Предисловие.

При преподавании курса нормальной физиологии в ву­зах значительное место отводится изучению вегетатив­ных функций организма. Многолетний опыт показал, что наибольшие трудности для студентов представляют во­просы регуляции этих функций. Предлагаемое учебное пособие позволит студентам наиболее полно изучить эти вопросы и поможет при самостоятельной подготовке к пра­ктическим занятиям по соответствующим темам.

В каждой главе рассматриваются: 1) основные ме­ханизмы регуляции соответствующих функций, узловые положения которых прежде всего необходимо усвоить для понимания темы в целом; 2) контрольные вопросы и проблемные или ситуационные задачи для самопровер­ки усвоения материала (в конце пособия приводятся ответы к этим задачам); 3) схемы механизмов регуля­ции каждой функции.

В проблемных задачах приводятся экспериментальная или клиническая ситуация, определенные результаты опыта и ставится вопрос, ответ на который требует оценки ситуации на основе знания сущности физиологиче­ских механизмов регуляции функций организма.

Все схемы построены по единому плану — в соответ­ствии с Принципиальной схемой регуляции физиологиче­ских функций (схема 1), что позволяет привести в еди­ную систему, знания о регуляции вегетативных про­цессов в организме. В схемах выделены следующие основные блоки и механизмы: 1) объект управления (рабочий орган) и регулируемые параметры; 2) упра­вляющие системы (отделы мозга, железы внутренней секреции); 3) пути реализации управляющих воздействий (прямые связи); 4) полезный приспособительный ре­зультат регуляции; 5) оценка достигнутого результата (обратные связи); 6) возмущающие воздействия, вклю­чающие механизмы регуляции.

В схемах, иллюстрирующих механизмы регуляций, передача возбуждающих влияний показана сплошными линиями, а тормозных влияний — пунктиром. Желающие могут воспользоваться списком литерату­ры, прилагаемым к пособию.

Глава 1. Общие принципы регуляции вегетативных функций.

Живой организм представляет собой чрезвычайно сложную систему, функционирующую как единое целое в постоянно меняющейся внешней среде. Еще И. П. Пав­лов говорил: «Человек есть, конечно, система (грубее го­воря — машина), как и всякая другая в природе, под­чиняющаяся неизбежным единым законам; но система... единственная по высочайшему саморегулированию... сама себя поддерживающая, восстанавливающая, поправляю­щая и даже совершенствующая» (Павлов И.П. Полн. собр. соч. М., 1951, т. 3, вып. 2, с. 187—188).

Взаимосвязь организма со средой осуществляется че­рез его функции. Функции — это проявления жизнедея­тельности клетки, органа, системы органов или целостно­го организма, имеющие приспособительное значение (приспособление к среде или приспособление среды к сво­им потребностям). Из сочетания нескольких функций складываются сложные физиологические акты.

Функцию любого органа мы обычно связываем с де­ятельностью его специализированных паренхиматозных элементов (мышечные волокна, железистый эпителий), так как именно в деятельности этих элементов выраже­ны организменные параметры, специализированные свой­ства организма. В то же время необходимо помнить, что эти функции паренхимы невозможны без сопутству­ющего неспецифического тканевого компонента — струк­турной и трофической функции соединительнотканной стромы.

В советской физиологии А. М. Чернухом (1973) вве­дено понятие о функциональном элементе органа, т.е. многоклеточном комплексе, представленном как минимум клетками трех гистологических тканей, реализующих спе­цифическую функцию на периферии (мышечная или эпи­телиальная ткани), трофику органа и микроциркуляцию в нем (соединительная ткань), а также регуляцию этих процессов (нервная ткань). Будучи функциональной еди­ницей органа, функциональный элемент в целом опре­деляет деятельность каждого органа в организме.

Организм имеет множество тканей, органов, морфофункциональных систем органов, но в то же время он отличается внутренним и внешним единством — целост­ностью. Вспомним определения, которые дают организму Ф. Энгельс и И.М. Сеченов.

По определению Ф. Энгельса «организм не являет­ся ни простым, ни составным, как бы он ни был сло­жен» (Маркс К., Энгельс Ф. Соч. 2-е изд., т. 20, с. 529).

И. М. Сеченов указывал, что «организм без внешней среды, поддерживающей его существование, невозмо­жен; поэтому в научное определение организма должна входить и среда, влияющая на него. Так как без по­следней существование организма невозможно, то споры о том, что в жизни важнее, среда ли, или самое тело, не имеют ни малейшего смысла» (Сеченов И. М. Избр. произв. М., 1952, т. 1, с. 533).

Организм как сложная целостная система может су­ществовать и быть приспособленным к среде, если его функции взаимосвязаны и взаимообусловлены, что обес­печивается постоянной интеграцией функций. Интегра­ция в организме, взаимосвязь и взаимодействие его ор­ганов и тканей, его единство и целостность во взаимо­действиях со средой определяются деятельностью регуляторных механизмов, сформировавшихся в процессе филогенеза.

Под регуляцией понимают совокупность физиологи­ческих механизмов, обеспечивающих функционирование организма как целого и согласованность его функций в процессе взаимодействия с внешней средой. Регуля­ция оптимизирует функциональную активность организ­ма, поддерживает относительное постоянство его внутрен­ней среды и переключает деятельность органов и систем на новые уровни в соответствии с условиями среды и внут­ренними потребностями организма. Регуляция любой фун­кции в принципе может быть представлена в виде еди­ной схемы (схема 1).

Регуляция функций и физиологических актов целост­ного организма осуществляется посредством трех меха­низмов: филогенетически более древнего местного и более поздних — гуморального и нервного, последние два ме­ханизма в отличие от первого носят общий, системный характер. Между всеми механизмами регуляции сущест­вует постоянное взаимодействие.

Местный механизм регуляции состоит в том, что изменение состояния органа, возникшее в процессе его состояния. Так, степень растяжения мышеч­ной ткани полых органов (сердце, гладкие мышцы со­судов и пищеварительных органов) определяет амплиту­ду их последующего сокращения. Между этими двумя состояниями (растяжением и сокращением) имеется опре­деленная линейная зависимость.

Продукты обмена и биологически активные вещества, вырабатываемые в тканях и органах в процессе их фун­кционирования, также могут участвовать в местной регу­ляции их функции как путем прямого влияния на специа­лизированные клетки, так и путем воздействия на гладкие мышцы сосудов и изменения кровотока в органе. Мест­ная регуляция обычно всегда направлена на обеспечение оптимального выполнения функции данного органа.

Гуморальный механизм регуляции осуществляется через жидкие среды организма: кровь, лимфу, ткане­вую жидкость, ликвор при поступлении в них специ­альных химических регуляторов — гормонов, нейросекретов. Такое же действие могут оказывать многие биоло­гически активные вещества и метаболиты, поступая в общий кровоток.

Гуморальная регуляция путем переноса метаболитов развилась сравнительно рано. Включение в гуморальную регуляцию нейросекретов и особенно гормонов явилось более поздним достижением эволюции.

Эндокринные железы, или железы внутренней секре­ции, представляют собой специализированные органы или группы клеток, вырабатывающие и выделяющие в кровь специальные биологически активные вещества — гормоны. К железам внутренней секреции у человека и животных относятся гипофиз, щитовидная и околощи­товидные железы, надпочечники и островковый аппарат поджелудочной железы, половые железы, эпифиз, вилочковая железа. К эндокринным образованиям можно также отнести диффузно рассеянные эндокринные клет­ки желудочно-кишечного тракта (энтериновая система), юкстагломерулярный аппарат почки и др. При действии гормонов на органы и ткани прояв­ляется их специфичность и избирательность, сравни­тельно большая дистантность. Органы, обладающие способностью связывать гормон и отвечать на него спе­цифическими изменениями функции, называются «орга­нами-мишенями» для данного гормона.

Гормоны могут осуществлять свое влияние на органы как непосредственно, так и опосредованно через нервную систему — ее рецепторный и центральный ап­параты. Прямое действие гормонов может быть связа­но с изменением проницаемости клеточных мембран, с влиянием на внутриклеточные ферментные системы, с воздействием на генетический аппарат клетки.

Железы внутренней секреции находятся в сложных взаимоотношениях между собой. Это проявляется в том, что на каждый орган, на каждую функцию синергично или антагонистично оказывают действие одновремен­но несколько гормонов, а гормоны одних желез оказы­вают влияние на функцию других эндокринных желез.

Ведущую роль во взаимодействии эндокринных же­лез выполняет гипофиз. В передней доле гипофиза вы­рабатываются «тропные» гормоны, усиливающие эндо­кринную деятельность щитовидной железы (тиреотропный), надпочечников (адренокортикотропный), половых желез (гонадотропные). В свою очередь, значительное повышение в крови содержания гормонов данных желез тормозит продукцию «тройных» гормонов гипофиза. Такое взаимодействие было названо «плюс — минус взаимодействие» (М.М.Завадовский, 1941) или взаимо­действие по принципу отрицательной обратной связи.

Гуморальная регуляция осуществляется относитель­но медленно, так как скорость движения крови неболь­шая, и поэтому включение гуморальных механизмов про­исходит постепенно. Действие химических регуляторов на органы и ткани продолжается длительно, оно широко охватывает регулируемые органы и ткани.

Нервная регуляция. В общей регуляции функций це­лостного организма ведущую роль выполняет цен­тральная нервная система (ЦНС), что определяется ее структурными и функциональными особенностями: 1) не­посредственный контакт с внешней средой через рецеп­торы, 2) широкий охват нервными отростками всех ор­ганов, тканей, 3) высокая возбудимость, проводимость и лабильность. Благодаря этому нервная регуляция фун­кций обеспечивает быстрое и избирательное включение в реакцию определенных органов и систем организма и их строгое взаимодействие.

В отечественной физиологии и медицине И. М. Се­ченовым, И. П. Павловым, С. П. Боткиным было раз­вито научное направление, известное под названием нервизма, — «стремящееся распространить влияние нер­вной системы на возможно большее количество деятельностей организма» (Павлов И. П. Поли. собр. соч., т. 1, с. 197). Сторонники идеи нервизма объяс­няли целостность организма, его уравновешенность с внешней средой прежде всего наличием нервной регуля­ции. Идеи нервизма, характерные для отечественной фи­зиологии, способствовали созданию синтетической физио­логии на основе разработанного И. П. Павловым ново­го экспериментального метода исследования функций — «хронического опыта». Этот метод давал в руки фи­зиолога «весь нераздельно целый организм» животного.

И. П. Павловым показано, что нервная система осу­ществляет регуляцию функций по трем основным путям влияний: а) пусковое (включает и выключает функцию, стимулирует ее или тормозит); б) регулирующее достав­ку питательных веществ и кислорода через систему кро­вообращения; в) трофическое (регулирует уровень и ско­рость протекания обменных процессов, уровень основ­ных физиологических свойств).

Нервная регуляция функций организма осуществля­ется по общему рефлекторному принципу.

Рефлекс — закономерная целостная реакция организ­ма, возникающая в ответ на воздействия внешней сре­ды или изменения его внутреннего состояния и осуще­ствляемая с участием центральной нервной системы. Структурной основой для рефлекторной регуляции фун­кций организма, в том числе и функций его внутренних органов, является рефлекторная дуга.

Рефлекторная дуга состоит из рецепторов, чувстви­тельных или афферентных нервов, нервного центра, эф­ферентных нервов (двигательных, секреторных, трофи­ческих), рабочих органов, аппарата обратной связи. Функцию различных элементов рефлекторной дуги ко­ротко можно определить следующим образом. Рецепто­ры осуществляют восприятие и анализ раздражения, кодирование информации в виде серии нервных импуль­сов. Рецепторы отличаются по своей структуре и функ­ции и имеют высокую чувствительность к адекватным раздражителям. Афферентные и эфферентные нервы вы­полняют функцию проводников, функцию связи. Инфор­мация, идущая по этим нервам от рецепторов к цен­трам и от центров к исполнительным органам, не под­вергается никаким изменениям и передается сравнитель­но быстро. Нервные центры осуществляют анализ и син­тез раздражения, интегрируют раздражение и на основе этого вырабатывают определенную программу действий, задают рабочие параметры исполнительным органам на периферии и организму в целом. В состав нервных цен­тров входят афферентные, эфферентные и вставочные (контактные) нейроны. В ответ на воздействие раздра­жителя в нервных центрах может развиться не только возбуждение, но и противоположный ему процесс — торможение.

Аппарат обратной связи (передача сигналов от вы­хода системы к ее входам) дает возможность центрам получать информацию о завершенности той или иной приспособительной деятельности и, таким образом, осу­ществлять контроль за выполнением рабочими органами заданной программы. Благодаря обратной связи орга­низм в определенной степени способен осуществлять са­морегуляцию функций подобно сложным кибернетичес­ким (саморегулирующимся) системам.

Все функции организма делятся на две группы: 1), анимальные, или соматические и 2) вегетативные.

К вегетативным функциям относятся функции, непосредственно связанные с обменом веществ и энергии (кровообращение, дыхание, пищеварение, выделение), а также внутренняя секреция, рост и размножение. Сомати­ческие функции: сенсорные функции центральной нервной системы и двигательные функции скелетных мышц.

В соответствии с таким делением функций и вся нервная система делится на анимальную, или сомати­ческую, осуществляющую восприятие раздражений и ре­гуляцию движений тела (скелетных мышц), и автоном­ную, или вегетативную, регулирующую функции внутрен­них органов, сосудов, потовых желез, метаболические процессы во всех тканях, в том числе в скелетных мыш­цах и в самой нервной системе.

Вегетативная нервная система делится на симпати­ческий и парасимпатический отделы. Центры симпати­ческого отдела находятся в боковых рогах серого ве­щества грудного и поясничного отделов спинного мозга. Эфферентные симпатические волокна выходят из данных отделов мозга через передние корешки.

Парасимпатические центры находятся в среднем и про­долговатом мозге (краниальный отдел) и в крестцовом отделе спинного мозга. Эфферентные парасимпатические волокна из краниального отдела выходят в составе ряда черепно-мозговых (головных) нервов, из крестцового от­дела спинного мозга — в составе тазовых нервов.

Эфферентный вегетативный путь является, как пра­вило, двухнейронным и имеет перерыв (синаптический контакт) в ганглиях (узлах) вегетативной нервной сис­темы. Симпатические эфферентные волокна прерываются в вертебральных ганглиях пограничного симпатического ствола и в некоторых превертебральных ганглиях. Парасимпатические эфферентные волокна прерываются в ганглиях, расположенных внутри органов (интрамурально). Волокна, идущие к ганглиям, называются преганглионарными, а выходящие из ганглиев — постганглионарными. Переключение в ганглиях вегетативной нервной системы имеет важное значение: в них, во-пер­вых, преобразуется возбуждение (как и в центрах) и, во-вторых, осуществляется феномен мультипликации (постганглионарных волокон больше, чем преганглионарных), т.е. расширяется сфера охвата органов и тканей регулирующими влияниями.

Передача возбуждения в синапсах вегетативной нер­вной системы осуществляется с участием медиаторов — химических посредников возбуждения. С помощью ацетилхолина возбуждение передается в синапсах гангли­ев, в периферических синапсах (с постганглионарного волокна на орган) парасимпатической нервной системы и в некоторых симпатических периферических синапсах. Все эти синапсы называются холинергическими. Переда­ча возбуждения с симпатических постганглионарных во­локон на рабочие органы в большинстве случаев происхо­дит с участием норадреналина и адреналина. Таким об­разом, большинство постганглионарных синапсов симпа­тической нервной системы — адренергические. Выска­зывается предположение о возможном участии в передаче возбуждения в синапсах вегетативной нервной системы и других медиаторов (АТФ, серотонина, некоторых аминокислот).

Медиатор, выделяясь через пресинаптическую мем­брану нервных окончаний, взаимодействует со специ­фическими белковыми молекулами постсинаптической мембраны нейронов ганглия или клеток того или иного органа; в результате проявляется реакция данного ор­гана на регулирующее воздействие. Белок, с которым вступает во взаимосвязь адреналин и норадреналин, но­сит название адренорецептор, а белок клеточных мем­бран, взаимодействующий с ацетилхолином, — холинорецептор. Различают несколько видов адрено- и холинорецепторов. Так как в мембранах клеток разных органов имеются различные рецепторные белки, то один и тот же медиатор, взаимодействуя с ними, может вызвать разную реакцию.

Переключение возбуждения с афферентных нервных путей на эфферентные в вегетативных рефлекторных ду­гах может происходить как на уровне вегетативных ган­глиев, так и на уровне центральной нервной системы. В вегетативных ганглиях обнаружены все виды нейронов, необходимые для осуществления рефлекторных реакций: афферентные (чувствительные), эфферентные (например, двигательные) и вставочные. Таким образом, вегетативные ганглии могут выполнять роль нервных цен­тров, а вегетативные рефлексы могут быть разделены на истинные (рефлекторная дуга замыкается в вегета­тивных центрах головного и спинного мозга) и перифери­ческие (рефлекторная дуга замыкается на уровне ве­гетативных ганглиев).

Периферические рефлексы дополняют механизмы ме­стной регуляции. Они могут поддерживать функцию ор­гана на некотором необходимом уровне жизнедеятель­ности и обеспечивать межорганные рефлекторные вза­имодействия в определенной области тела даже при прекращении связи ее с центральной нервной сис­темой.

Вегетативные центры спинного, продолговатого и сред­него мозга могут осуществлять достаточно сложные об­щие рефлекторные реакции морфофункциональных веге­тативных систем организма (кровообращение, пищеваре­ние и др.), но деятельность их подчиняется вышерас­положенным отделам мозга.

В регуляции вегетативных функций в целостном ор­ганизме постоянно принимают участие ретикулярная фор­мация (сетевидное образование) ствола мозга, подбугровая область промежуточного мозга (гипоталамус), мозжечок, лимбическая система, подкорковые узлы (базальные ганглии) и кора больших полушарий. При их раздражении как в острых, так и в хронических опытах можно вызвать разнообразные вегетативные реакции.

Все перечисленные образования относятся к интегративным структурам мозга, обеспечивающим целостные формы поведения и его адаптацию (приспособление)! к меняющимся условиям внешней и внутренней среды на основе поступающей информации. Вегетативные компоненты поведенческих реакций осуществляют энергетическое и пластическое обеспечение целостной деятель­ности организма и на данном уровне регуляции интег­рированы как между собой, так и с сенсорными, двига­тельными и психоэмоциональными компонентами этих реакций.

Особое место в регуляции вегетативных компонентов целостных поведенческих реакций занимает гипоталамус. К нему относится группа ядер, расположенных книзу от зрительных бугров, на дне и по бокам третьего же­лудочка мозга.

Ядра гипоталамуса получают нервные сигналы от мно­гих афферентных систем внутренних органов и облада­ют прямой избирательной чувствительностью к изменению таких физико-химических констант внутренней среды, как осмотическое давление, объем внеклеточной жидкости, температура крови, концентрация в крови глюкозы, мета­болитов, гормонов и других биологически активных ве­ществ. Ядра гипоталамуса имеют многочисленные дву­сторонние связи между собой, со зрительными бугра­ми, подкорковыми узлами, лимбической системой, рети­кулярной формацией ствола. Через зрительные бугры и подкорковые узлы гипоталамус связан с корой боль­ших полушарий.

Возбуждение центров гипоталамуса включает в ре­акцию многие отделы мозга и вызывает согла­сованные изменения в деятельности различных внут­ренних органов, а также определяет сложное целена­правленное поведение животного или человека в среде (пищевое, питьевое, половое, оборонительное и т.п.)

На рабочие органы, участвующие в вегетативных ре­акциях, возбуждение из гипоталамуса передается через вегетативную нервную систему и через включение в ре­акцию желез внутренней секреции. Гипоталамус имеет прямые нервные и гуморальные связи с гипофизом и об­разует с ним единую гипоталамо-гипофизарную систему. Многие нейроны гипоталамуса обладают способностью не только генерировать нервные импульсы, но и спо­собностью к нейросекреции, т.е. продукции биологичес­ки активных химических веществ со свойствами гормонов. Нейросекреты гипоталамических ядер оказывают влия­ние на функцию всех отделов гипофиза.

Степень регуляторных влияний гипоталамуса на ве­гетативные функции организма и поведенческие реакции может меняться под влиянием лимбической системы. Такие образования лимбической системы, как миндалевидный комплекс и гиппокамп, влияют на уровень ак­тивности ядер гипоталамуса, а через последние меня­ют выраженность вегетативно-эндокринных реакций ор­ганизма в различных ситуациях.

