гладкой мышце является релаксация, хотя иногда имеет место и возбуждающее действие. Оно может быть прямое и непрямое. Прямое действие способны подавлять некоторые препараты типа хинидина.

Исследования пуринэргической  передачи на лентах ободочной кишки, мышцах желудка, тонкой и толстой  кишки, пищевода, сфинктеров показали, что раздражение пуринэргического волокна сопровождается возникновением ТПСП. Ни адреноблокаторы, ни десимпатизация не оказывают на этот ТПСП никакого влияния, однако он полностью блокируется  посредством тетродотоксина.

Пуринэргические нейроны  являются, по-видимому, главной антагонистической  тормозной системой по отношению  к холинэргической возбуждающей системе, например в механизме кишечной пропульсии. Они участвуют в "нисходящем" торможении. Сокращения кишки, следующие  за возникающим в результате активации  пуринэргических структур расслаблением, обеспечивают соответствующий механизм для прохождения болюса по кишке. Пуринэргические нейроны участвуют  также в механизме рецептивной  релаксации желудка, расслаблении пищевого и анального сфинктеров.

Реакции гладкомышечных органов  на АТФ опосредованы его взаимодействием  с пуринорецепторами клеточных  мембран. На основании фармакологических  критериев выделено два их типа. Пуринорецепторы первого типа более  чувствительны к продукту распада  АТФ - аденозину, второго - к самому АТФ. Возможно, что роль рецептора пуринэргической передачи выполняет аденилатциклаза.

Вероятные кандидаты в медиаторы.  В числе возможных кандидатов в медиаторы рассматривали большое количество биологически активных веществ: глицин, гамма-аминомасляную кислоту (ГАМК), субстанцию Р, гистамин.

Распределение глицина в спинном мозгу соответствует расположению тормозных интернейронов. Ионофоретическое приложение глицина на крестцовые парасимпатические нейроны оказывает мощное угнетающее действие. Глициновая депрессия обратимо блокируется стрихнином.

Тормозные эффекты на передачу возбуждения в синапсах автономной нервной системы оказывает ГАМК. Считают, что она может принимать участие в возникновении пресинаптического торможения.

Субстанцией Р наиболее богаты стенки кишки, гипоталамическая область, особенно дорсальные корешки спинного мозга. Последнее послужило одним из оснований к предположению, что она может явиться медиатором чувствительных нервных клеток в области их переключения на вставочные нейроны. Во многих тканях организма присутствует гистамин. Наибольшие его концентрации определяют в желудочно-кишечном тракте, легких, кожных покровах. В нервной системе богатыми гистамином областями являются постганглионарные симпатические волокна, концентрация гистамина в которых достигает 100 мкг/г. В свободном состоянии гистамин чрезвычайно активен и может вызывать разнообразные эффекты - снижение кровяного давления, замедление сердечных сокращений, стимуляцию симпатических центров. Классическим действием гистамина является повышение капиллярной проницаемости; кроме того, он вызывает сокращение гладкой мускулатуры. На основании ответных реакций различных органов и тканей на действие гистамина введено понятие об H₁ - и Н₂-гистаминорецепторах.  [5]

Влияние высших нервных центров  на активность нейронов симпатической  и парасимпатической нервных систем

Гипоталамус играет большую роль в регуляции функций организма.  Он представляет собой скопление более чем 32 пар ядер. В нем различают следующие 4 области или группы ядер:

1. Преоптическую, которая включает в себя перивентрикулярное ядро, медиальное и латеральное преоптические ядра.
2. Переднюю – супраоптическое, супрахиазматическое, паравентрикулярное и переднее гипоталамическое ядра.
3. Среднюю – вентромедиальное, дорсомедиальное, аркуатное и латеральное гипоталамическое ядра.
4. Заднюю – супрамамиллярное, премамиллярное, заднее гипоталамическое и периформиатное ядра.