Кора больших полушарий головного мозга участву­ет в регуляции вегетативных функций организма по ме­ханизму условного рефлекса. В лабораториях К. М. Бы­кова и его учеников в исследованиях на животных и лю­дях показана условно-рефлекторная регуляция уровня об­мена энергии и функций всех внутренних органов. Участие коры больших полушарий в регуляции функций внутренних органов доказано также в опытах на жи­вотных с прямым раздражением различных зон коры (В. Я. Данилевский, 1876; В. М. Бехтерев и Н. А. Миславский, 1886; А. И. Карамян, 1948; Э. А. Асратян, 1953; Фултон, 1943, и др.) и у людей во время опе­раций на мозге, в исследованиях с гипнотическим внушением.

В целостном организме существует настолько тесное и постоянное взаимодействие нервной и гуморальной ре­гуляции функций, что правильнее говорить о единой нейрогуморальной регуляции. Различные изменения внеш­ней и внутренней среды вызывают рефлекторные сдвиги функций тех или иных органов и одновременно изменение деятельности желез внутренней секреции. К быстро реализуемому, но, как правило, кратковременно­му нервному регулирующему воздействию присоединяется более медленное, но длительное и генерализованное гу­моральное влияние на рабочие органы.

Регуляция вегетативных функций и поведенческих ре­акций обеспечивает сохранение постоянства состава и свойств крови, тканевой жидкости, лимфы, т. е. внут­ренней среды клеток организма. Это постоянство внутрен­ней среды определено Кенноном (1929) как гомеостаз.

Можно выделить более постоянные (жесткие) и менее постоянные (пластичные) константы гомеостаза. К пер­вым относятся: рН, осмотическое и онкотическое давле­ние, концентрация некоторых электролитов, глюкозы, бел­ков в плазме крови, температура тела, напряжение кис­лорода и углекислого газа в крови. Ко вторым — уровень артериального давления, объем внеклеточной воды, кон­центрации питательных веществ и форменных элементов крови.

Как для жестких, так и для пластичных констант гомеостаза здорового организма допустимы определенные большие или меньшие колебания даже в стационар­ных условиях. В процессе же приспособительной деятель­ности в переходные периоды, когда к функциям орга­низма предъявляются повышенные требования, могут про­исходить значительные отклонения, особенно пластичных констант, от среднего значения. Они могут быть «пере­регулированы» на новый уровень. В связи с этим для живого организма речь может идти не о полной стаби­лизации параметров гомеостаза, а о динамичном под­держании их на тех уровнях, которые лучше приспо­сабливают организм к данной ситуации.

В организме как в кибернетической, саморегулиру­емой системе, сохранение гомеостаза обеспечивается ре­гуляцией системы по принципу «рассогласования» (са­морегуляция по выходу) и по принципу «возмуще­ния» (саморегуляция по входу).

В гомеостатической системе, использующей в регуля­ции своих параметров принцип рассогласования, фун­кционирует аппарат обратных связей, через который с выхода системы на ее вход постоянно поступает ин­формация о состоянии регулируемого параметра, о воз­никающих отклонениях его от заданного уровня. За счет регуляторных механизмов эти отклонения могут устра­няться или усиливаться. Различают отрицательные и по­ложительные обратные связи.

Отрицательная обратная связь приводит к ликвида­ции отклонения, возникшего в гомеостатической системе, стабилизирует систему. Положительная обратная связь, наоборот, усиливает возникшее отклонение. В нормаль­ных условиях жизнедеятельности за счет положительной обратной связи в гомеостатической системе обеспечива­ются развитие различных ритмически повторяющихся рабочих актов, автоколебательные процессы и их син­хронизация. Отрицательные и положительные обратные связи в организме гармонически сочетаются. Они фун­кционируют на всех уровнях жизнедеятельности орга­низма и проявляются во всех механизмах регуляции: местных, гуморальных и нервных.

Регуляция гомеостаза по принципу рассогласования включается после появления отклонения регулируемой величины от «эталона». Это выгодно в случае крайне изменчивой и «малоизвестной» среды. Гомеостатические системы могут и не допускать отклонения от «эталона», возмущающий сигнал может быть измерен и заранее учтен. Помеха гасится включением усиления со сдвигом по фазе. Это и есть управление по возмущению. В таких системах отклонения параметров гомеостаза уп­реждаются и система сохраняет свою стабильность.

Регуляция функций организма носит обычно систем­ный характер. Для достижения полезного приспособи­тельного результата, а это прежде всего и есть сохра­нение гомеостаза или перевод некоторых его констант на новый уровень, в реакцию динамически включают­ся функции различных органов. При этом используется комбинация различных систем управления и для регу­ляции каждой функции выбирается оптимальный ва­риант, при котором необходимый эффект достигается с наименьшими энергетическими затратами и наиболее быстро. Множественность функций и многоконтурность регуляторных механизмов, включаемых организмом для сохранения гомеостаза, позволяет ему достигнуть этой цели за счет относительно малого напряжения каж­дого из них.

Регуляция гомеостаза в живом организме осуще­ствляется по иерархическому принципу. Местные, ло­кальные системы регулирования поддерживают те или иные параметры гомеостаза автономно, независимо от других, и их функционирования обычно достаточно в условиях покоя организма и постоянства внеш­ней среды. Баланс, согласование отдельных кон­стант гомеостаза между собой и определение их пара­метров для конкретных условий жизнедеятельности, пе­ревод системы на новый уровень функционирования обеспечивается централизованными механизмами управ­ления. Взаимодействие автономных и централизованных принципов управления обеспечивает, с одной стороны, высокую степень постоянства внутренней среды, а с дру­гой — перевод гомеостатических констант на новый уро­вень в соответствии с изменившимися условиями жиз­недеятельности организма и обеспечивает ему не толь­ко выживаемость, но и активное поведение во внеш­ней среде, имеющей довольно значительные пределы ко­лебаний различных факторов: температуры, газового со­става, содержания питательных веществ, солей и воды.

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте понятие физиологическая функция.

2. Какие функции организма относятся к вегетатив­ным?

3. Сформулируйте понятие регуляция физиоло­гических функций.

4. Каковы взаимоотношения местных и общих ме­ханизмов регуляции вегетативных функций?

5. Перечислите железы внутренней секреции.

6. Каковы взаимоотношения между гипофизом и другими железами внутренней секреции?

7. Сформулируйте понятие рефлекс и рефлекторная дуга.

8. Перечислите звенья рефлекторной дуги и охарак­теризуйте их функцию.

9. Где расположены центры симпатического и пара­симпатического отделов вегетативной нервной системы?

10. Где замыкаются рефлекторные дуги вегетатив­ных рефлексов?

11. Какова роль гипоталамуса в регуляции вегета­тивных функций?

12. Сформулируйте понятие гомеостаз, перечисли­те основные физиологические константы внутренней сре­ды организма.

13. Что означает управление по рассогласованию и управление по возмущению?

14. Что такое обратная связь?

Г л а в а 2. Регуляция клеточного состава крови.

Кровь — жидкая ткань — часть внутренней среды организма; состоит из плазмы и форменных элементов: эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов. Форменные эле­менты крови образуются и разрушаются в специализи­рованных органах гемопоэза и гемолиза. Кровь, цир­кулирующая в сосудистой системе, органы кроветворе­ния и кроворазрушения функционируют как единое це­лое, и их объединяют понятием система крови (Г. Ф. Ланг, 1939).

Согласование продукции и разрушения форменных элементов, точное соотношение различных их форм в кро­ви, распределение в сосудистом русле и приспособле­ние системы крови к меняющимся потребностям орга­низма, к действию возмущающих факторов, обеспечи­вается комплексом регуляторных механизмов.

В настоящее время наиболее изучена регуляция сис­темы красной крови. Многие вопросы физиологической регуляции лейко- и тромбоцитопоэза останься недостаточно ясными. 

Регуляция системы красной крови

Эритроциты продуцируются в красном костном моз­ге. Родоначальником эритроцитов, как и других клеток крови, является единая стволовая клетка костного моз­га (А. А. Максимов, 1909), обладающая полипотентными свойствами и способная к самоподдержанию, т.е. к пролиферации без утраты возможности всех свой­ственных ей дифференцировок в течение длительного вре­мени, соответствующего длительности жизни индивида. Стволовая клетка может дифференцироваться в эритроидные, гранулоцитарные, мегакариоцитарные и лимфоцитарные элементы.

Интенсивность пролиферации и направление дифференцировки стволовых клеток костного мозга определя­ется некоторой совокупностью локальных условий в зоне кроветворения — «микроокружением» (количеством, состоянием и свойствами стромальных клеток: фибробластов, ретикулярных клеток, мононуклеарных макро­фагов; их взаимодействием со стволовыми кроветворны­ми клетками; числом клеток-предшественников и более зрелых, дифференцированных клеток крови и др.) и дей­ствием специфических стимуляторов (и ингибиторов) гемопоэза.

В крови здорового человека в среднем содержится 4,5—5,5 млн. эритроцитов в 1 мкл (4,5—5,5Т/л) крови. Потенциальная длительность жизни эритроцитов — 110—120 дней. Циркулируя в сосудистой системе, эритро­циты выполняют свои основные функции — транспорт кислорода и углекислого газа в организме.

Эритроциты, закончившие свой жизненный цикл или подвергшиеся действию повреждающих факторов, фаго­цитируются ретикулярными клетками, гистиоцитами, мак­рофагами, полинуклеарными лейкоцитами. Эритрофагоцитоз может происходить в костном мозге, печени, селе­зенке, легких и в самой крови.

В условиях стационарного состояния системы крови эритропоэз и эритродиерез хорошо уравновешены. Регу­ляция системы красной крови графически представлена на схеме 2.

Эритропоэз увеличивается во всех случаях, когда на­пряжение кислорода в крови оказывается ниже потребностей тканей организма в нем, т.е. в условиях гипо­ксии: при понижении парциального давления кислорода в атмосфере, при увеличении потребности в кислороде в результате различных нагрузок на организм и увели­чения интенсивности метаболизма, при уменьшении по­верхности легких или уменьшении проницаемости лего­чного барьера для кислорода, после кровопотери, при аномалиях гемоглобина и т.п. Гипоксия усиливает обра­зование специфического гуморального стимулятора, ко­торый, оказывая прямое действие на гемопоэтическую ткань, индуцирует дифференцировку коммитированных предшественников (коммитированных, т.е. ограниченных в выборе дифференцировки) в эритробласт и поэтому на­зывается эритропоэтином. По химической природе эритропоэтин относится к гликопротеидам.

В настоящее время можно считать доказанным, что основным органом, ответственным за продукцию эритропоэтина в организме человека и животных, являются почки (Якобсон, 1957; О. И. Моисеева, 1970), хотя воз­можно их образование также в печени и селезенке. Особая роль почек в продукции эритропоэтина доказы­вается тем, что после удаления почек у животных кон­центрация эритропоэтина в крови падает, развивается анемия и уменьшается красный кровяной росток. Гипоксия в этих условиях не приводит к увеличению концентрации эритропоэтина в крови. Пересадка почки предварительно нефрэктомированному животному восстанавливает у него способность к образованию эритропоэтина и эритропоэз.

Эритропоэтин относится к физиологическим стимуля­торам эритропоэза. Он содержится в небольших коли­чествах в крови и моче здоровых людей и животных, гипоксия лишь усиливает его образование.

Почки обладают прямой чувствительностью к гипоксическому стимулу (Фишер, 1971). Это доказывается тем, что при перфузии изолированной почки кровью с низ­ким напряжением кислорода в оттекающем перфузате появляется эритропоэтин. Но в целостном организме ги­поксия может стимулировать выработку почкой эритро­поэтина включением дополнительных общих нервных и гуморальных механизмов, вторично вызывающих сни­жение или перераспределение почечного кровообра­щения и усиливающих гипоксию, особенно коркового слоя почечной ткани, или изменяющих в почке харак­тер метаболических процессов.

При гипоксии может развиваться реакция напря­жения, или «стресс-реакция». Одним из ведущих механиз­мов этой реакции является изменение нейроэндокринного состояния организма: наблюдается возбуждение симпатической нервной системы и гипоталамуса, увели­чение продукции гормонов гипофизом, мозговым ве­ществом и корой надпочечников. Возбуждение симпати­ческой нервной системы и поступление в кровь гормо­нов могут влиять на почечный кровоток и метаболизм в почке и тем самым менять продукцию ею эритропо­этина при гипоксии.

Действительно, в экспериментах на животных (кры­сы, кролики, обезьяны) установлено, что: а) раздраже­ние ядер переднего и заднего гипоталамуса сопровож­дается повышением концентрации эритропоэтина в плаз­ме и усиленным эритропоэзом, а разрушение этих ядер снижает эритропоэтический ответ на гипоксию; б) адренокортикотропный (АКТГ) и соматотропный (СТГ) гормоны гипофиза, тироксин, глюкокортикоиды, андрогены и ряд других гормонов стимулируют эритропоэз путем увеличения продукции эритропоэтина. Опосредо­ванное эритропоэтином действие гормонов на продукцию эритроцитов доказывается тем, что реакция снимается одновременным введением с гормонами антиэритропоэтической иммунной сыворотки. Через эритропоэтин в ос­новном усиливают эритропоэз и продукты эритродиереза.

Хотя костный мозг имеет хорошо развитую афферен­тную и эфферентную иннервацию и является мощной ре­флексогенной зоной (В. Н. Черниговский и А. Я. Ярошевский, 1953), вопрос о прямой нервной регуляции про­лиферации и дифференцировки кроветворных клеток в на­стоящее время решается отрицательно. Наблюдающие­ся при раздражении нервов и денервации конечностей анемия и изменения в костномозговом кроветворении, очевидно, явления вторичные и обусловлены нарушени­ями в характере микроциркуляции, глубокими метабо­лическими сдвигами и дистрофическими процессами стромальных элементов и кроветворного микроокружения.

Таким образом, основным механизмом регуляции эрит­ропоэза является гуморальный механизм с участием спе­цифического гормона эритропоэтина, направляющего диф­ференцировку стволовых кроветворных клеток по эритроидному ряду. Этот механизм функционирует при ста­бильной эритрокинетике и при любых возмущениях, нарушающих равновесие между напряжением кислорода в крови и потребностями в нем со стороны тканей ор­ганизма. Возможно, в такой регуляции наряду со спе­цифическими стимуляторами принимают участие и гу­моральные ингибиторы эритропоэза. В настоящее время вопрос о месте их образования, химической природе и ме­ханизме действия на эритропоэз еще далек от разре­шения.

Система красной крови, осуществляющая газотран­спортную функцию, в целостном организме включается как элемент в более сложную функциональную сис­тему — систему регуляции «меры недостатка кислорода в организме» (А. Г. Дембо, 1957). В последнюю вхо­дят также системы кровообращения (кровоток и депо крови), дыхания и утилизации кислорода тканями. Ком­пенсация недостатка кислорода может осуществляться как за счет увеличения интенсивности работы систем кровообращения и дыхания, так и за счет усиленного эритропоэза. Включение в реакцию первых двух систем характеризуется большими энергетическими затратами, но осуществляется очень быстро и поэтому может сыг­рать решающую роль в сохранении жизни организма в остром периоде развившейся недостаточности кислоро­да. Усиление эритропоэза наступает более медленно, но при длительном недостатке кислорода, эта реакция энер­гетически более выгодна для сохранения жизнедеятель­ности. Использование различных элементов такой фун­кциональной системы в определенных соотношениях де­лает организм более устойчивым к условиям среды.

Регуляция количества лейкоцитов

Клетки белой крови выполняют в организме защит­ные функции путем фагоцитоза (гранулоциты, в основном нейтрофилы и моноциты), детоксикации продуктов бел­ковой природы (эозинофилы) и участвуя в иммуноло­гических реакциях (лимфоциты). У здорового человека количество лейкоцитов составляет 5—8 тыс. в 1 мкл крови (5—8Г/л), между различными формами лейкоци­тов имеются достаточно постоянные соотношения (лей­коцитарная формула).

Для всех лейкоцитов родоначальником является ство­ловая кроветворная клетка, но уже на уровне ранних предшественников (частично детерминированные полипотентные клетки-предшественники) происходит ограничение одного из путей дифференцировки клеток (по миелоидному или лимфоидному типу).

Гранулоциты и моноциты образуются в костном моз­ге. Срок их жизни колеблется в пределах 6-12 суток, при этом в системе циркуляции они находятся несколько ча­сов. Значительная часть гранулоцитов и моноцитов депо­нируется в капиллярной сети легких, печени, селезенки, самого костного мозга.

Лимфоциты занимают особое место в системе крови, они участвуют в иммунологических реакциях и поддер­живают регенерацию тканей. К органам лимфопоэза от­носятся: костный мозг, вилочковая железа, лимфоидная ткань кишечника (центральные лимфоидные органы), лимфатические узлы, селезенка (периферические лим­фоидные органы). Различают несколько субпопуляций лимфоцитов. В 60-х годах XX в. введено деление лим­фоцитов на Т- и В-лимфоциты.

Образование Т-лимфоцитов происходит в тимусе (ви­лочковая железа) путем дифференцировки клеток-пред­шественников, мигрирующих из костного мозга. Дифференцировка осуществляется под влиянием специфическо­го индуктора — гормона тимозина. Из тимуса Т-лимфоциты мигрируют в периферические лимфоидные органы: лим­фатические узлы, селезенку.

В-лимфоциты у млекопитающих подвергаются первич­ной дифференцировке в лимфоидных органах, являющихся аналогом фабрициевой сумки птиц (возможно пейеровы бляшки кишечника или сам костный мозг), откуда мигри­руют в периферические лимфоидные органы. Субпопуля­ция В-лимфоцитов постоянно поддерживается в костном мозге, Т-лимфоциты в нем практически отсутствуют.

Под влиянием чужеродных антигенов (специфичес­кий гуморальный индуктор) Т-лимфоциты дифференци­руются в эффекторные сенсибилизированные лимфоци­ты, способные распознавать и связывать антиген, раз­рушать чужеродные клетки, а В-лимфоциты — в плаз­матические клетки, продуцирующие иммуноглобулины (антитела) и осуществляющие специфические иммуноло­гические реакции гуморального типа. Для процесса диф­ференцировки В-лимфоцитов в антителопродуцирующие клетки необходимо взаимодействие Т- и В-клеток при участии макрофагов, а также стромальных клеток, созда­ющих необходимое микроокружение.

Между лимфоцитами крови, тканей (печень, селезенка) и лимфатическими узлами происходит постоянный обмен.

На долю лимфоидной ткани приходится до 1 % от общей массы тела. Продукция лимфоцитов составляет до 3 млн. в ч/кг массы тела. Среди лимфоцитов вы­деляют коротко- (3—7 дней) и длительноживущие (100— 200 и более дней) формы.

Регуляция системы клеток белой крови заключается в поддержании нормального общего количества лейко­цитов и определенных соотношений их форм у здорового человека; в усилении продукции лейкоцитов в ответ на воздействие различных факторов, способных нарушить или нарушающих защитные силы организма.

В первые часы после различных воздействий измене­ние числа лейкоцитов имеет перераспределительный ха­рактер. Лейкоциты из пристеночного слоя вовлекаются в циркуляцию, вымываются из резервов — капиллярных депо, в том числе и из самих кроветворных органов. В последующем стимулируется лейкопоэз.

Главным механизмом регуляции лейкопоэза в настоя­щее время, как и при регуляции эритропоэза, признается действие гуморальных стимуляторов гормональной приро­ды — лейкопоэтинов. Предполагают, что лейкопоэтины могут быть специфическими, т. е. обладать направленным действием в отношении каждого ряда лейкоцитов: нейтрофилопоэтины, базофилопоэтины, моноцитопоэтины и т.п.

Лейкопоэтины освобождаются, вероятно, различными органами (легкими, селезенкой, печенью, стромальными элементами костного мозга и др.) в условиях интенсив­ного клеточного распада и повышают пролиферацию и дифференцировку предшественников лейкоцитов. Тот факт, что лейкопоэтины вырабатываются клетками мно­гих органов, не противоречит представлению о их спе­цифичности. Гранулоциты и моноциты участвуют в защите организма от бактериальной инфекции, поэтому можно допустить, что многие клетки сохраняют способность вы­рабатывать гуморальные стимуляторы лейкопоэза с целью мобилизации защитных сил организма.

Химическая природа лейкопоэтинов точно не установ­лена, возможно, что, как и эритропоэтин, они относят­ся к гликопротеидам.

Наряду со специфическими факторами гормональной природы лейкопоэз могут усиливать и продукты распа­да самих лейкоцитов при непосредственном действии их на кроветворную ткань.

Перераспределительные реакции могут регулиро­ваться нервным и гуморальным путями. Болевое раздражение, например, может через симпатический отдел вегетативной нервной системы вызывать сосудодвигательные реакции и способствовать перераспределению циркулирующего и пристеночного пулов лейкоцитов в сосудах и освобождать кровяные депо от резервов кле­точных элементов.

Изменение состояния сосудистого русла кроветворных органов, вызванное болевым воздействием, может вторич­но привести к изменению функции гемопоэтической ткани. Действительно, при хронических болевых воздействиях лейкоцитоз сопровождается существенными сдвигами в лейкоцитарной формуле (увеличение количества нейтрофилов, моноцитов; уменьшение количества эозинофилов, базофилов, лимфоцитов) и значительным омолажи­ванием состава нейтрофильных гранулоцитов.

В мобилизации гранулоцитов и моноцитов из резер­вов могут участвовать эндотоксины и специальные гу­моральные факторы (лейкомобилины или лейкокинетины). Наличие таких факторов доказывается, в част­ности, тем, что при введении животным цельной плазмы или отдельных ее фракций наблюдается гранулоцитоз в циркулирующей крови с одновременным уменьшением числа зрелых гранулоцитов в костном мозге.

Наряду с гуморальными стимуляторами лейкопоэза и факторами, вызывающими перераспределение клеток белой крови между системой циркуляции и депо, оче­видно существуют и гуморальные ингибиторы лейкопоэза. По предварительным данным, они выделяются зре­лыми гранулоцитами и лимфоцитами и подавляют про­лиферацию клеток-предшественников.

Гуморальные стимуляторы и ингибиторы лейкопоэза находятся в определенных взаимоотношениях не только между собой, но и с факторами, регулирующими эритропоэз и тромбоцитопоэз, так как в норме все клетки кро­ви дифференцируются из единой стволовой клетки кост­ного мозга и между ними существуют определенные ко­личественные отношения.

Регуляция количества тромбоцитов

Тромбоциты — кровяные пластинки, образуются в костном мозге из мегакариоцитов. Основные функции тромбоцитов — участие в свертывании крови и поддер­жание нормальной проницаемости стенок сосудов. Осу­ществление функции практически приводит тромбоциты к гибели. Максимальная продолжительность жизни тром­боцитов в сосудистом русле 12—13 суток, наибольшая ак­тивность в течение 2—3 суток. Ежесуточно разрушается 100 тыс. тромбоцитов на 1 мкл крови. В норме у чело­века в 1 мкл крови содержится 200 000—300 000 (200—300 Г/л) тромбоцитов.

Регулирующие механизмы автоматически поддержи­вают в физиологических условиях нормальный тромбоцитарный баланс. Регуляция тромбоцитопоэза изучена мало. Предполагают, что основным механизмом регули­рования является отрицательная обратная связь между общим количеством тромбоцитов и интенсивностью тром­боцитопоэза; осуществляется эта связь гуморальным пу­тем. Гуморальные стимуляторы тромбоцитопоэза — тромбоцитопоэтины выявляются при различных экспери­ментальных и клинических состояниях, например, у боль­ных тромбоцитопенией. Сыворотка крови больных тромбоцитопенией вызывает у экспериментальных животных достоверное увеличение числа тромбоцитов. Допускает­ся, что пролиферация, созревание и выход тромбоци­тов в кровеносное русло контролируются различными гуморальными факторами. Тромбоцитопоэтины обнару­жены в крови здоровых людей и животных, но место их образования и химическая природа точно не установлены. Возможно, что наряду со стимуляторами имеются и ин­гибиторы тромбоцитопоэза.

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте понятие система крови.

2. Перечислите органы кроветворения и кроворазрушения.

3. Каково нормальное количество эритроцитов, лейко­цитов и тромбоцитов, каковы их функции и длитель­ность жизни?

4. Какими свойствами обладает стволовая кроветвор­ная клетка?

5. Чем определяется интенсивность пролиферации и направление дифференцировки стволовой кроветвор­ной клетки?

6. Что такое эритропоэтин и где он образуется?

7. Что является основным фактором, стимулирую­щим выработку эритропоэтина и эритропоэз?

8. Какова роль нервной системы и желез внутренней секреции в регуляции эритропоэза?

9. Перечислите гуморальные стимуляторы (индук­торы), направляющие дифференцировку стволовой кро­ветворной клетки по пути лейкопоэза, лимфопоэза и тром­боцитопоэза.

10. Что характерно для перераспределительных лей­коцитозов?

11. Каков основной фактор, усиливающий выработ­ку лейкопоэтинов?

12. При каких условиях усиливается продукция тромбоцитопоэтинов и тромбоцитопоэз?

Проблемные задачи

1. Для изучения регуляции эритропоэза в лаборатории поставлен следующий эксперимент: у одного из кроли­ков вызвали сравнительно большую кровопотерю. Через несколько часов его плазму перелили второму кролику. У второго кролика развился ретикулоцитоз и полицитемия. Объясните эти результаты.

2. В эксперименте у собаки после кратковременного пережатия почечной артерии развился эритроцитоз с повышенным содержанием ретикулоцитов в перифе­рической крови. Как можно объяснить данную ре­акцию?

3. Сыворотку крови, взятую у альпинистов через 24 ч после спуска с гор, ввели интактным животным и наблюдали у последних угнетение пролиферации и диф­ференцировки эритроидных клеток костного мозга. Объясните реакцию.

4. У собаки в эксперименте вызывали асептическое воспаление подкожным введением скипидара в течение 10 дней. Сыворотка таких собак, через 3—7 суток после развития воспаления, вызывала у интактных животных лейкоцитоз в периферической крови и увеличение ко­личества незрелых гранулоцитов в костном мозге, а через 8-9 суток — снижение пролиферации гранулоцитов в костном мозге и лейкопению в периферической кро­ви. Как объяснить эти эффекты?

5. При искусственно вызванной тромбоцитопении у животных через сутки наблюдается увеличение про­лиферации и дифференцировки предшественников мегакариоцитов в костном мозге, а через 6 дней — увели­чение числа тромбоцитов в циркулирующей крови. Объ­ясните данный результат

Глава 3. Регуляция кровообращения.

Оптимальные условия кровоснабжения органов и тка­ней организма в соответствии с их физиологическим сос­тоянием (покой, активная деятельность) могут быть обеспечены только при определенном соотношении сле­дующих величин: 1) минутного объема кровотока, зависящего от частоты и силы сердечных сокращений, 2) сопротивления и емкости сосудистого русла в целом и отдельных его частей, определяемых степенью напря­жения сосудистой стенки — сосудистым тонусом, 3) объ­ема циркулирующей крови и его распределения в зависи­мости от потребностей органов.

Минутный объем кровотока, сосудистый тонус могут меняться в больших пределах в зависимости от состояния организма. Объем циркулирующей крови сравнительно постоянен, но возможны значительные перераспреде­ления его между отдельными частями тела и его орга­нами.

Приспособление кровообращения в отдельных орга­нах и в целом организме к текущим условиям жизнеде­ятельности есть регуляция кровообращения.

В настоящее время достаточно хорошо изучена ре­гуляция работы сердца, состояния резистивных сосудов и в целом сосудистого тонуса. Меньше изучена регу­ляция емкостных сосудов, состояние которых определяет венозный возврат крови в сердце. Механизмы регуля­ции кровообращения представлены на схеме 3.

В регуляции кровообращения, как и других функций, можно выделить три механизма регуляции: местный, гу­моральный и нервный.

Местная регуляция кровообращения осуществляется в интересах функции данного органа. Организация кро­веносного русла в каждом органе, особенности местной регуляции процессов микроциркуляции наилучшим обра­зом приспособлены к его метаболизму и функции. Гу­моральная и нервная регуляции, как правило, осуществляются в интересах целостного организма, и их относят к общим или системным механизмам регуляции кро­вообращения. Цель системной регуляции — поддержать необходимый градиент кровяного давления и эффективный кровоток во всем организме, сделать их независимыми от изменений регионарного кровообращения.

Наиболее интегральным показателем состояния систем­ного кровообращения является уровень артериального давления. Общая регуляция кровообращения направлена на сохранение нормального уровня артериального дав­ления в состоянии покоя и перевод его на новый, более оптимальный в данных условиях, уровень во время ак­тивной деятельности организма.

Местная регуляция работы сердца и тонуса сосудов

К механизмам местной регуляции работы сердца от­носятся механизмы гетеро- и гомеометрической саморе­гуляции (Сарнов, Митчел, 1962).

Мышцы предсердий и желудочков при наполнении их полостей кровью во время диастолы растягиваются. Растяжение мышечных волокон как раздражитель опре­деляет величину их ответной сократительной реакции во время систолы. Между степенью растяжения мышечно­го волокна во время диастолы и силой его сокращения во время систолы существует (в определенных пределах) прямая линейная зависимость. Эта зависимость была изучена и сформулирована Старлингом (1918) в виде «закона сердца»; при прочих равных условиях сила сок­ращений волокон миокарда является функцией их конечнодиастолической длины.

«Закон сердца» Стерлинга подтвержден впоследствии как на изолированной полоске миокарда, так и на сердце животных и человека (в последнем случае во время хи­рургических операций) и получил название гетерометрической саморегуляции.

Гетерометрическая саморегуляция в естественных ус­ловиях обеспечивает хорошее соответствие между вели­чиной венозного возврата и систолического выброса кро­ви сердцем в различных условиях жизнедеятельности (динамическая мышечная работа, изменение положения тела в пространстве и пр.), гемодинамически согласо­вывает работу левого и правого сердца, улучшает эф­фективность работы миокарда желудочков. В нормальных физиологических условиях линейные размеры полос­тей сердца во время диастолы увеличиваются на 15-20% и зависимость между длиной мышечного волокна и развиваемым им напряжением проявляется в наиболее оптимальных пределах.

В некоторых случаях (повышение сопротивления систолическому выбросу, учащение сердцебиений) увеличение силы и максимальной скорости систолы могут наблю­даться и на фоне неизменной исходной длины миокардиальных клеток. Такие реакции относят к гомеометричес­кой саморегуляции сердца.

В основе гетеро- и гомеометрической саморегуляции деятельности сердца лежат внутриклеточные процессы. Мы не будем здесь разбирать весь механизм мышечного сокращения и его запуск. Отметим только, что при уме­ренном растяжении сердца (гетерометрическая саморе­гуляция) актиновые протофибриллы несколько вытягива­ются из промежутков между миозиновыми протофибриллами, число активированных «поперечных мостиков», обеспечивающих формирование актомиозиновых ком­плексов и перемещение актиновых протофибрилл относительно миозиновых к центру саркомера, увеличивается, нарастает и степень последующего сокращения. Увели­чение силы сокращений при учащении сердечного ритма (гомеометрическая саморегуляция) в основном опреде­ляется тем, что концентрация ионов кальция в межфиб­риллярном пространстве перед каждой систолой оказы­вается повышенной, так как при укорочении диастолы ионы кальция не успевают «откачиваться» во внутри­клеточные депо.

Между гетеро- и гомеометрической саморегуляцией сердца существуют сложные взаимоотношения, но эти механизмы могут достаточно надежно обеспечить соот­ветствие сердечного выброса венозному притоку.

Механизмы гетерометрической саморегуляции прояв­ляются и в реакциях гладких мышц сосудистой стенки. «Базальный» тонус сосудов определяется структурным и миогенным факторами. Структурная часть его создается жесткой сосудистой «сумкой», образованной коллагеновыми волокнами. Миогенная часть обеспечивается сокра­щением гладких мышц сосудов. Напряжение гладких мышц сосудистой стенки возникает как реакция на рас­тяжение сосудов под влиянием внутрисосудистого дав­ления. При увеличении внутрисосудистого давления на­пряжение гладких мышц сосудов увеличивается, а при снижении — уменьшается. В этих условиях просвет со­судов может остаться неизменным (А. А. Остроумов, 1876, Бейлисс, 1923). Ауторегуляция тонуса сосудов, та­ким образом, направлена на обеспечение постоянства кровотока в сосудах при изменяющемся в них кровя­ном давлении. Она особенно хорошо выражена в сосу­дах почек и мозга. При изменении артериального давления в этих сосудах в пределах 70—190 мм рт. ст. (9—25 кПа) просвет сосудов и кровоток в них оста­ются сравнительно постоянными и обеспечивают стабиль­ный уровень функции в жизненно важных органах.

Местная регуляция работы сердца и тонуса сосудов определяется не только действием физических факторов (растяжение мышечного волокна, сопротивление выбро­су), но и местным действием многих химических веществ, что особенно важно в отношении гладких мышц сосудов и регуляции органного кровообращения. К таким вещест­вам относятся некоторые метаболиты, ацетилхолин, гистамин, брадикинин, простагландины. Действие этих веществ может быть и системным, если они поступают в общий кровоток в достаточно больших количест­вах.

Метаболиты. Все продукты тканевого обмена — уголь­ная, молочная, пировиноградная кислоты, продукты пре­вращения АТФ, ионы водорода, калия, фосфорной кис­лоты — сосудорасширяющие агенты. Накапливаясь при усиленной функции органа (скелетные мышцы, сердце, мозг и др.), эти агенты вызывают рабочую гиперемию, а при временном прекращении кровотока — реактивную гиперемию органа или части тела. Для каждого из этих веществ характерно относительно слабое влияние на со­суды, но совместное их действие сопровождается вза­имным усилением эффекта. Такое же действие на сосуды оказывает местная гипоксия и гиперосмолярность.

Ацетилхолин. В нервных окончаниях двигательных нервов соматической нервной системы, во всех парасим­патических и симпатических холинергических нервах пе­редача возбуждения осуществляется с участием ацетилхолина. В зоне своего освобождения ацетилхолин мо­жет расширять мелкие кровеносные сосуды. Местный характер эффекта объясняется тем, что ацетилхолин быстро разрушается ферментом холинэстеразой.

Гистамин — продукт тканевого обмена, освобождаю­щийся во всех тканях. Количество его нарастает при уве­личении интенсивности обмена веществ в органе, при воспалениях, ожогах, аллергических реакциях. Так как фермент гистаминаза, разрушающий гистамин, содержит­ся также во всех органах, гистамин оказывает только местное сосудорасширяющее действие. При обширных по­вреждениях тканей образуется большое количество гистамина и развивается расширение капилляров многих сосудистых областей тела. Такая реакция может сопровождаться падением общего артериального давления и развитием «гистаминного» шока.

Брадикинин — фактор полипептидной природы, обла­дающий сильным сосудорасширяющим действием, уси­ленно продуцируется при функции железистых органов. Брадикинин выделен из слюнных желез, поджелудочной железы. Предполагают, что именно этот фактор создает рабочую гиперемию секреторных органов. Возможно, что и гиперемия кожи при действии тепла в определенной степени связана с продукцией брадикинина потовыми железами.

Простагландины — группа биологически активных химических факторов, образующихся во многих органах и тканях (легкие, печень, почки, яичники, матка и др.) в результате ферментативных превращений некоторых ненасыщенных жирных кислот. Впервые выделены из мужской семенной жидкости, поэтому и получили наз­вание простагландинов. В настоящее время известны прос­тагландины нескольких типов: Е, Р, А, В. Выраженным сосудорасширяющим действием обладают простагланди­ны типа Е. Им придается, например, важное значение в ре­гуляции кровотока в мозговом веществе почек.

Все перечисленные химические факторы, оказывая местное действие на гладкие мышцы сосудов, приспо­сабливают кровоток в органе к уровню его текущей жизнедеятельности. Снижение тонуса резистивных сосу­дов (мелких артерий, артериол, прекапилляров, пост­капилляров) в активно работающем органе приводит к увеличению числа открытых, функционирующих капил­ляров и площади микроциркуляторного русла, на которой совершается обмен пластическим и энергетическим материалом через капиллярную стенку. Кроме того, эти химические вещества способны изменять проницаемость сосудистой стенки и реологические свойства крови, что также отражается на микроциркуляции, а следовательно, и на транскапиллярном обмене.

Химические факторы, оказывающие местное влияние на гладкие мышцы сосудов, могут изменять и силу сер­дечных сокращений, но этот эффект часто опосредован через местный контроль коронарного кровотока.

Гуморальная регуляция кровообращения

Системная регуляция кровообращения, как уже отмечалось, осуществляется гуморальным и нервным путем и направлена на согласование «эгоистических» интересов отдельных органов в кровоснабжении с интересами всего организма как целого.

В гуморальной регуляции работы сердца и сосудистого тонуса участвуют железы внутренней секреции: надпо­чечники, щитовидная железа, гипофиз, юкстагломерулярный аппарат почек. Гормоны этих желез, поступая в общий кровоток, вызывают различные физиологические и метаболические изменения в организме. Рассмотрим действие гормонов на сердечно-сосудистую систему.

Адреналин и норадреналин (катехоламины) — гор­моны мозгового вещества надпочечников — обладают об­щим сосудосуживающим действием, учащают и усилива­ют сокращения сердца. Констрикторное действие катехоламинов на сосуды проявляется при различных ре­акциях напряжения (стрессовые реакции), при гипоксии, при различных геморрагиях. Уровень катехоламинов в крови в этих условиях может повышаться в 15—20 раз, а их концентрация в крови достигать величин, способ­ных оказать сильное действие на гладкие мышцы со­судов. Катехоламины выделяются мозговым веществом надпочечников при возбуждении симпатической нервной системы и являются своеобразным помощником в осу­ществлении симпатического эффекта.

Гормоны коры надпочечников — кортикостероиды так­же повышают напряжение гладких мышц сосудов.

Тироксин и трийодтиронин — гормоны щитовидной железы — преимущественное действие оказывают на сердце. Под влиянием этих гормонов, как и при дей­ствии адреналина, наблюдается усиление и учащение сердечных сокращений.

Вазопрессин, или антидиуретический гормон, — гор­мон задней доли гипофиза — может обладать сосудосу­живающим действием при повышении концентрации его в крови при стрессовых реакциях.

В гуморальной регуляции сосудистого тонуса прини­мают участие почки. В юкстагломерулярном аппарате почки вырабатывается гормоноподобное вещество ренин. Сам ренин не активен в отношении мышц сосудов. При взаимодействии ренина с α2-глобулинами крови обра­зуется активное вещество гипертензин, или ангиотензин, которое и суживает сосуды. Ангиотензин разрушается ферментом гипертензиназой и в обычных условиях жиз­недеятельности накапливается в количествах, не способ­ных вызвать системную вазоконстрикцию, происходит только регионарное влияние на сосуды почки. В условиях нарушения кровоснабжения почки при некоторых заболеваниях выработка ренина почкой возрастает, кон­центрация ангиотензина становится настолько большой, что вызывает общее констрикторное действие — развива­ется стойкое повышение артериального давления.

Эффект гормонов и других биологически активных хи­мических факторов реализуется в органе путем взаимо­действия с клеточными рецепторами — макромолекулами, вмонтированными в плазматическую мембрану клетки. Наиболее изученными из них являются адренорецепторы. Для гладких мышц большинства сосудов характерны α1-адренорецепторы. При воздействии на них катехола­минов происходит сокращение мышц и тонус сосудов повышается. Адренорецепторы миокардиальных клеток относятся к β1-адренорецепторам. При взаимодействии с ними катехоламины вызывают увеличение силы и скорос­ти сердечных сокращений. В гладких мышцах сосудов некоторых органов, в частности в мелких коронарных артериях, имеются р2-адренорецепторы. Катехоламины вызывают расслабление таких гладких мышц и расши­рение сосудов. Чувствительность адренорецепторов со­судов и сердца к катехоламинам может меняться. Одним из условий, изменяющих возбудимость адренорецепторов, является воздействие на них метаболитов. Метаболиты снижают чувствительность к катехоламинам α1 и по­вышают у β2-адренорецепторов.

Установлены довольно сложные взаимоотношения между различными факторами при их действии на стенку сосуда. Одним из общих механизмов взаимодействия мо­жет быть признан механизм отрицательной обратной свя­зи. Показано, например, что повышение в кропи кон­центрации адреналина, ангиотензина, вазопрессина (со­судосуживающие факторы) сопровождается усиленным синтезом в различных органах сосудорасширяющих ве­ществ и наоборот.

Совокупность действия местных факторов и систем­ных гуморальных влияний на кровообращение может обеспечивать работу сердечно-сосудистой системы как интегрального целого и вызывать в нем адекватные по «знаку» перестройки функции этой системы при изме­нении условий жизнедеятельности. Но эти механизмы недостаточны для осуществления срочных, быстрых, энергетически выгодных реакций сердца и сосудов на различные воздействия среды. Такие реакции обеспечи­ваются включением нервных механизмов регуляции.

Нервная регуляция кровообращения

Иннервация сердца. Рассматривая вопрос об иннервации сердца, необходимо выделить интра- и экстракардиальный нервный контроль за деятельностью сердца. Интракардиальный нервный аппарат представлен соб­ственными (интрамуральными) нервными сплетениями сердца, в которых гистологически можно выделить аф­ферентные, эфферентные и вставочные нейроны, причем эфферентные нейроны могут относиться как к холинэргическим, так и к адренэргическим. Различные по функции нейроны собственных сплетений сердца могут образовы­вать периферические рефлекторные дуги, являющиеся субстратом для осуществления периферических рефлек­сов сердца (М.Г.Удельное, 1962; Г.И.Косицкий, 1963). Например, в опытах на изолированном или аутотрансплантированном сердце при растяжении правого предсердия наблюдается усиление сокращений правого и левого желудочков. Такой ответ не может трактоваться как эффект Старлинга, так как он проявляется в уси­лении сокращений отделов сердца, не подвергающихся растяжению, и данная реакция исчезает после введения в сердце новокаина и ганглиоблокаторов. Это — пери­ферический сердечный рефлекс.

Периферические сердечные рефлексы могут проявлять­ся как в усилении, так и в ослаблении сердечных сок­ращений, в изменении скорости и степени диастолического расслабления миокарда, в изменении скорости атрио-вентрикулярного проведения возбуждения и изменении ритма сердечных сокращений. Наряду с механизмами гетеро- и гомеометрической саморегуляции периферичес­кие рефлексы обеспечивают интеграцию деятельности всех отделов сердца, и четырехкамерное сердце работает как единое целое, о чем свидетельствуют не только опыты на животных, но и наблюдения на людях с пересажен­ным сердцем. У таких людей при мышечной работе на велоэргометре пересаженное сердце увеличивает сис­толический и минутный выброс, конечнодиастолическое давление и скорость сокращения при систоле. Таким образом, полностью экстракардиально денервированное сердце обеспечивает кровоснабжение всех тканей и орга­нов тела на уровне, достаточном для их функционирования (Бек, Барнард и др., 1969).

Экстракардиальная иннервация сердца осуществляется блуждающими и симпатическими нервами. Блуждающие нервы (вагус) относятся к парасимпатическому отделу вегетативной нервной системы. Первые нейроны, составляющие ядро блуждающего нерва, расположены в продолговатом мозге. Их аксоны оканчиваются на ней­ронах интрамуральных узлов сердца. Аксоны вторых ней­ронов парасимпатического пути идут к узлам проводя­щей системы сердца и мышцам предсердий. Желудоч­ки сердца слабо иннервируются блуждающими нервами.

Первые нейроны симпатических нервов сердца рас­положены в боковых рогах трех — пяти верхних сегмен­тов грудного отдела спинного мозга. Их отростки окан­чиваются на нейронах шейных и верхнего грудного уз­лов пограничного симпатического ствола. Аксоны вторых нейронов идут к сердцу и вступают в контакт непосред­ственно с клетками миокарда.

Влияние блуждающих нервов на сердце. Впервые дей­ствие блуждающих нервов на сердце показали братья Вебер в 1845 г. Они обнаружили, что раздражение блуж­дающих нервов тормозит работу сердца вплоть до пол­ной его остановки в диастоле. Более глубокий анализ влияния блуждающих нервов на сердце был дан в ра­ботах Гаскелла (1881), И. П. Павлова (1883), Энгельмана (1897).

Установлено, что при раздражении периферического конца перерезанного блуждающего нерва интенсивность эффекта зависит от силы раздражения. При слабом раз­дражении происходит урежение сердечных сокращений — отрицательный хронотропный эффект. Одновременно от­мечается уменьшение амплитуды сокращений — отри­цательный инотропный эффект, понижается возбуди­мость — отрицательный батмотропный эффект, замед­ляется проведение возбуждения по проводящей систе­ме, нередко с полным сердечным блоком в области атриовентрикулярного узла — отрицательный дромотропный эффект. При сильном раздражении блуждающих нервов происходит кратковременная остановка сердца.

При внутриклеточной регистрации биопотенциалов отдельных клеток синоатриального узла во время раз­дражения блуждающего нерва наблюдается увеличение потенциала покоя (гиперполяризация), уменьшение кру­тизны спонтанной деполяризации во время диастолы. Эти изменения электрических свойств клеток водителя ритма и приводят к уменьшению возбудимости и урежению сокращений сердца при раздражении вагуса.

Тормозное действие блуждающих нервов на сердце передается с участием медиатора — ацетилхолина. Цен­тры этих нервов находятся в состоянии выраженного тонуса (уровень тонического возбуждения центров из­менчив). Так как действие блуждающих нервов на серд­це осуществляется через интрамуральные сплетения, то конечный эффект их влияний может значительно менять­ся в зависимости от характера действия внутрисердечных регуляторных механизмов.

Влияние симпатических нервов на сердце. Действие симпатических нервов на сердце изучалось братьями Цион (1866) и И.П. Павловым (1887). Братья Цион описали учащение сердечной деятельности при раздра­жении симпатических нервов сердца — положительный хронотропный эффект. И. П. Павлов среди симпатичес­ких нервов сердца открыл усиливающий нерв, раздра­жение которого вызывает увеличение силы и скорости сокращений — положительный инотропный эффект. Сим­патический нерв, кроме того, улучшает проведение воз­буждения в сердце (положительный дромотропный эф­фект) и повышает возбудимость сердечной мышцы (по­ложительный батмотропный эффект). При раздражении симпатических нервов величина потенциала покоя ме­няется мало, но крутизна спонтанной деполяризации в диастоле в клетках водителя ритма увеличивается зна­чительно. Посредником симпатических влияний на серд­це признан норадреналин. Тонус центров симпатических нервов незначителен.

Так как симпатические нервы вступают в прямой контакт с миокардом, а не с внутрисердечными нервны­ми ганглиями, то симпатическая нервная система может экстренно изменять функцию сердца (в известной мере, независимо от местных регуляторных механизмов). Меж­ду центрами блуждающих и симпатических нервов су­ществуют сопряженные отношения — повышение тонуса парасимпатической нервной системы чаще всего сопро­вождается снижением тонуса симпатической нервной сис­темы, и наоборот. Эти сопряженные отношения регули­руются высшими отделами центральной нервной системы.

В регуляции работы сердца принимают участие гипоталамический отдел промежуточного мозга и кора боль­ших полушарий. Особенности их регулирующего влия­ния на кровообращение будут рассмотрены ниже.

Эфферентная иннервация сосудов. К сосудам всех областей тела подходят симпатические нервные волокна. Ядра этих нервов расположены в боковых рогах грудного и поясничного отделов спинного мозга. Нервные волокна выходят через передние корешки и прерывают­ся в ганглиях пограничного симпатического ствола или в более отдаленных превертебральных ганглиях. Влияние нервных волокон на сосуды изучалось путем перерезок и раздражения. В 1842 г. А. П. Вальтер в опытах на лягушке перерезал симпатические нервы, идущие к лапке, и отметил расширение сосудов плавательной перепонки. В 1852 г. Клод Бернар перерезал симпатический нерв на шее у кролика и получил расширение сосудов уха. Раз­дражение периферических отрезков перерезанных нервов в опытах Вальтера и Бернара приводило к сужению сосудов. Результаты этих опытов позволили сделать вы­вод, что симпатические нервы являются сосудосужива­ющими, или вазоконстрикторами. Особенно хорошо со­судосуживающий эффект при раздражении симпатических нервов выявляется на мелких артериях и артериолах кожи и органов брюшной полости.

К сосудам кожи (особенно верхних конечностей, ушей) и желудочно-кишечного тракта по вазоконстрикторным симпатическим волокнам возбуждение поступает посто­янно. В связи с этим можно признать. что тонус данных сосудов зависит не только от периферических факто­ров, но определяется также импульсацией из ЦНС. В ус­ловиях физиологического покоя тоническая импульсация по вазоконстрикторным нервам составляет 1-3 имп/с. Изменение частоты импульсов в них может усилить (при учащении) или ослабить (при урежении) тонус сосудов. Центральные констрикторные тонические влияния слабо выражены в сосудах мозга, почек, миокарда, но при учащении импульсации в симпатических нервах сосуды этих органов могут суживаться. Сосуды скелетных мышц проявляют констрикторную реакцию при возбуждении симпатических нервов только в условиях покоя скелет­ных мышц.

Парасимпатические нервные волокна являются сосу­дорасширяющими — вазодилататорами. При раздраже­нии парасимпатических волокон барабанной струны про­исходит расширение сосудов слюнных желез и языка, а при раздражении тазового нерва расширяются сосуды половых органов. В настоящее время считается бесспор­но установленным, что вазодилататорным действием обла­дают холинэргические симпатические волокна (медиатор ацетилхолин). Такие симпатические волокна обнаруже­ны в скелетных мышцах (Увнес с сотр., 1960) и миокарде (С. И. Теплов, Л; И. Васильева, 1968). Вазодилататорный эффект можно получить при раздражении чувстви­тельных соматических волокон, входящих в состав зад­них корешков спинного мозга (А. А. Остроумов, 1876). Последняя реакция относится к аксонрефлексам, т.е. осуществляется разными веточками одного аксона.

Таким образом, если вазоконстрикторный эффект на­блюдается только при раздражении симпатических адренэргических нервных волокон, то механизмы активной вазодилатации более разнообразны. Вазодилатация мо­жет быть вызвана раздражением парасимпатических и симпатических холинэргических нервных волокон и при урежении импульсации в симпатических вазоконстрикторах, обладающих тонусом.

Сосудодвигательные нервные центры. В регуляции сосудистого тонуса принимают участие нервные центры, расположенные в различных отделах центральной нервной системы: в спинном, продолговатом, промежуточном моз­ге, в мозжечке, подкорковых ядрах и коре больших по­лушарий головного мозга.

Симпатические центры спинного мозга являются низ­шими вазомоторными центрами. Они обладают собствен­ной активностью и представляют первый контур цент­ральной регуляции сосудистого тонуса. Предполагают, что симпатические центры спинного мозга осуществля­ют внутриорганное и регионарное перераспределение кро­вотока в ответ на раздражение тканевых рецепторов.

В 1871 г., применяя метод послойных перерезок моз­га, Ф. В. Овсянников открыл сосудодвигательный центр продолговатого мозга. Им было показано, что при пере­резке ЦНС под продолговатым мозгом наблюдается сни­жение тонуса сосудов и падение артериального давле­ния. Если перерезка ЦНС производилась выше продол­говатого мозга, сосудистый тонус не изменялся. Мето­дом точечного раздражения было установлено, что сосудо­двигательный центр продолговатого мозга расположен на дне четвертого желудочка вблизи от ядер лицевого нерва. Этот центр состоит из двух отделов: прессорного и депрессорного. При раздражении прессорного отдела наблюдается системное сужение сосудов, а при раздра­жении депрессорного отдела — системное расширение со­судов. Влияние прессорного отдела сосудодвигательного центра продолговатого мозга передается на сосуды через симпатические центры спинного мозга.

Депрессорный отдел участвует в регуляции тонуса сосудов путем угнетения деятельности прессорного отдела, который обладает тонусом.

Вазомоторный центр продолговатого мозга обеспечи­вает второй контур регулирования сосудистого тонуса. Этот центр получает информацию об изменениях сос­тояния всей сердечно-сосудистой системы и на основании этой информации регулирует сосудистый тонус в целом, осуществляя его перераспределение между различными областями тела в интересах целостного организма. Ва­зомоторный центр продолговатого мозга работает в тес­нейшей взаимосвязи с ядрами блуждающих нервов, иннервирующих сердце. В связи с этим в настоящее вре­мя их часто объединяют понятием сердечно-сосудисто­го, или гемодинамического, центра (М.И. Гуревич, 1970; В.В. Фролькис, 1970; Фолков, Нил, 1976).

В гипоталамическом отделе промежуточного мозга и в мозжечке расположены высшие вегетативные цент­ры, принимающие участие в регуляции сосудистого то­нуса. Раздражение ядер гипоталамуса и мозжечка мо­жет вызывать различные сосудистые реакции. В естествен­ных условиях жизнедеятельности данные отделы мозга обеспечивают при раздражении связь ответов сердечно­сосудистой системы с ответами других вегетативных сис­тем в целостную реакцию, характерную для той или иной формы двигательного поведения животного или челове­ка. Изменения в системе кровообращения согласуются с изменениями функций дыхания, обмена, терморегу­ляции, выделения. Таким образом, гипоталамические цен­тры промежуточного мозга и мозжечок представляют третий контур регулирования сосудистого тонуса и крово­обращения в целом.

Несомненно доказано в настоящее время и участие коры больших полушарий головного мозга в регуляции сосудистого тонуса. Изменения сосудистого тонуса мож­но наблюдать при раздражении моторной, премоторной, лимбической областей коры (первые опыты в этом плане проведены В. М. Бехтеревым и Н.А.Миславским), при различных эмоциональных состояниях, в опытах с гип­нотическим внушением или при выработке условных реф­лексов. Условно-рефлекторным путем удается вызвать только те изменения сосудистого тонуса, которые свя­заны с мышечными усилиями. Локальные сосудистые ре­акции корой головного мозга неуправляемы. Кора боль­ших полушарий, осуществляя четвертый контур регули­рования сосудистого тонуса, и в целом кровообращения, способствует выработке новых сердечных и сосудистых реакций, сопровождающих различные формы двигатель­ного поведения животных или человека в постоянно ме­няющихся условиях среды. Она осуществляет, таким об­разом, «упреждающее» регулирование функций целостно­го организма, в том числе и функции кровообращения. Промежуточный мозг и кора больших полушарий мо­гут оказывать регулирующее влияние на сердце и со­суды как через центры продолговатого мозга, так и минуя их (прямой выход на симпатические нейроны спинного мозга.)

Рефлекторная регуляция кровообращения

Нервная регуляция работы сердца и напряжения глад­ких мышц резистивных и емкостных сосудов осуществля­ется по механизму рефлекса, при этом рефлекторные реакции на исполнительные органы системы кровообра­щения могут осуществляться с различных рецепторов тела. Система кровообращения вовлекается в любые по­веденческие реакции организма (пищедобывательные, оборонительные, ориентировочные, нападения и пр.), так как энергетическое обеспечение поведенческого акта воз­можно только через усиление функции кровообращения.

Рефлекторные реакции системы кровообращения де­лят на системные и регионарные (органные). Регионарные рефлекторные реакции выражаются в перераспределении сосудистого тонуса в ограниченных областях тела и, как правило, не сопровождаются изменениями в дея­тельности сердца и в уровне артериального давления. Регионарные сосудистые реакции могут осуществляться сегментарным аппаратом спинного мозга и приспосабли­вают кровообращение к собственным нуждам органа, к уровню его метаболизма и функционирования.

Системные, или общие, рефлекторные реакции явля­ются итогом изменений сопротивления и емкости сосу­дистого русла в различных областях тела. Они обыч­но сопровождаются изменениями деятельности сердца и изменением уровня артериального давления. В осу­ществлении их участвуют центры продолговатого и рас­положенных выше отделов мозга.

В системной регуляции кровообращения можно вы­делить собственные рефлексы сердечно-сосудистой сис­темы, возникающие с рецепторов сосудов и сердца, глав­ным образом с рецепторов сосудистых рефлексогенных зон, стабилизирующие основные параметры функции сис­темы кровообращения. Вторая группа рефлексов, возни­кающих при системной регуляции кровообращения, на­зывается сопряженными рефлексами сердечно-сосудистой системы. Они возникают с рецепторов вне системы кро­вообращения, и как правило, нарушают стабильное сос­тояние такого параметра функции сердечно-сосудистой системы, как артериальное давление.

Сопряженные рефлексы системы кровообращения. Раздражение механорецепторов внутренних органов мо­жет вызывать и прессорные и депрессорные рефлексы. Раздражение хеморецепторов, независимо от характера раздражителя и принадлежности органа к той или иной физиологической системе, в большинстве случаев вызы­вает прессорный рефлекс, учащение сокращений сердца и повышение артериального давления. Предполагается, что хеморецепторы реагируют на изменение концентрации каких-либо метаболитов, ионного состава тканевой жид­кости и тем самым сигнализируют о степени функци­ональной активности органа и об изменении обмена ве­ществ в нем. Сопряженные системные рефлексы могут быть вызваны также при раздражении проприорецепторов скелетных мышц, терморецепторов кожи, болевых рецепторов. Для системных сопряженных рефлексов ха­рактерно неравномерное участие сосудов различных ор­ганов, часто они развиваются как компенсаторные ре­акции на происшедшие или возможные сдвиги основ­ных параметров функции системы кровообращения. Ха­рактер такой реакции можно разобрать на примере из­менений кровообращения при мышечной работе.

В работающих мышцах обмен веществ усиливается. Процесс, первично сопрягающий уровень функции мы­шечных волокон и уровень их метаболизма, рефлектор­ный. Повышение уровня обмена веществ при работе сопровождается нарастанием концентрации метаболи­тов в межклеточном пространстве мышц. Под влия­нием метаболитов происходит местное расширение артериол и прекапилляров; артериальное давление рас­крывает капилляры. Через резко увеличившуюся диффу­зионную поверхность кислород и питательные вещества устремляются к клеткам.

В условиях целостного организма выделение мета­болитов вызывает еще и другую реакцию — раздражение тканевых хеморецепторов. При этом возбуждается сосудодвигательный центр продолговатого мозга, повышается тонус симпатической нервной системы и происходит ком­пенсаторное сужение сосудов других областей тела. Та­кая констрикторная реакция обеспечивает должный при­ток крови в расширенные сосуды работающего органа и одновременно «страхует» организм от снижения об­щего артериального давления. В прессорную реакцию включаются не только резистивные, но и емкостные сосу­ды и сердце — наблюдается учащение и увеличение си­лы сердечных сокращений, увеличение систолического и минутного объема кровотока, увеличение венозного воз­врата крови в сердце. Системная прессорная реакция, развивающаяся с хеморецепторов работающих мышц, поддерживается импульсацией с проприорецепторов мышц и усиленной секрецией катехоламинов мозговым веществом надпочечников. Общее артериальное давление повышается и, таким образом, переводится на новый, более оптимальный для данных условий уровень. При работе в привычных условиях среды изменение крово­обращения может быть связано с действием условно-рефлекторных обстановочных раздражителей.

Прессорная реакция, как правило, не распространя­ется на сосуды работающих мышц, так как они пере­стают «подчиняться» констрикторным импульсам и вы­ходят из-под контроля симпатической нервной системы (функциональный симпатолиз). Сущность этого явления заключается в том, что при расширении сосудов радиус их увеличивается, а толщина стенки уменьшается, стен­ка становится менее жесткой и эффективность констрикторных импульсов падает. Одновременно метаболиты сни­жают чувствительность α1-адренорецепторов сосудистых мышц к катехоламинам (медиаторам симпатических со­судосуживающих нервов).

Собственные рефлексы системы кровообращения. Сопряженные системные рефлексы на сердце и сосуды не могут привести к беспредельному повышению арте­риального давления, хотя артериальное давление и не является жестко регулируемой константой гомеостаза. По механизму обратной связи работа сердца и напря­жение гладких мышц резистивных и емкостных сосудов контролируются сосудистыми рефлексогенными зонами, С которых возникают собственные системные рефлексы сердечно-сосудистой системы. В системе кровообращения имеются различные виды рецепторов. По виду энергии адекватного раздражителя их делят на механо- (баро-), хемо- и осморецепторы. Имеются участки сосудов, где эти рецепторы наиболее чувствительны к адекватному раздражителю и сосредоточены в большом количестве. Такие участки системы кровообращения называют сосу­дистыми рефлексогенными зонами. К основным рефлек­согенным зонам системы кровообращения относятся: 1) аортальная зона—совокупность рецепторов в корне и дуге аорты; 2)синокаротидная зона—скопление ре­цепторов в развилке общей сонной артерии на наруж­ную и внутреннюю; 3)зона легочной артерии; 4) рефлек­согенная зона самого сердца.

Аортальная рефлексогенная зона изучена Ционом и Людвигом (1866). Здесь имеется скопление механо-(баро-) и хеморецепторов. Афферентным нервом этой зоны является веточка блуждающего нерва, которую часто называют аортальным, или депрессорным, нервом, или, по имени авторов, нервом Циона — Людвига. Аортальный нерв получил название депрессорного, так как при его раздражении наблюдается урежение сокращений сердца, падение сосудистого тонуса и периферического сопротив­ления, снижение артериального давления. Перерезка депрессорного нерва вызывает противоположный комплекс реакций сердечно-сосудистой системы.

Механорецепторы дуги и корня аорты чувствитель­ны к растяжению сосуда при повышении артериального давления. Они возбуждаются постоянно, так как каждый выброс крови в сосудистую систему создает некоторый перепад кровяного давления. По аортальному нерву в цен­тры регуляции деятельности сердечно-сосудистой систе­мы поэтому постоянно поступает афферентная импульсация, под влиянием которой повышается тонус центров блуждающих нервов и несколько притормаживается то­нус прессорного отдела сосудодвигательного центра. Из­менение величины кровяного давления в области дуги аорты приводит к изменению частоты афферентной импульсации по аортальному нерву и уровня активности указанных выше центров. В определенных пределах эта зависимость линейна. Рецепторы дуги аорты как бы на­строены на норму артериального давления.

Если при воздействии среды или изменении внутрен­него состояния происходит повышение артериального дав­ления, раздражение механорецепторов аортальной ре­флексогенной зоны увеличивается, частота афферентной импульсации по аортальному нерву возрастает. Увеличе­ние частоты афферентной импульсации в аортальном нерве вызовет повышение тонуса центров блуждающих нервов и снижение тонуса прессорного отдела сосудодвигательного центра. Поэтому ответная реакция со стороны сер­дечно-сосудистой системы в такой ситуации проявится в урежении сердечных сокращений, ослаблении сердечного выброса, расширении резистивных сосудов; артериальное давление упадет. Артериальное давление в результате такой реакции не падает ниже нормы, так как любое снижение его по сравнению с нормой сопровождается ослаблением раздражения механорецепторов и развитием противоположного комплекса процессов и реакций.

Хеморецепторы дуги аорты чувствительны к измене­нию рН крови и к изменению напряжения в крови кис­лорода и углекислого газа. Накопление кислых продуктов и снижение в крови напряжения кислорода приводит к раздражению хеморецепторов аортального тельца. Аф­ферентная импульсация с этих рецепторов вызывает по­вышение тонуса прессорного отдела сосудодвигательного центра, возбуждение центров симпатических нервов серд­ца и снижение тонуса ядер блуждающих нервов, в ре­зультате наблюдается учащение сокращений сердца, уве­личение минутного объема кровотока, повышение напря­жения гладких мышц сосудов. Артериальное давление в этих условиях увеличивается. Одновременно наблюдает­ся увеличение минутного объема дыхания. Увеличение кровяного давления в артериальном отделе сосудистого русла и повышение производительности работы сердца приводит к увеличению объемной и линейной скорости кровотока не только в большом, но и малом круге крово­обращения. В сочетании с увеличением легочной венти­ляции это способствует восстановлению газового состава крови и удалению избытка кислых метаболитов.

Синокаротидная рефлексогенная зона также являет­ся зоной механо- и хеморецепции. Раздражение ее ре­цепторов вызывает реакции, подобные тем, которые воз­никают с соответствующих рецепторов аортальной зоны. Характер реакций с каротидной рефлексогенной зоны изучался Герингом. Афферентным нервом является ветвь языкоглоточного нерва, ее часто называют каротидным нервом, или нервом Геринга. На синокаротидной реф­лексогенной зоне в эксперименте лучше моделируются различные ситуации воздействия на рецепторы рефлексо­генных сосудистых зон (удобна для гуморальной изо­ляции). Многие общие закономерности собственных рефлексов системы кровообращения изучены на этой зоне.

Рефлексогенная зона сердца. Повышение давления и растяжение полостей сердца вызывает рефлекторную брадикардию и расширение сосудов. Реакция развивается с механорецепторов эндокарда, эпикарда и перикарда. Афферентные волокна проходят в основном в составе блуждающих нервов. Важным компонентом рефлекторно­го ответа с механорецепторов предсердий при переполне­нии их кровью является значительное увеличение ди­уреза, что приводит к уменьшению объема циркулиру­ющей в организме жидкости и разгружает предсердия.

Рефлексогенная зона легочной артерии. С механоре­цепторов легочной артерии, как показал В. В. Па­рии (1946), возникает рефлекс, аналогичный рефлексам с рефлексогенных зон аорты, каротидного синуса и са­мого сердца.

Таким образом, механорецепторы эндокарда полостей сердца и ближайших к нему крупных сосудов на выходе (дуга и корень аорты, область каротидного синуса, ле­гочные, коронарные, щитовидные, подключичные артерии) представляют собой единое рецепторное поле, «обузды­вающее» артериальное давление. Единое рецепторное по­ле представляют и хеморецепторы аортального, каротид­ного и подключичного тельца.

В собственных системных реакциях сердечно-сосудис­той системы участвуют все резистивные сосуды, но сте­пень их участия может быть различной. Наиболее выра­женные прессорные и депрессорные реакции наблюда­ются со стороны сосудов конечностей и органов брюш­ной полости. Слабее они проявляются у сосудов мозга и сердца. Различие в выраженности сосудистых реак­ций определяется, наряду с особенностями центральных влияний, свойствами самих сосудов — чувствительностью тканевых рецепторов к медиаторам, жесткостью сосудис­той стенки. Сосуды мозга и сердца более других на­ходятся под метаболическим контролем и поэтому менее чувствительны к нервным влияниям. Сосуды скелетных мышц вовлекаются в системную реакцию только в том случае, если скелетные мышцы находятся в состоянии покоя (уменьшен метаболический контроль).

На входе в сердце, в стенках полых вен, возможно, также имеется зона механорецепции. При растяжении устьев полых вен избытком крови наблюдается ответ­ная реакция в виде тахикардии, которая способствует более быстрому перекачиванию крови из венозного от­дела сосудистого русла в артериальный. Реакция была описана Бейнбриджем и получила название рефлекса Бейнбриджа. Механизм данной реакции до конца не ясен. Вывод о рефлекторной природе этой реакции сде­лан на основании того, что тахикардия при растяжении полых вен сопровождается возрастанием импульсации в эфферентных симпатических нервах сердца и исче­зает после перерезки блуждающих нервов. Пред­полагают, что афферентная часть дуги рефлекса Бейн­бриджа представлена волокнами блуждающего нерва, а эфферентная — симпатическими нервами. Тахикардия при растяжении полых вен и правого предсердия наблю­дается и на полностью денервированном сердце, следо­вательно, в возникновении этой реакции нельзя исклю­чить механизм Стерлинга и периферические сердечные рефлексы.

Все собственные системные рефлексы сердечно-сосу­дистой системы осуществляются с использованием ме­ханизма отрицательной обратной связи и относятся к реф­лексам саморегуляции. Они обеспечивают устойчивое состояние основных параметров системы кровообраще­ния.

Контрольные вопросы

1. Назовите основные регулируемые параметры в сис­теме кровообращения.

2. На какие органы в системе кровообращения на­правлены регулирующие воздействия?

3. Перечислите отделы ЦНС, участвующие в регуля­ции системы кровообращения.

4. Охарактеризуйте влияния симпатических и блуж­дающих нервов на сердце.

5. Опишите нервные механизмы вазоконстрикции и вазодилатации.

6. Дайте определение понятий сопряженные и соб­ственные рефлексы сердечно-сосудистой системы.

7. Назовите основные рефлексогенные зоны в сер­дечно-сосудистой системе, их рецепторный аппарат. На примере функционирования одной из зон опишите механизм саморегуляции в сердечно-сосудистой си­стеме.

8. Перечислите гормоны эндокринных желез, влия­ющие на функции системы кровообращения.

9. Опишите местные механизмы регуляции деятель­ности сердца и тонуса сосудов.

Проблемные задачи.

6. В эксперименте на круговом препарате изолирован­ного сердца лягушки (имитируется большой круг крово­обращения) регистрируются сердечный выброс и напря­жение мышцы желудочка при увеличении притока перфузионной жидкости в сердце через венозную канюлю и при затруднении ее оттока из сердца через аортальную канюлю. Укажите, как изменяются регистри­руемые показатели и какие механизмы регуляции про­являются в том и другом случае.

7. На сердечно-легочном препарате исследуются ре­акции различных отделов сердца при увеличении веноз­ного возврата крови в правое предсердие. В экспери­менте обнаружено, что усиление и учащение работы ле­вого желудочка наступает в этих условиях раньше, чем увеличивается венозный возврат крови в левое предсер­дие. Как объяснить эту реакцию; проявляется ли здесь закон Старлинга?

8. На собаке производится эксперимент с использова­нием метода искусственной перфузии сосудов конечности постоянным объемом крови. После денервации конечности произошло падение артериального давления. Введение в артерию на этом фоне простагландина «Е» вызвало еще большее падение артериального давления. Объяс­ните результаты опыта.

9. Больному с целью лечения провели блокаду звез­дчатого ганглия пограничного симпатического ствола. Объясните, как и почему изменился кровоток в сосудах верхних конечностей после блокады.

10. С помощью метода окклюзионной плетизмографии у человека отмечено уменьшение кровотока в сосудах предплечья и кисти во время умеренной работы на велоэргометре. Какой механизм регуляции обусловил эту реакцию?

11. В эксперименте на животном регистрируются уро­вень артериального давления в бедренной артерии, элек­трическая активность каротидного нерва и нейронов прессорного отдела сосудодвигательного центра при перфу­зии изолированного каротидного синуса (афферентные нервные связи сохранены) гепаринизированной кровью под давлением 90 и 180 мм рт. ст. (12 и 24 кПа). Как меняются регистрируемые показатели во втором случае по сравнению с первым?

Глава 4. Регуляция дыхания.

Функция дыхания направлена на поддержание опти­мального снабжения тканей кислородом и удаление из организма углекислого газа. Дыхание имеет жизненно важное значение, так как окислительные процессы в ор­ганизме совершаются непрерывно, а внутренних резер­вов кислорода в организме практически нет. Для фун­кции дыхания характерна большая подвижность, измен­чивость. Это сказывается в довольно широком диа­пазоне индивидуальных колебаний частоты и глубины дыхания, а также в чрезвычайной чувствительности ды­хания к малейшим изменениям внешней и внутренней среды. Дыхание теснейшим образом связано с функциями кровообращения, кислородной емкостью крови и регуля­цией кислотно-щелочного равновесия.

Приспособление дыхания к потребностям организма и называется регуляцией дыхания. Регуляция дыхания проявляется в регуляции дыхательных движений грудной клетки — регуляции легочной вентиляции, а также в ре­гуляции состояния гладкой мускулатуры бронхиального дерева. Гладкие мышцы бронхов иннервируются симпа­тическими и блуждающими нервами. При возбуждении симпатических нервов гладкие мышцы бронхов расслаб­ляются. Возбуждение блуждающих нервов вызывает спазм бронхов. Регуляция состояния бронхиальных мышц может быть рефлекторной (с хеморецепторов со­судов, с механорецепторов дыхательных путей) и гумо­ральный (воздействие гуморальных агентов на гладкие мышцы бронхов). Она направлена на изменение сопро­тивления дыханию. Регуляция легочной вентиляции пред­ставлена на схеме 4.

Функция дыхания — вегетативная функция, но в эф­ферентном звене регуляции легочной вентиляции ве­дущую роль выполняет соматическая нервная система, так как рабочими органами, ответственными за венти­ляцию легких, являются скелетные мышцы. Дыхательные движения грудной клетки связаны с сокращением и рас­слаблением дыхательных мышц: диафрагмы, наружных межреберных (вдыхательных) и внутренних межреберных (выдыхательных) мышц. Двигательные ядра эфферент­ных нервов, иннервирующих дыхательные мышцы, рас­положены в спинном мозгу. Ядро диафрагмального нерва локализуется в III — IV шейных сегментах, яд­ра межреберных нервов — в грудных сегментах спинно­го мозга. Импульсы, идущие от мотонейронов спинного мозга, вызывают возбуждение и сокращение дыхатель­ных мышц, но эти центры не могут обеспечить регуляцию дыхания. Такой вывод позволяют сделать результаты опы­тов с послойной перерезкой мозга. Поперечная пере­резка на границе мозга между продолговатым и спин­ным отделами сопровождается прекращением дыхания, хотя мотонейроны спинного мозга, дающие эфферентные нервные волокна к дыхательным мышцам, остались целыми и сохранили свои связи с эффекторами. При пере­резке спинного мозга на уровне нижних шейных сегмен­тов прекращается реберное дыхание и сохраняется диафрагмальное. При перерезке выше продолговатого мозга сохраняется ритмическое дыхание.

Работами Легаллуа (1812), Флуранса (1842) и осо­бенно Н. А. Миславского (1885) было установлено, что регуляция дыхания обеспечивается центром, расположен­ным в ретикулярной формации продолговатого мозга и со­стоящем из двух отделов: инспираторного (центр вдо­ха) и экспираторного (центр выдоха). Инспираторный и экспираторный отделы дыхательного центра продолго­ватого мозга находятся в сопряженных отношениях, т.е. возбуждение одного из них тормозит другой.

Инспираторный отдел посылает импульсы к мотоней­ронам спинного мозга, составляющим ядра диафрагмального и наружных межреберных нервов, поэтому воз­буждение инспираторных нейронов вызывает сокращение вдыхательных мышц. Главная функция экспираторных нейронов — не возбуждать выдыхательные мышцы (спо­койный выдох — пассивный), а тормозить инспираторные нейроны. Поэтому экспираторные нейроны даже на­зывают «антиинспираторными». При возбуждении экспи­раторного центра прекращается генерация потенциалов действия в инспираторных нейронах и вдыхательные мышцы расслабляются. Сила тяжести и эластические силы сопротивления опускают грудную клетку, а внутрибрюшное давление способствует поднятию диафрагмы. Происходит выдох.

Дыхательный центр продолговатого мозга может воз­буждаться автоматически (И. М. Сеченов, 1882). При­чина ритмических автоматических разрядов в дыхатель­ном центре окончательно не определена. Вероятнее всего, автоматическое возбуждение дыхательного центра обусловлено процессами обмена веществ, протекающими в нем самом, и его высокой чувствительностью к углекис­лоте, которая может накапливаться в процессе об­мена.

При сохранении афферентных и эфферентных связей ствола мозга с другими отделами центральной нервной си­стемы и с рецепторными приборами тела, а также при со­хранении кровообращения, деятельность дыхательного центра регулируется нервными импульсами, приходящими от рецепторов легких, сосудистых рефлексогенных зон, ды­хательных и других скелетных мышц, а также импульсами из вышележащих отделов центральной нервной системы и, наконец, гуморальными влияниями.

Нормальные сопряженные отношения между инспира­торный и экспираторным отделами дыхательного центра устанавливаются центром пневмотаксиса, расположен­ным в области варолиева моста (Лумсден, 1923). Главная функция центра пневмотаксиса — плавная ритмичная сме­на фаз дыхания, обеспечение оптимальных соотношений частоты и глубины дыхания. Центр пневмотаксиса воз­буждается импульсами от инспираторного центра, а сам возбуждает экспираторные нейроны и таким образом прекращает вдох. При разрушении связей пневмотаксического центра с дыхательным центром продолговатого мозга дыхание становится очень редким и глубоким.

В регуляции дыхания принимают участие также и мно­гие другие отделы центральной нервной системы. Однако роль разных нервных центров в регуляции дыхания не одинакова. Дыхательный центр продолговатого мозга является абсолютно необходимым для осуществления ритмической смены фаз дыхания, при его разрушении дыхание прекращается. При перерезке и разрушении вы­шележащих отделов центральной нервной системы дыха­ние сохраняется.

Промежуточный мозг, его гипоталамический отдел, обеспечивает связь дыхания с другими вегетативными функциями, в частности с изменениями обмена веществ и кровообращения. Интенсивность дыхания и кровообраще­ния в организме приспосабливается к имеющемуся в дан­ный момент уровню метаболизма. Большим полушариям головного мозга принадлежит особая роль в связи с тем, что они обеспечивают всю гамму тончайших приспособле­ний дыхания к потребностям организма в связи с не­прерывными изменениями условий жизнедеятельности и внешней среды. Способность коры больших полушарий влиять на процессы внешнего дыхания является общеизвестным фактом. Человек может произвольно изменять ритм и глубину дыхательных движений, а также задерживать дыхание на 30—60 с и более. Эксперимен­тально влияние коры больших полушарий на дыхание доказано опытами с выработкой условных дыхательных рефлексов, изменением дыхания при гипнотическом вну­шении тяжелой физической работы и при различных эмо­циональных состояниях. Особо важное значение имеет участие коры больших полушарий мозга в приспособлении дыхания человека к речевой и различным формам профес­сиональной деятельности.

Роль двуокиси углерода и кислорода в регуляции дыхания

Уровень легочной вентиляции определяется прежде всего потребностями организма поддерживать нормаль­ное напряжение 02 и С02 в артериальной крови при любом уровне тканевого метаболизма и органного крово­обращения. В связи с этим в регуляции дыхания большая роль принадлежит двуокиси углерода и кислороду.

Дыхание может учащаться и углубляться при гиперкапнии (повышено напряжение С02) и гипоксемии (по­нижено напряжение 02) или урежаться и уменьшаться по глубине при гипокапнии (понижено напряжение С02).

Повышение напряжения С02 в крови может вызвать возбуждение дыхательного центра путем воздействия на хеморецепторы артериальных рефлексогенных зон (Гейманс, 1927) и путем воздействия на специализированные хеморецепторные клетки, расположенные на вентральной поверхности продолговатого мозга (медуллярные хемо­рецепторы) (Лешке, 1960).

Прямое возбуждающее действие двуокиси углерода на хеморецепторы продолговатого мозга доказано путем раз­личных экспериментов. Например, при действии С02 на изолированный продолговатый мозг кошки наблюдалось увеличение частоты электрических разрядов, что свиде­тельствовало о возбуждении дыхательного центра.

Рефлекторное действие двуокиси углерода на дыха­тельный центр показано на животных с изолированной каротидной рефлексогенной зоной. Повышение напряжения С02 в крови, перфузирующей изолированный каротидный синус, связанный с организмом только афферентными нервными волокнами, приводит к усилению дыхательных движений, а при понижении напряжения С02 дыхание тормозится.

Артериальные хеморецепторы ответственны за началь­ную быструю фазу гипервентиляции при гиперкапнии. Дальнейшее увеличение глубины и частоты дыхания поддерживается раздражением хеморецёпторных клеток продолговатого мозга. После денервации сосудистых реф­лексогенных зон повышение напряжения С02 в крови вы­зывает гипервентиляцию значительно позднее и реакция протекает более вяло, чем у интактных животных.

Усиление дыхательных движений наблюдается не толь­ко при повышении в крови напряжения С02, но и при любом сдвиге рН крови в кислую сторону. Увеличение концентрации ионов водорода может вызывать возбуж­дение дыхательного центра по тем же путям, что и по­вышение напряжения С02, но реакции развиваются мед­леннее и являются более слабыми. Различие в реакциях объясняется более быстрой диффузией С02 через мембра­ны хеморецёпторных клеток.

Недостаток 02 вызывает усиление и главным образом учащение дыхательных движений только через возбужде­ние хеморецепторов сосудистых рефлексогенных зон. Если в организме сочетаются явления гиперкапнии и ги­поксемии, то усиление дыхания в этом случае может быть значительно больше того, которое можно ожидать исходя из законов арифметического суммирования. В этом случае говорят о гипоксически-гиперкапническом взаимодейст­вии.

Таким образом, с медуллярных и артериальных хе­морецепторов управление дыханием осуществляется по принципу отрицательной обратной связи — отклонение регулируемых параметров (напряжение С02 и 02) воздей­ствует через рецепторы на дыхательный центр и вы­зывает изменения в легочной вентиляции, приводящие к уменьшению возникших отклонений.

Регуляция дыхания с механорецепторов легких

В легочной ткани и в висцеральной плевре распо­ложены механорецепторы — чувствительные нервные окончания блуждающих нервов, адекватным раздражи­телем для которых является растяжение. При вдохе происходит растяжение легких и раздражение механо­рецепторов. По блуждающим нервам импульсы посту­пают в дыхательный центр, где возбуждают экспираторные нейроны и тормозят инспираторные. Вдох сменяется выдохом (рефлекс Геринга — Брейера, 1868). При спокойном выдохе наблюдается умеренное спаде­ние легочной ткани, раздражение рецепторов растяже­ния прекращается. Прекращается и импульсация, возбуждающая центр выдоха и тормозящая центр вдоха. Под влиянием С02 центр вдоха возбуждается и выдох сменяется вдохом.

При усиленном спадении легочной ткани, например, при резком глубоком выдохе, смене выдоха на вдох спо­собствует раздражение других механорецепторов. Такое предположение высказывается в связи с тем, что в этих условиях в блуждающем нерве пачки потенциалов действия регистрируются непрерывно — ив фазу вдоха и в фазу выдоха, чего нет при спокойном ды­хании (Эдриан, 1933).

Рефлексом Геринга — Брейера как бы дублируется и облегчается функция центра пневмотаксиса.

Регуляция дыхания с механорецепторов верхних дыхательных путей

С рецепторов верхних дыхательных путей могут осу­ществляться рефлекторные реакции двух типов: 1) реф­лекторная регуляция глубины и частоты дыхания и 2) за­щитные рефлексы.

Адекватными раздражителями для механорецепторов слизистой, мышц, надхрящницы верхних дыхательных путей, вызывающими рефлекторые изменения глу­бины и частоты дыхания, являются скорость и направле­ние движения струи воздуха, изменение давления в воз­духоносных путях при вдохе и выдохе. Афферентные нервные волокна с рефлексогенной зоны верхних дыха­тельных путей идут в составе тройничных, вер­хних и нижних гортанных нервов; эфферентные — в со­ставе вегетативных нервов, иннервирующих мускулатуру дыхательных путей, и в составе двигательных нервов дыхательных мышц грудной клетки и диафрагмы. Ис­следование рефлекторной регуляции дыхания с механо­рецепторов верхних дыхательных путей проведено на трахеотомированных животных (В. А. Буков, 1941; М. В. Сергиевский и сотр., 1948).

В экспериментах установлено, что: а) продувание воз­духа от трахеи к гортани (имитируется естественный выдох) удлиняет выдох, углубляет дыхание; б) ритмическая имитация вдоха и выдоха через верхние дыха­тельные пути, не совпадающая с ритмом естествен­ного дыхания, приводит к нарушению естественного ритма, а в ряде случаев — к подчинению последнего ритму искусственной вентиляции верхних дыхатель­ных путей; в) при зажатии ротового отверстия и носа у трахеотомированных животных наблюдаются расстрой­ства дыхания, сходные с асфиксией. Таким образом, движение воздуха через верхние дыхательные пути облег­чает развитие вдоха и выдоха и способствует ритми­ческой смене фаз дыхания.

Рефлексы с механорецепторов верхних дыхательных путей имеют большое значение также в регуляции вентиляции легких при увеличении сопротивления дыха­нию. В этих условиях увеличенное давление в возду­хоносных путях вызывает рефлекторное замедление и углубление дыхания, расслабление гладких мышц и рас­ширение бронхов. Обе реакции приводят к снижению и даже к нормализации сопротивления дыханию.

Неадекватное механическое или химическое раз­дражение слизистой дыхательных путей может вызы­вать защитные рефлекторные реакции, способствующие удалению раздражителя (кашель, чихание) или препят­ствующие попаданию его в бронхи и легкие (закрытие входа в гортань, спазм голосовых связок, спазм брон­хов, кратковременная остановка дыхания).

Рецепторное поле кашлевого рефлекса — слизистая всего дыхательного тракта от глотки до бронхов, а рецепторное поле рефлекса чихания — слизистая носа.

В ответ на раздражение соответствующего рецепторного поля происходит рефлекторный спазм голо­совых связок, закрытие голосовой щели и одновремен­но сокращение выдыхательных мышц. В легких и бронхах создается высокое давление, при котором рас­крывается голосовая щель и воздух из дыхательных пу­тей толчком, с большой скоростью выбрасывается наружу через рот при кашле и через нос при чихании.

Регуляция дыхания с рецепторов растяжения дыхательных мышц

Рецепторы растяжения — мышечные веретена — сла­бо представлены в диафрагме, и их много в межребер­ных мышцах. Чувствительность мышечных веретен ды­хательных мышц к растяжению, в соответствии с общим правилом, регулируется с помощью γ-мотонейронов спинного мозга. При возбуждении γ-мотонейронов сокраща­ются интрафузальные мышечные элементы веретена, ве­ретено растягивается и импульсация с него возрастает. Ослабление активности γ-мотонейронов приводит к про­тивоположному эффекту.

Импульсация с мышечных веретен рефлекторно воз­буждает мотонейроны, осуществляющие эфферентную ин­нервацию данной и соседних мышц и вызывает сокра­щение этих мышц.

При возбуждении центра вдоха импульсация по ретикулоспинальным путям поступает к α и γ-мотонейронам, иннервирующим наружные межреберные мышцы. За счет возбуждения α-мотонейронов эти мышцы сокра­щаются и наступает вдох. Возбуждение γ-мотонейронов вызывает укорочение интрафузальных мышечных воло­кон, веретена при этом растягиваются, импульсация с них на α-мотонейроны усиливается, и сокращение дыхатель­ных мышц дополнительно возрастает. То же наблюдает­ся при активном выдохе по отношению к внутренним межреберным мышцам.

При спокойном дыхании активность наружных и осо­бенно внутренних межреберных мышц относительно сла­ба и данные рефлекторные реакции несущественны, но они имеют важное приспособительное значение в усло­виях увеличения сопротивления дыханию. При увеличении нагрузки межреберные мышцы немедленно усиливают свои сокращения за счет включения гамма-активации мышечных веретен.

Регуляция дыхания с проприорецепторов скелетной мускулатуры

Любая форма мышечной деятельности сопровожда­ется ускорением метаболизма, возрастанием потребностей организма в кислороде, поэтому мышечная деятельность всегда сопровождается изменением частоты и глубины дыхания, значительным (иногда в 10—20 раз) увели­чением минутного объема дыхания.

Одним из наиболее важных факторов, приводящих к приспособлению дыхания к новым условиям жизне­деятельности при мышечной работе, является возраста­ние афферентной импульсации в мозг с проприорецеп­торов работающих мышц. Значение афферентной импуль­сации с проприорецепторов в регуляции дыхания дока­зывается усилением легочной вентиляции при пассивных движениях конечностей, при работе мышц конечности с наложенным жгутом, исключающим поступление в об­щее кровеносное русло двуокиси углерода и других продуктов обмена.

Усиление афферентной импульсации с проприорецеп­торов может рассматриваться как сигнал о возможном наступлении несоответствия минутного объема ды­хания уровню энергетических процессов, возможном от­клонении напряжения С02 и 02 от нормального уровня, т. е. как сигнал возмущения. На основе такого сигна­ла и перестраивается работа дыхательного центра. Ко­нечно, в этих условиях перестройка функции дыхатель­ного центра определяется высшими отделами централь­ной нервной системы: промежуточным мозгом, лимбической системой и новой корой.

Контрольные вопросы

1. Что является рабочим (исполнительным) органом в системе регуляции дыхания?

2. На поддержание каких показателей гомеостаза на­правлена регуляция дыхания?

3. Откуда исходят сигналы обратной связи в системе регуляции дыхания, что является их источником?

4. Как доказать влияние газового состава крови на дыхательный центр?

5. Опишите взаимодействие отделов дыхательного цен­тра.

6. Какова физиологическая роль рефлекса Геринга — Брейера? Опишите его рефлекторную дугу.

7. Объясните эффекты изменения дыхания при: а) перерезке блуждающих нервов, б) перерезке ствола мозга между варолиевым мостом и продолговатым мозгом, в) при том и другом воздействии одновременно.

8. Какова роль в регуляции дыхания рефлексов с механорецепторов верхних дыхательных путей и с проприо­рецепторов дыхательных мышц.

9. Приведите примеры регуляции дыхания «по рас­согласованию» и «по возмущению».

Проблемные задачи

12. Может ли опыт Фредерика с перекрестным кро­вообращением у двух собак считаться безупречным для доказательства гуморальных механизмов влияния избытка С02 или недостатка 02 в крови на дыхательный центр? Объясните ответ.

13. Хорошие пловцы перед тем, как нырнуть, в те­чение нескольких секунд форсированно дышат. Для че­го они так делают? Каков механизм изменения дыха­ния в этом случае?

14. Необходимо воспроизвести в эксперименте реф­лекс Геринга — Брейера и установить, какие нервы яв­ляются афферентными и эфферентными в данной реф­лекторной дуге. Как Вы это сделаете? Какие нервы в этом рефлексе являются афферентными, а какие эффе­рентными?

15. На собаках проведены эксперименты с перерез­кой мозга на разных уровнях: 1) перерезка между шей­ным и грудным отделами спинного мозга; 2) перерезка между продолговатым и спинным мозгом. Какие изме­нения дыхания наблюдались у собак в данных эксперимен­тах? Объясните Ваши ответы.

Г л а в а 5. Регуляция пищеварительных процессов в желудочно-кишечном тракте.

Начиная чтение лекций, И. П. Павлов, трудами которого была создана классическая физиология пи­щеварения, отмечал, что живой организм встречает­ся с внешней средой прежде всего в процессе усвоения пищи.

Пищеварительный процесс — основной этап обмена веществ живого организма, он должен быть тонко при­способлен к энергетическому уровню жизнедеятельности и потребностям организма в пластическом материале. Поэтому сложившиеся в эволюции регуляторные меха­низмы функций желудочно-кишечного тракта направле­ны в конечном итоге на главный приспособительный ре­зультат — сохранение во внутренней среде относительно­го постоянства энергетического и пластического матери­ала. Это достигается благодаря строгому соответствию между: а) секреторными процессами, обеспечивающими необходимые ферментативные воздействия на химические компоненты пищи, б) моторикой, продвигающей химус по пищеварительному тракту, и в) всасыванием про­дуктов гидролиза питательных веществ — конечным эта­пом пищеварения. Таким образом, регуляция пищеварения складывается из регуляции секреторных процессов, моторики и всасывания. Координация всех сторон де­ятельности множества разнообразных органов желудоч­но-кишечного тракта обеспечивается «пищевым центром», в состав которого входит большая группа нервных об­разований, начиная от нейронов спинного мозга и кон­чая корой больших полушарий головного мозга. Более точно понятие пищевого центра будет определе­но при описании функциональной системы пищевого поведения.

Регуляция секреторной функции пищеварительных желез

В работах И. П. Павлова и его сотрудников было установлено, что пищеварительный процесс осуществля­ется поэтапно и каждый отдел желудочно-кишечного трак­та по своим функциям «отграничен» от другого особен­ностями ферментного состава пищеварительных соков и различиями в оптимальной для действия ферментов ре­акцией среды, а также особенностями регуляторных ме­ханизмов секреции пищеварительных соков. Вместе с тем существует строгая последовательность и преемствен­ность пищеварительных процессов, обеспечивающая по­ступление в кровь конечных продуктов гидролиза, необ­ходимых для клеточного метаболизма. Конкретные регу­лируемые параметры при этом: количество пищеваритель­ного сока, концентрация и активность его ферментов, рН химуса и его состояние.

Регуляция секреции пищеварительных желез, как и других рабочих процессов организма, осуществляется за счет сложного взаимодействия рефлекторных, гумо­ральных и местных механизмов.

Регуляция слюноотделения

В опытах на собаках с хроническими фистулами вы­водных протоков слюнных желез И. П. Павлов доказал, что пищеварительное слюноотделение начинается че­рез 1—3 с после начала воздействия пищи на орга­низм, интенсивность секреции зависит главным обра­зом от механических свойств пищи (сухость и измельченность); после прекращения еды секреция быстро за­тухает. У человека слюноотделение совершается постоян­но, что важно для артикуляции, но во время еды секре­ция слюны значительно нарастает, так что пищеварительное слюноотделение легко отличить от постоянного сек­реторного фона. Регуляция слюноотделения представлена на схеме 5.

Регуляция слюноотделения — сложный процесс, состо­ящий из условных и безусловных рефлексов: условно-рефлекторное слюноотделение в естественных условиях возникает при виде и запахе пищи, а безусловнорефлекторное - с механо-, хемо- и терморецепторов ротовой полости. По чувствительным нервным волокнам трой­ничного, промежуточно-лицевого, языкоглоточного и верхнегортанного нервов возбуждение с рецепторов слизис­той рта и языка передается в продолговатый мозг — в слюноотделительный центр, откуда по парасимпатичес­ким и симпатическим эфферентным нервам поступает к слюнным железам.

Парасимпатические нервные волокна к подчелюст­ной и подъязычной железам идут в составе барабан­ной струны — ветви промежуточного нерва, а к около­ушной железе — в составе височно-ушной веточки язы­коглоточного нерва. Это главные секреторные нервы слюн­ных желез.

Симпатические секреторные волокна выходят через передние корешки второго — шестого грудных сегментов спинного мозга и после перерыва в верхнем шейном симпатическом ганглии поступают в слюнные железы в составе сосудистых нервных сплетений.

Раздражение парасимпатических нервов, например барабанной струны, вызывает выделение большого коли­чества слюны, содержащей много солей и сравнительно мало органических веществ, а при раздражении симпа­тических нервов слюны выделяется мало, но в ней со­держится много органических веществ.

Поступая в ротовую полость, слюна изменяет кон­систенцию пищи, разжижает и ослизняет ее, способ­ствует формированию пищевого комка. Одновременно про­исходит растворение химических компонентов пищи в воде и их взаимодействие с вкусовыми рецепторами. Под влиянием импульсации с вкусовых рецепторов в пищевой центр формируется вкусовое ощущение, вызы­вающее перестройку деятельности всей системы пище­варения. Интенсивность и длительность слюноотделения, соответствие секреторного процесса основной задаче (опробование пищи, формирование пищевого комка) пос­тоянно контролируется пищевым центром, так как в про­цессе еды в него непрерывно поступают нервные импульсы с рецепторов слюнных желез, с вкусовых лу­ковиц, с механо- и терморецепторов слизистой рта, не­сущие сведения о «результате деятельности».

Рефлекторное слюноотделение может развиваться при попадании в ротовую полость не только пищевых, но и «отвергаемых» веществ. В этом случае обильное вы­деление слюны способствует отмыванию слизистой, более быстрому и полному удалению «отвергаемого» раздра­жителя из ротовой полости.

Регуляция желудочной секреции

Желудок — очень важный отдел пищеварительной трубки, совмещающий функции пищеварительного орга­на и пищевого депо, куда периодически поступает раз­личная по составу и объему пища, подвергнутая час­тичной механической и химической обработке в ротовой полости.

Различают базальную (в межпищеварительные пери­оды) и пищеварительную секрецию желудочного сока. Последняя подразделяется на три фазы: 1) мозговую, 2) желудочную и 3) кишечную. В естественных усло­виях при еде имеет место перекрытие во времени всех трех фаз, после окончания еды — перекрытие двух последних фаз.

Адекватным возбудителем желудочной секреции яв­ляется пища; в зависимости от ее химического состава и количества меняются скорость и длительность секре­торного процесса, количество желудочного сока, его кис­лотность и переваривающая способность.

Регуляция секреции желудочного сока изучалась в различных вариантах опытов, и в первую очередь на собаках, у которых хирургическим путем из желудка предварительно были выкроены и сформированы «малые желудочки», сохранившие иннервацию и кровоснабжение («вагусные»), частично («безвагусные») или полностью денервированные.

Процесс секреции желудочного сока регулируется нервным и гуморальным путями. Оба типа влияний мо­гут быть как стимулирующими, так и тормозными и на­ходятся в постоянном взаимодействии. Механизмы ре­гуляции желудочной секреции представлены на схеме 6.

Нервная регуляция секреции желудочного сока осу­ществляется с участием блуждающих и чревных нервов. В составе чревных нервов идут симпатические нервные волокна. При раздражении блуждающих нервов усиливается выделение всех компонентов желудочного сока: ферментов, соляной кислоты, слизи. Перерезка блужда­ющих нервов или временное выключение передачи воз­буждения с них на железы желудка атропином умень­шает желудочную секрецию. Возбуждение чревных нер­вов усиливает образование ферментов и слизи секретор­ными клетками слизистой желудка, но из-за сопутству­ющего вазоконстрикторного действия объем секрета мо­жет уменьшаться (непрямое тормозное действие). Сов­местное действие симпатических и парасимпатических нервных волокон всегда повышает объем желудочной секреции и содержание в соке ферментов.

Гуморальная регуляция секреции желудочного сока осуществляется посредством гастроинтестинальных гормо­нов (вырабатываются эндокринными клетками слизис­той желудка и кишечника), под влиянием некоторых биологически активных веществ, а также продуктов гид­ролиза пищи, всосавшихся в кровь из кишечника (Эдкинс, 1906; Г. П. Зеленый и В. В. Савич, 1911; И. П. Разенков, 1925). Наличие гуморальной регуляции доказано результатами различных опытов. Так, у собак акт еды вызывает сокоотделение из полностью денервированного (аутотрансплантированного) «малого желу­дочка», но с большим латентным периодом по сравне­нию с сокоотделением из «большого желудка». Вливание в кровеносное русло голодной собаки небольших пор­ций крови от накормленной собаки вызывает у нее обильную желудочную секрецию.

Главный гастроинтестинальный гормон, стимулиру­ющий секрецию желудочного сока, — гастрин впервые обнаружен Эдкинсом в 1906 г. в водных экстрактах сли­зистой пилорического отдела желудка. Введение таких экстрактов в кровь стимулировало обильную секрецию кислого желудочного сока. В настоящее время получен высокоочищенный препарат гастрина, установлена его химическая структура и осуществлен синтез (Грегори и Трейси, 1964).

Гастрин образуется специализированными гастрино-продуцирующими клетками пилорического отдела желуд­ка и обладает поливалентным действием: усиливает об­разование секреторными клетками слизистой желудка пепсина, мукоидных веществ и особенно соляной кис­лоты. Предполагают, что действие гастрина на секре­торные клетки может быть прямым, а также опосредо­ванным гистамином; последний в больших количествах вырабатывается в слизистой желудка и является самым сильным стимулятором выработки соляной кислоты обкладочными клетками.

Вторым интестиальным гормоном, участвующим в гуморальной регуляции желудочной секреции, является энтерогастрин (Грегори и Трейси, 1966). Он вырабаты­вается эндокринными клетками слизистой двенадцати­перстной кишки. Энтерогастрин, так же как и гастрин, активирует желудочную секрецию через кровь.

В гуморальной регуляции наряду с гастроинтестинальными гормонами, стимулирующими желудочную секре­цию, предполагается участие и тормозных гормонов — гастронов. Они были экстрагированы из слизистой пило­рического отдела желудка (гастрон) и верхних отделов тонкого кишечника (энтерогастрон); при введении в кровь гастроны угнетают секрецию соляной кислоты и пепсина. В настоящее время наличие энтерогастрон а считается более доказанным. Тормозное действие на желудочную секрецию могут оказывать и такие интестинальные гор­моны, как секретин, холецистокинин-панкреозимин. Ха­рактеристика этих гормонов будет дана при описании регуляции секреции поджелудочной железы.

В естественных условиях пищеварения секреция же­лудочного сока на пищевые раздражители во всех фа­зах осуществляется как результат взаимодействия нерв­ных (в основном вагусного) и гуморальных (в основ­ном гастринового) механизмов регуляции.

Мозговая, или сложнорефлекторная, фаза секреции желудочного сока доказывается в опытах с «мнимым» кормлением (И. П. Павлов, Е. О. Шумова-Симановская, 1889). Секреция в мозговую фазу вызывается дей­ствием пищи на «дистантные» рецепторы, механо- и хеморецепторы (вкусовые луковицы) полости рта, глотки и пищевода. Латентный период реакции 5—10 мин. Сокоотделение достигает максимума в конце первого часа. После кратковременного «мнимого» кормления секреция длится 2—4 ч и легко затормаживается посторонними внешними и внутренними раздражителями.

Стимуляция секреции желудочного сока в мозговую фазу — процесс рефлекторный и осуществляется через ядро блуждающего нерва. Блуждающий нерв оказывает влияние на секреторные клетки желудка с участием ацетилхолина. Это основной вид регуляции в мозговую фа­зу. Наряду с прямым влиянием блуждающий нерв мо­жет действовать на секреторный аппарат желудка и косвенно. В мейснеровом сплетении, с нейронами которого блуждающий нерв образует синаптические контакты, за­мыкаются местные рефлекторные дуги на гастринпродуцирующие клетки. Воздействуя на мейснерово спле­тение, блуждающий нерв может усиливать выработку гастрина, а следовательно, и секрецию желудочного со­ка (Увнес, 1942). Наличие непрямого влияния блужда­ющего нерва на секрецию желудочного сока в мозговую фазу доказывается тем, что при «мнимом» кормлении возможна некоторая секреция желудочного сока из денервированного «малого желудочка», но при условии сохранения привратника в «большом желудке». После резекции привратника и двенадцатиперстной кишки, т.е. после удаления зон, продуцирующих гастрин, секре­ция из денервированного «малого желудочка» при «мни­мом» кормлении прекращается, а в «большом желудке» сохраняется, хотя и уменьшается. Таким образом, уже в первую мозговую, или сложнорефлекторную, фазу сек­реции желудочного сока наблюдается тесное взаимо­действие нервных и гуморальных механизмов регу­ляции.

Мозговая фаза секреции желудочного сока очень важ­на для нормального пищеварения. Она обеспечивает быст­рое поступление богатого ферментами желудочного сока в полость желудка и взаимодействие его с пищевым субстратом. Такое сокоотделение сопровождается чувст­вом аппетита, а выделяемый сок И. П. Павлов назвал «аппетитным» соком.

Желудочная (гормонально-химическая, или нейрогуморальная) фаза секреции начинается с момента попа­дания пищи в желудок, в результате соприкосновения ее со стенками желудка. Существование этой фазы до­казывается тем, что при вкладывании пищи (незамет­но для собаки) в желудок через 15—30 мин из него начинается обильная длительная секреция сока с максимумом на второй-третий час.

Слизистая фундальной области желудка как рецепторная зона в основном реагирует на механическое раз­дражение (С. И. Чечулин, 1936; И. Т. Курцин, 1952). Слизистая пилорического отдела чувствительна к меха­ническим и химическим воздействиям, особенно к их комплексу. Из натуральных химических раздражителей большое значение имеют продукты переваривания белков и экстрактивные вещества (особенно из мяса).

Растяжение фундального отдела желудка усиливает желудочную секрецию рефлекторным путем через ваговагальную цепь (афферентные и эфферентные волокна рефлекторной дуги идут в составе блуждающего нерва) с прямым влиянием на секреторные клетки. Раздражение механо- и хеморецепторов слизистой пилорического отдела желудка через местные рефлекторные дуги (мейснерово сплетение) и через центральную нервную систему (ваговагальный рефлекс) передается на гастринобразующие клетки (Гроссман, 1948; И. Т. Курцин, 1962). Гастрин, поступая в кровь, стимулирует деятель­ность всех секреторных желез желудка — усиливается выработка ферментов, соляной кислоты, мукоидных веществ.

Участие периферических рефлексов в секреции сока во время желудочной фазы доказывается в следующем опыте. Путем подрезки слизистую привратника отделили от подлежащих слоев таким образом, что сохранялось мейснерово сплетение и исключалась внешняя (экстрагастральная) иннервация. Механическое и химическое раздражение слизистой в этих условиях продолжало вы­зывать секреторные эффекты. При аппликации на поверх­ность слизистой привратника местных анестетиков, выклю­чающих рецепторный аппарат, или атропина, прекра­щающего передачу возбуждения с эфферентных нейронов подслизистого сплетения на секреторные клетки, выделе­ние желудочного сока в ответ на местное раздражение слизистой блокировалось (Лим, Мозер, 1950).

В желудочной фазе возбуждение секреции, в ответ на контакт пищи со стенкой желудка, постоянно взаимо­действует с местным механизмом, угнетающим образо­вание желудочного сока (А. П. Соколов, 1904). Соляная кислота, поступая в больших количествах в пилорический отдел желудка, тормозит выработку гастрина, а, следо­вательно, и желудочного сока путем прямого действия на гастринобразующие клетки (Драгстедт и др., 1965). Возможно, кислота способствует и выработке гастрона. Этот механизм регуляции можно рассматривать как сво­его рода обратную отрицательную связь, обеспечиваю­щую оптимальную кислотность желудочного сока.

Кишечная фаза секреции желудочного сока разви­вается при переходе содержимого из желудка в две­надцатиперстную кишку (А. П. Соколов, 1904). Наличие ее доказано в опытах двух видов: а) изучение желу­дочной секреции при исключении мозговой и желудоч­ной фаз, например при введении пищи через фистулу в кишку, и б) наблюдение за характером мозговой и желу­дочной фаз при исключении кишечных влияний путем резекции или изоляции больших отрезков кишки. Раз­дражение кишечника оказывает стимулирующие и тормо­зящие влияния на желудок.

Стимулирующее действие на секрецию желудочного со­ка из кишечника оказывают механическое раздражение, продукты переваривания белков, экстрактивные вещества, содержащиеся в рыбных, мясных и некоторых овощных наварах. Механизм стимулирующих влияний многообра­зен. Возможна рефлекторная стимуляция желудочной секреции с механо- и хеморецепторов кишечника. Ре­флекторные дуги замыкаются через продолговатый мозг (ваговагальный рефлекс), солнечное сплетение и интрамуральные ганглии (периферические рефлексы). Одно­временно стимуляция секреции в желудке наступает и в результате гуморального воздействия продуктов гидро­лиза пищи и интестинального гормона энтерогастрина, всасывающихся в кровь из кишечника.

Тормозные влияния на секрецию желудочного сока из кишечника оказывают соляная кислота, жир и продукты его переваривания, гипер- и гипотонические растворы солей и Сахаров. Эти влияния хорошо выражены и могут доминировать над стимулирующим действием из кишеч­ника. Такой вывод позволили сделать результаты опытов с массивной резекцией тонкой кишки. Состояние желудка после резекции больших отрезков тонкой кишки харак­теризуется повышением возбудимости его железистого аппарата, усилением секреции на пищу, мнимое кормление, гистамин.

Тормозное влияние на желудок из кишечника передает­ся также рефлекторным и гуморальным путями при постоянном их взаимодействии. Тормозящее действие соляной кислоты на желудок очень сильное и возникает со всех участков двенадцатиперстной кишки рефлектор­ным путем, оно полностью исчезает после денервации желудка. Тормозящее действие жира возможно и ре­флекторным и гуморальным путями. После денервации желудка введение жира в двенадцатиперстную кишку продолжает тормозить желудочную секрецию, но в меньшей степени. Это действие опосредовано тормозным интестинальным гормоном энтерогастроном. Нервные и гуморальные механизмы тормозного действия жира на желудочную секрецию из кишечника взаимно уси­ливают друг друга.

Регуляция секреции поджелудочной железы

Пищеварительная функция поджелудочной железы связана с деятельностью экзокринного аппарата. Сок поджелудочной железы, или панкреатический сок, содер­жащий большое количество разнообразных ферментов, через выводной проток поступает в двенадцатиперстную кишку, где совместно с желчью и кишечным соком участвует в гидролизе белков, углеводов и жиров. Совместная деятельность их способствует усилению ак­тивности отдельных ферментов, быстро восстанавливает в полости кишки слабощелочную среду, необходимую для оптимального действия ферментов на пищевой суб­страт и нарушаемую выходом кислого химуса из желудка. Объем, скорость, длительность секреции и состав пан­креатического сока определяются количеством, качеством пищи и характером желудочной секреции. Зависимость секреции поджелудочной железы от секреции в желудке объясняется особенностями регуляторных влияний.

Секреция панкреатического сока также подчиняется нервно-рефлекторным и гуморальным механизмам регу­ляции (схема 7).

Эфферентные нервные волокна подходят к поджелу­дочной железе в составе блуждающих и чревных нервов. Их раздражение вызывает у собак умеренное увеличение объема секреции и выраженное повышение выхода ферментов. Перерезка блуждающих нервов и введение атропина значительно уменьшают секрецию сока и со­держание в нем ферментов, Спланхникотомия (перерезка чревного нерва) приводит к увеличению панкреатической секреции, что позволило высказать предположение о наличии в его составе как стимулирующих, так и тормоз­ных нервных волокон.

К гуморальным стимуляторам секреции поджелудоч­ной железы относятся интестинальные гормоны: секретин, холецистокинин-панкреозимин и гастрин. В 1902 г. Бейлисс и Старлинг показали, что введение кислых экстрактов слизистой двенадцатиперстной кишки в кровь вызывало у собак выраженную секрецию панкреатического сока, тогда как введение в кровь одной соляной кислоты по­добным эффектом не сопровождалось. Авторы высказали предположение, что в слизистой двенадцатиперстной кишки вырабатывается гуморальный стимулятор панкре­атической секреции, и назвали его секретином. В 1916 г. был получен высокоочищенный препарат секретина, а в 1966 г. описана его молекулярная структура и осу­ществлен синтез. Секретин вырабатывается специализи­рованными эпителиальными клетками слизистой тонкого кишечника, особенно много их в двенадцатиперстной кишке. Раздражителем, способствующим освобождению секретина, являются ионы водорода. В естественных усло­виях усиленное выделение секретина начинается после по­ступления в двенадцатиперстную кишку соляной кислоты желудочного сока. Поступая в кровь, секретин повышает объем панкреатической секреции и выделение гидрокарбо­ната. На секрецию ферментов секретин оказывает относи­тельно небольшое действие.

Холецистокинин-панкреозимин — второй интестинальный гормон, стимулирующий панкреатическую секрецию. Открыт гормон в 1943 г. Херпером и Рейпером. Гормон вырабатывается в слизистой по всему тонкому кишеч­нику. Стимуляторами освобождения холецистокинина-панкреозимина являются жирные кислоты с числом углеродных атомов более 10 и некоторые нейтральные аминокислоты: фенилаланин, валин, метионин и др. Всасываясь в кровь, холецистокинин-панкреозимин вы­зывает небольшое увеличение объема секреции пан­креатического сока, но в соке содержится много фермен­тов Подобное действие на экзокринный аппарат поджелудочной железы оказывает и гормон гастрин.

В настоящее время из слизистой двенадцатиперстной кишки выделены и другие интестинальные гормоны, участвующие в гуморальной регуляции панкреатической секреции.

Гуморальная регуляция секреции панкреатического сока доказана в опытах с пересадкой поджелудочной железы из брюшной полости под кожу (Фаррел и Айви, 1926) и в опытах с перекрестным кровообращением. Пересаженная железа, лишенная нервных связей, в определенные моменты пищеварения продолжала выделять сок. При перекрестном кровообращении вве­дение в двенадцатиперстную кишку одной собаки соля­ной кислоты вызывало выделение панкреатического сока у обеих собак.

Между нервным и гуморальным механизмами ре­гуляции панкреатической секреции существует теснейшая взаимосвязь. Нервная регуляция секреции панкреати­ческого сока в естественных условиях включается во время акта еды и поддерживается действием интестинальных гормонов при продвижении пищевых масс по желудочно-кишечному тракту. Импульсация, поступа­ющая по эфферентным нервам к желудку, двенадцати­перстной кишке и поджелудочной железе, увеличивает чувствительность специализированного эндокринного аппарата слизистой к действию факторов, способствую­щих выделению интестинальных гормонов, а также чувствительность секреторных клеток поджелудочной железы к этим гормонам.

Весь процесс пищеварительной секреции поджелудоч­ной железы, как и желудка, делится на мозговую, же­лудочную и кишечную фазы, которые в естественных условиях пищеварения постоянно перекрывают друг друга. Латентный период секреции — 1—3 мин.

Мозговая, или сложнорефлекторная, фаза секреции панкреатического сока также запускается в действие раз­дражением «дистантных» рецепторов при виде и запахе пищи, рецепторов полости рта и глотки во время еды. Реализуется мозговая фаза через ядра блуждающих нервов. Панкреатический сок в течение этой фазы со­держит большое количество ферментов.

Мозговая фаза панкреатической секреции впервые была доказана А. В. Тонких в 1924 г. в опытах на эзофаготомированных- собаках, имеющих хроническую фистулу протока поджелудочной железы. Мнимое корм­ление таких собак вызывало секрецию панкреатического сока несмотря на то, что предварительно полностью исключался переход содержимого желудка в двенадца­типерстную кишку, т. е. исключался основной гумораль­ный механизм регуляции. По-видимому, главное назначение мозговой фазы панкреатической секреции состоит в мобилизации ферментных запасов железы для переваривания пищевых веществ, поступающих в кишечник.

Желудочная фаза секреции панкреатического сока развивается при поступлении пищи в желудок. Стиму­ляция секреции панкреатического сока из желудка осу­ществляется двумя путями. Растяжение фундального отдела желудка пищей приводит к возбуждению механорецепторов и по механизму ваговагального рефлекса вызывает рефлекторное увеличение сокоотделения в под­желудочной железе. После перерезки блуждающих нервов рефлекс с фундального отдела на панкреатическую железу исчезает. Второй путь регуляции в данную фазу осуществляется с участием гастрина. Механические и химические раздражения слизистой пилорического отдела желудка через интрамуральные нервные сплетения сти­мулируют выработку гастрина в специализированных клетках слизистой желудка и кишечника. Гастрин, по­ступая в кровь, усиливает не только желудочную, но и панкреатическую секрецию.

В желудочную фазу регуляции секреции панкреати­ческого сока, так же как и в мозговую, поджелудочная железа вырабатывает сок с высокой концентрацией ферментов.

Кишечная фаза секреции панкреатического сока развивается под влиянием соляной кислоты и продуктов частичного гидролиза пищевых веществ, поступивших в двенадцатиперстную кишку из желудка. В слизистой кишки в этих условиях усиливается образование секретина и холецистокинина-панкреозимина, которые гуморальным путем вызывают выделение большого количества панкре­атического сока, содержащего не только много фермен­тов, но и гидрокарбонатов. Совместное действие секретина и холецистокинина-панкреозимина на поджелудочную железу приводит к взаимному усилению их эффектов. Как уже указывалось, участие поджелудочной железы в процессах пищеварения обеспечивается ее экзокринным аппаратом. Функция этого аппарата определяется в первую очередь рефлекторными механизмами регуляции, реализующимися с рецепторов желудочно-кишечного тракта и гормональными влияниями энтериновой системы (эндокринные клетки слизистой желудка и кишечника). Но кроме того, состояние и функция экзокринного от­дела поджелудочной железы в значительной мере зависят от состояния и функции островков Лангерганса — эндо­кринного аппарата железы. Гормон β-клеток островков Лангерганса — инсулин регулирует процессы синтеза ферментов в экзокринных клетках железы (трофическое действие) и повышает ферментативную активность пан­креатического сока, объем и содержание гидрокарбонатов в соке при этом существенно не меняются. Действие инсулина на выработку ферментов поджелудочной же­лезой может быть и не связанным с его влиянием на уровень сахара в крови. Недостаток инсулина (при диабе­те) приводит к нарушению зкзокринной функции под­желудочной железы.

Гормон α-клеток островкового аппарата — глюкагон тормозит внешнесекреторную функцию поджелудочной железы, в наибольшей Степени уменьшает секрецию фер­ментов. Тормозящий эффект на панкреатическую секрецию развивается при действии очень малых доз глюкагона (близких к физиологическим) и имеет короткий латентный период.

Взаимодействия между экзо- и эндокринным отделами поджелудочной железы, имеющие отношение к ее пи­щеварительным функциям, не исчерпываются действием гормонов островков Лангерганса на экзокринные клетки. Установлено, что интестинальные гормоны — секретин, холецистокинин-панкреозимин, гастрин — усиливают об­разование инсулина β-клетками островков, но действие этих гормонов проявляется только при нормальном состоянии экзокринного отдела. Нарушение внешнесекреторной функции железы при ее воспалениях сопровожда­ется изменением реактивности островкового аппарата по отношению к эндогенным гастроинтестинальным гор­монам, снижением активности β-клеток и дефицитом инсулина, что вторично может ухудшить образование панкреатического сока, особенно продукцию его фермен­тов.

Другие особенности взаимодействия внешне- и внутри­секреторной деятельности поджелудочной железы, не имеющие прямого отношения к роли поджелудочной железы в пищеварительных процессах, нами не обсуж­даются.

Регуляция секреции и выхода желчи

Желчь — секрет печеночных клеток (гепатоцитов), имеющий свойства пищеварительного сока; одновремен­но это экскрет, в составе которого через желудочно-кишечный тракт выводятся из организма некоторые экзо- и эндогенные вещества.

Поступая в двенадцатиперстную кишку через общий желчный проток, желчь участвует в пищеварении, уси­ливая действие ферментов, панкреатического и кишечного соков, изменяя физико-химическое состояние химуса, осо­бенно жиров и продуктов их гидролиза. Желчь эмуль­гирует жиры. Моноглицериды и жирные кислоты, осво­бождающиеся при гидролизе жира, образуют с желчны­ми кислотами смешанные мицеллы; в мицеллярной фор­ме они транспортируются к клеткам слизистой.

Образуется желчь в печени постоянно, а выход ее в кишечник совершается периодически, во время пище­варения. Вне пищеварения желчь накапливается в желчном пузыре. Регуляция желчеобразования и желчевыделения представлена на схеме 8.

Акт еды и пищеварение усиливают желчеобразование рефлекторным и гуморальным путем, при этом интен­сивность секреции зависит от количества и химического состава пищи. Мощными раздражителями. усиливающими желчеобразование, являются белки и продукты их рас­щепления, жиры и жирные кислоты. В естественных ус­ловиях рефлекторное усиление желчеобразования про­исходит при раздражении пищей механо- и хеморецепторов ротовой полости, желудка и двенадцатиперстной кишки. Возбуждение с рецепторов пищеварительной труб­ки передается по афферентным нервным волокнам в продолговатый мозг на центры блуждающих нервов и по эфферентным волокнам этих нервов к печени. В экспе­риментах установлено, что при раздражении блуждаю­щего и диафрагмального нервов секреция желчи уси­ливается, а при раздражении чревных нервов — тор­мозится. Наряду с безусловнорефлекторной возможна и условнорефлекторная регуляция желчеобразования.

Гуморальная регуляция желчеобразования осуще­ствляется при участии интестинальных гормонов. Гастрин, секретин, холецистокинин-панкреозимин обладают выра­женным желчегонным действием. Желчеобразование усиливается также под влиянием самой желчи и ее ком­понентов, попадающих в кровь. Тормозит секрецию желчи гепатоцитами повышение гидростатического давления в желчном пузыре и желчевыводящих путях.

Образованная гепатоцитами, желчь вне пищеварения перемещается (по градиенту давления) по желчевыделительным путям в желчный пузырь, где и накапливается.

Выход желчи в двенадцатиперстную кишку происхо­дит через 5—10 мин после приема пищи и продолжа­ется 3—6 ч. Выведение желчи в кишечник обусловлено сог­ласованной деятельностью мускулатуры желчного пузы­ря и сфинктера общего желчного протока, или сфин­ктера Одди. При сокращении мышц сфинктера Одди желчь не выходит в кишку и накапливается в пузыре, мускулатура которого в этот период расслаблена. При сокращении мускулатуры желчного пузыря сфинк­тер Одди расслабляется и желчь поступает в кишку.

Выделение желчи в кишечник также регулируется рефлекторным и гуморальным путями. Эфферентными нервами, передающими влияние, из центральной нервной системы на мышцы желчного пузыря и сфинктера Одди, являются блуждающие и симпатические нервы. Раздра­жение блуждающих нервов вызывает сокращение мышц пузыря и расслабление сфинктера Одди, способствуя выходу желчи в кишечник. Противоположное влияние на мускулатуру пузыря и сфинктера оказывает симпати­ческий нерв. Возбуждение эфферентных нервных волокон может вызвать разные реакции, определяемые исходным тонусом мускулатуры или силой раздражителя.

Рефлекторная стимуляция выхода желчи в кишечник вызывается раздражением дистантных рецепторов рецеп­торов ротовой полости во время акта еды и продолжает­ся по мере продвижения пищи в желудок и кишечник. Основным рецепторным полем, раздражение которого вы­зывает выделение желчи в кишечник, является стенка пилорического отдела желудка и двенадцатиперстной кишки. Усиление сократительной активности привратника и двенадцатиперстной кишки приводит к раздражению механорецепторов в их стенках и рефлекторно возбуждает выход желчи. Таким образом, интенсивный выход желчи в кишечник приурочен к поступлению туда химуса. Ре­флекторная дуга желчевыделительного рефлекса может замыкаться как в продолговатом мозге (ядро блуждаю­щего нерва), так и на уровне интрамуральных сплетений. Интрамуральные сплетения желчевыделительного аппара­та имеют тесную связь с ауэрбаховым сплетением две­надцатиперстной кишки.

Гуморальными стимуляторами выхода желчи явля­ются интестинальные гормоны. В экспериментах пока­зано, что гастрин, секретин, холецистокинин-панкреозимин усиливают сокращение мышц желчного пузыря и сни­жают сопротивление выходу желчи в области сфинктера Одди (расслабляют его). Все пищевые продукты, спо­собствующие образованию интестинальных гормонов, усиливают желчевыделительную функцию.

Во время пищеварения происходит переход в кишеч­ник желчи, резервированной в желчном пузыре, а также желчи, интенсивно образуемой в этот момент гепатоцитами под влиянием рефлекторных и гуморальных воздействий, идущих из желудочно-кишечного тракта.

Регуляция секреторных процессов в тонком кишечнике

В тонком кишечнике осуществляются две формы пи­щеварения: полостное и пристеночное. При полостном пищеварении под влиянием ферментов панкреатического и кишечного соков гидролизу подвергаются крупные моле­кулы, надмолекулярные агрегаты, клеточный материал, находящиеся в химусе в полости тонкого кишечника Пристеночное, или мембранное пищеварение осуществляется ферментами, фиксированными на клеточной мембране микроворсинок, образующих щеточную кайму эпителиоцитов слизистой оболочки тонкого кишечника Поверхность микроворсинок, с адсорбированными на них панкреатическими и кишечными ферментами, представляет собой мощный катализатор, выполняющий большую часть ферментативных процессов в тонком кишечнике

В проксимальном отделе двенадцатиперстной кишки находятся бруннеровы железы, выполняющие в основ ном защитную функцию, они выделяют секрет, содержащий большое количество мукоидных веществ.

Секреторным аппаратом остальной части тонкого кишечника является вся поверхность слизистой оболочки Железистые клетки, покрывающие эту поверхность, об разуют и накапливают ферменты; в определенный период жизнедеятельности железистые клетки отторгаются в просвет кишки, где распадаясь, отдают ферменты в окру­жающую жидкость (голокриновый тип секреции). Наряду с этим железистые клетки способны интенсивно выделять жидкий сок (мерокриновая секреция . Регуляция секреции кишечного сока представлена на схеме 9.

Сокоотделение из бруннеровых желез резко усиливается под влиянием приема пищи, а также при местном механическом и химическом воздействии на слизистую двенадцатиперстной кишки. Предполагают, что регуляция деятельности этих желез в основном осуществляется участием нервных и гуморальных механизмов. Раздражение блуждающих нервов, введение в кровь секретина или глюкагона усиливает секрецию бруннеровского от дела двенадцатиперстной кишки.

В регуляции секреции остальной части тонкого кишечника главное значение имеют местные механические и химические воздействия на слизистую. Через собственные нервные сплетения стенки тонкого кишечника по механизму периферического рефлекса эти раздражители усиливают секрецию кишечного сока в тех отрезках кишки, где наблюдается в данный момент наибольшее скопление химуса. Механическое раздражение вызывает обильное выделение жидкого сока с малым содержанием ферментов, а натуральные химические раздражители — продукты переваривания белков, жира, панкреатический сок — усиливают выделение не только жидкой части сока, но и ферментов.

Преобладание рассмотренных механизмов регуляции секреторной функции кишечника имеет важное приспо­собительное значение. После приема пищи кишечник заполняется пищевыми массами постепенно. Если бы прием пищи сопровождался обильной секрецией сока сразу на всем протяжении кишечной трубки, то во многих участках большое количество жидкого сока и органичес­кого секрета бесполезно выделялись бы в пустой кишеч­ник, что привело бы к излишней, неэкономной работе слизистой оболочки и потере нужных организму веществ.

В регуляции интенсивности кишечной секреции при­нимает участие специализированный интестинальный гормон — энтерокринин (выделен из экстрактов слизистой кишечника). При введении в кровь энтерокринин увеличи­вает секрецию кишечного сока в 3-5 раз.

Центральная нервная система оказывает воздействие на слизистую тонкого кишечника главным образом в виде трофических влияний. Через парасимпатические и сим­патические нервные волокна нервные центры регулируют интенсивность образования ферментов в железистых клет­ках, уменьшают объем секретируемого кишечного сока и ослабляют реакцию кишечных желез на местные и гу­моральные воздействия. Денервация кишечника приводит к разладу различных сторон деятельности кишечных же­лез — секреция жидкого кишечного сока увеличивается, а содержание ферментов уменьшается, но в разной сте­пени для разных ферментов (паралитическая секреция).

Регуляция пристеночного пищеварения в настоящее время изучена недостаточно.

Общий итог

Секреторная функция всех пищеварительных желез у животных и человека очень точно приспособлена к особенностям режима и характера питания. Скорость, объем, длительность сокоотделения, содержание тех или иных ферментов в соке зависят от количества, химичес­кого состава и физических свойств пищи.

Отражением приспособленности секреторной функции желудочно-кишечного тракта к характеру пищи являются кривые секреции желудочного и панкреатического соков, выхода желчи на мясо, хлеб и молоко, полученные И. П. Павловым (1897) в экспериментах на собаках с малым «вагусным» (Павловским) желудочком и хрони­ческими фистулами панкреатического и общего желчного протоков. Каждому из этих продуктов соответствует опре­деленный характер кривой и состав сока. В желудочном соке совершенно закономерно изменяется перевариваю­щая способность по отношению к белкам и кислотность, в панкреатическом — ферментный состав: возрастает кон­центрация ферментов, наиболее адекватных пищевому субстрату.

Длительное содержание животных на однообразной диете может изменить характер секреции и состав пище­варительных соков на все пищевые раздражители. Напри­мер, длительная белковая диета приводит к усилению желудочной секреции, повышению кислотности и пере­варивающей способности сока на все пищевые раздра­жители; в кишечном содержимом увеличивается концен­трация трипсина и химотрипсина, в кишечном соке повы­шается содержание энтерокиназы и щелочной фосфатазы. Изменения характера секреции и ферментообразования в связи с изменением пищевой нагрузки обусловлены регуляторными механизмами.

Рассмотрим механизмы регуляции секреторных про­цессов, сложившиеся в процессе филогенеза.

Местная регуляция с участием интрамуральных нервных сплетений определяется характером воздействия хи­муса в том отделе пищеварительной трубки, где в насто­ящий момент происходит его обработка. Лучше всего такая регуляция выражена в кишечнике.

Общие механизмы регуляции секреторных процессов включают в себя нервную регуляцию, развивающуюся по единому принципу для всей системы пищеварения, и гуморальную, тесно связанную с нервной и имеющую определенную специфичность для каждого отдела.

Нервный механизм регуляции, развиваясь по принципу условного и безусловного рефлексов, создает наиболее срочное включение секреторных процессов пищеваритель­ной системы. В желудочно-кишечном тракте имеется три важных рецепторных поля, с которых осуществляются пусковые и корригирующие нервные влияния на его секреторный аппарат. Это — рецепторы ротовой полости, желудка и двенадцатиперстной кишки.

Импульсация с дистантных рецепторов и с рецепто­ров ротовой полости во время акта еды передается в пи­щевой центр и вызывает, с одной стороны, формирование вкусового ощущения, с другой — перестройку функции всей системы пищеварения, приводя ее в состояние го­товности для наиболее оптимальной переработки и усвоения пищи. Раздражение зрительных, обонятельных и вкусовых рецепторов, механо-, хемо- и терморецепторов слизистой рта включает рефлекторный механизм, за­пускающий и корригирующий слюноотделение, мозговую фазу желудочной и панкреатической секреции, усилива­ющий секрецию желчи и создающий условия для ее вы­хода в кишечник.

Желудок — главное пищевое депо. Растяжение стенок желудка вызывает импульсацию, которая не только рефлекторно усиливает секрецию желудочного и панкре­атического соков, но и определяет характер общего пищевого поведения. Импульсация с «пустого» желудка создает «мотивацию голода», а растяжение желудка пищей ее снимает и создает чувство сытости. Существен­ное влияние на процессы пищеварения и общее пищевое поведение оказывает также импульсация с рецепторов двенадцатиперстной кишки.

На уровне желудка и двенадцатиперстной кишки нервнорефлекторные механизмы регуляции непосредствен­но связаны с гуморальными. Энтериновая эндокринная система находится под нервным контролем. Импульса­ция по блуждающим и чревным нервам может менять состояние нейронов собственных нервных сплетений пищеварительного тракта, осуществляющих регуляцию продукции гастроинтестинальных гормонов по типу периферических рефлексов. Включение гуморальных ме­ханизмов регуляции через энтериновую эндокринную систему способствует тому, что общая регуляция секре­торных процессов желудочно-кишечного тракта приобре­тает более специализированный и взаимосвязанный характер.

В гуморальной регуляции секреторной функции пи­щеварительных желез особая роль принадлежит две­надцатиперстной кишке — своеобразному гормональному центру регуляции пищеварения. Эндокринные клетки слизистой двенадцатиперстной кишки вырабатывают секретин, холецистокинин-панкреозимин, энтерогастрин, энтерогастрон, энтерокринин и другие интестинальные гормоны. Возможно, что эти клетки вырабатывают и истинные гормоны — энтерины (А. М. Уголев, 1978). Через нервные и гуморальные связи двенадцатиперстная кишка включается в замкнутую систему регуляции пи­щевого поведения животного: нервным и гуморальным путями из двенадцатиперстной кишки в пищевой центр передается информация о ходе пищеварения (физико-химические свойства химуса, концентрация продуктов гидролиза), а к железам пищеварительной трубки из центра передаются «приказы», обеспечивающие сопря­жение интенсивности пищеварения с потребностями ор­ганизма.

В общей регуляции состояния секреторного аппарата желудочно-кишечного тракта выделяется и второй нервно-гуморальный механизм регуляции, в котором участвует гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая система.

В различных исследованиях обнаружено влияние гор­монов передней доли гипофиза и коркового вещества надпочечников на секреторную функцию всех желез пи­щеварительного тракта. Андреналэктомия или гипофизэктомия угнетают желудочную и панкреатическую секрецию, желчеобразование, снижают содержание фер­ментов во всех пищеварительных соках, приводят к инво­люции железистого аппарата желудочно-кишечного тракта. Систематическое введение АКТГ, кортизона и их аналогов, наоборот, усиливает базальную и пищевари­тельную секрецию желудочных желез, повышает их возбудимость и реакцию на нервные и гуморальные воз­действия, регулирует количество функционирующих обкладочных клеток в слизистой желудка. Под влиянием гормонов коры надпочечников стимулируется секреция желчи гепатоцитами и синтез адаптируемых ферментов в эпителиоцитах слизистой тонкого кишечника, сдержива­ется процесс отторжения железистых клеток в полость кишечной трубки.

Можно сказать, что гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая система нервно-гуморальной регуляции обес­печивает необходимый уровень и характер метаболизма в секреторных органах, поддерживает структурные и функциональные основы механизмов секреции, доводит секреторный процесс до того оптимума, который обес­печивает наиболее полную обработку и усвоение пищи.

Контрольные вопросы

1. Перечислите звенья рефлекторной дуги безусловно­го слюноотделительного рефлекса.

2. Назовите фазы секреции желудочного сока.

3. Какими методами в эксперименте изучалась каждая из трех фаз желудочной секреции?

4. Изложите механизм образования и действия гастрина на желудочную секрецию.

5. Назовите фазы секреции сока поджелудочной железы.

6. Какие вещества стимулируют выделение секретина слизистой кишечника? Каков эффект действия секретина на секрецию панкреатического сока?

7. Какое влияние на секрецию и выход желчи в две­надцатиперстную кишку оказывают блуждающие и сим­патические нервы?

8. Перечислите химические возбудители секреции жел­чи и выхода ее в двенадцатиперстную кишку.

9. Назовите местные раздражители кишечных желез.

10. Что такое энтерокринин, какой эффект он вызы­вает?

11.Какова роль центральной нервной системы в ре­гуляции кишечной секреции?

12. Какие механизмы регуляции секреции желудочного сока проявляются и преобладают при кормлении собак мясом, хлебом, молоком?

13. Объясните связь между желудочной и панкре­атической секрецией во время пищеварения.

14. Какова роль гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы в регуляции секреторной функции желудочно-кишечного тракта?

Проблемные задачи

16. В опыте на собаке с хронической фистулой про­тока околоушной железы изучается регуляция секреции слюны. Обнаружено: а) пока собака не ест и не видит пищу, отделения слюны нет; б) при даче собаке мясного порошка или мяса сразу выделяется слюна, причем в первом случае больше, чем во втором; в) слюна выделяет­ся и в том случае, когда собака только видит мясной порошок или мясо. Как вы объясните эти результаты?

17. На собаке с фистулой желудка и эзофаготомией поставлен следующий опыт: а) животному дают мясо, при еде мясо вываливается из перерезанного пищевода и в желудок не попадает, но из фистулы желудка через 5—10 мин выделяется желудочный сок; б) через желудоч­ную фистулу мясо вкладывается в желудок, из фистулы желудка через 30 мин выделяется желудочный сок; в) у собаки на шее перерезают блуждающие нервы и через несколько дней повторяют опыты «а» и «б»; в опыте "а" желудочный сок не выделяется, в опыте «б» продол­жает выделяться. Сделайте выводы из данного опыта.

18. В эксперименте на собаке с аутотрансплантированным желудком показано, что механическое и химическое раздражение слизистой привратника вызывает выделение кислого желудочного сока. Анестезия слизистой или ап­пликация атропина на нее вызывает уменьшение реакции. Каков механизм стимуляции секреции желудочного сока при раздражении слизистой привратника?

19. Больному с гиперсекрецией желудочного сока ре­комендовано исключить из рациона насыщенные бульоны и навары. Объясните, какие физиологические данные по­ложены в основу этой рекомендации.

20. При мнимом кормлении собак наблюдается вы­деление панкреатического сока. Однако этот факт не может служить несомненным подтверждением наличия сложнорефлекторной (мозговой) фазы панкреатической секреции. Объясните, почему это так и что необходимо сделать для обнаружения сложнорефлекторной фазы се­креции поджелудочной железы.

21. Введение в двенадцатиперстную кишку человека смеси аминокислот или жирных кислот усиливает се­крецию ферментов панкреатического сока. Каков меха­низм такого стимулирующего действия?

22. Произведена рентгенокинетография (снята серия рентгенограмм) желчного пузыря человека. После введе­ния в кровь холецистокинина-панкреозимина объем желчного пузыря уменьшился на 50% (от первоначаль­ной величины). Какую реакцию пузыря и сфинктера Одди вызвал холецистокинин-панкреозимин? Как это сказалось на выходе желчи?

23. Механическое и химическое раздражение слизистой кишки вызывает секрецию кишечного сока. Как прове­рить, является ли данная реакция истинным рефлексом (осуществляется через ЦНС) или это местный ответ?

РЕГУЛЯЦИЯ МОТОРИКИ ЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНОГО ТРАКТА

Двигательная функция желудочно-кишечного трак­та — важный компонент пищеварительного процесса, обеспечивающий захват пищи, ее механическую обра­ботку (измельчение, перемешивание) и продвижение вдоль по пищеварительному тракту в строгом соответ­ствии с периодами химической переработки пищевых про­дуктов в его отделах.

Жевание, акт глотания и перемещение пищевого комка в верхнем отделе пищевода осуществляется при участии поперечно-полосатой мускулатуры. В остальных отделах желудочно-кишечного тракта двигательная деятельность выполняется гладкой мускулатурой. Только в самом нижнем отделе кишечника в качестве участника двигательной деятельности пищеварительного тракта опять встречается поперечно-полосатая мышечная ткань составляющая наружный сфинктер прямой кишки

Жевание и глотание

Размельчение пищи в ротовой полости осуществляется благодаря жеванию. Акт жевания — процесс рефлекторный, он включает автоматические (непроизвольные) и про­извольные компоненты. В этом процессе участвуют жевательные мышцы, мышцы языка и щек. При жевании нижняя челюсть перемещается по отношению к верхней сверху вниз, спереди назад и вбок. Нижние зубы ритмично соприкасаются с верхними, пища разрывается раздавливается, размельчается, перемешивается со слю­ной, и формируется пищевой комок.

Рефлекс жевания осуществляется при раздражении рецепторов слизистой оболочки рта. Импульсы от ре­цепторов проводятся по афферентным волокнам тройничного нерва в продолговатый мозг — центр жевания а затем по эфферентным волокнам того же нерва к жевательным мышцам. Коррекция рефлекса жевания осуществляется за счет изменения импульсации, идущей с рецепторов слизистой рта и с проприорецепторов жевательных мышц. Центр жевания, находящийся в продолговатом мозге, подчинен корковому контролю, что позволяет осуществлять сознательное регулирование про­цесса жевания.

Сформированный в результате жевания пищевой комок движениями языка прижимается к твердому нёбу, перемещается по спинке языка к его корню и забрасывает­ся за верхние дужки в глотку, затем пищевой комок перемещается по пищеводу и попадает в желудок

Глотание также является сложно организованным произвольно-непроизвольным актом. В нем различают три фазы — ротовую произвольную глоточную непроизвольную быструю и пищеводную непроизвольную медленную.

Раздражение слизистой корня языка и мягкого неба вызывает сокращение мышц, поднимающих мягкое небо Вход в полость носа закрывается. Одновременно с этим сокращаются мышцы, смещающие подъязычную кость и вызывающие поднятие гортани, вход в гортань закрывается надгортанником. Приподнявшийся корень языка препятствует обратному проникновению пищи в полость рта. Вслед за поступлением пищи в полость глотки про­исходит сокращение мышц, суживающих просвет глотки выше пищевого комка, вследствие чего он продвигается в пищевод.

Весь этот сложно организованный процесс представляет собой цепь рефлексов. Завершение одного звена цепи включает следующее звено. Рефлекс глотания возникает при раздражении рецепторов слизистой корня языка мягкого нёба. Афферентные нервные волокна идут в составе тройничного, языкоглоточного, верхнего и нижнего гортанных нервов. Центр глотания расположен в продолговатом мозге на дне четвертого желудочка. Из центра глотания нервные импульсы распространяются по эфферентным двигательным волокнам тройничного, языкоглоточного, блуждающего, подъязычного и добавочного нервов к мышцам, принимающим участие в глотании.

Вслед за поступлением пищи в начальный отрезок пищевода происходит сокращение его мышц и проталкивание пищевого комка в желудок. Сокращения мускулатуры пищевода имеют характер перистальтической волны и вызываются рефлекторно. Эфферентные влияния из центра глотания на мускулатуру пищевода передаются по нервным волокнам блуждающих и симпатических нервов. Раздражение блуждающего нерва вызывает со крашение мышц всего пищевода, а раздражение симпатических нервов — сокращение двух верхних третей его и расслабление нижней трети. Перистальтические волны в верхней трети пищевода могут осуществляться только при целости блуждающего нерва.

Без наличия глотательных движений вход в желудок закрыт. Во время глотания и продвижения пищевого комка по пищеводу тонус мышц желудка рефлекторно снижается, происходит «воспринимающее расслабление желудка» и пища поступает в его полость.

Регуляция моторики желудка и кишечника

Мышцы желудка и кишечника обеспечивают резервуарную, моторную и эвакуаторную функции пищеварительного тракта. Для них характерны тонические и пери одические, фазные, сокращения Тонические сокращения мышц желудка и кишечника обеспечивают хорошее со­прикосновение химуса с их стенками, а периодические сокращения способствуют перемешиванию (маятникообразные сокращения и ритмическая сегментация кишеч­ника, тонические волны и перистальтика желудка, анти­перистальтика толстого кишечника) и продвижению (перистальтика желудка и тонкого кишечника, масс-перистальтика толстого кишечника) содержимого вдоль пищеварительного канала. Переход содержимого из желудка в двенадцатиперстную кишку и из тонкого ки­шечника в толстый определяется также состоянием пилорического и илеоцекального сфинктеров.

Двигательная функция мускулатуры желудка и ки­шечника при пищеварении, в соответствии с общим ходом пищеварительного процесса и условиями, созда­ваемыми в определенном участке пищеварительной трубки, регулируется нервным, гуморальным и местным (миогенным) механизмами. Графически механизмы регу­ляции моторики представлены на схеме 10.

Миогенный механизм регуляции. Гладкие мышцы же­лудка и кишечника обладают свойствами автоматии. В кардиальном и пилорическом отделах желудка, в две­надцатиперстной и подвздошной кишках имеются «датчи­ки ритма» — пучки мышечных волокон, в которых пери­одически происходит спонтанная деполяризация мембра­ны клеток и возникает сократительная активность. Дат­чики ритма задают частоту сокращений соответствующим отделам желудочно-кишечного тракта (Альварец, 1948; П. Г. Богач, 1957, 1963).

Спонтанная двигательная активность гладких мышеч­ных клеток желудка и кишечника меняется при их растяжении. Такой механизм регуляции может проявлять­ся в естественных условиях функции желудочно-кишечно­го тракта, так как растяжение гладких мышечных клеток происходит постоянно. Например, сокращение мышц продольного слоя обеспечивает растяжение мы­шечных клеток циркулярных слоев, достаточное для возникновения реакции сокращения (Бортов, 1961),

Гуморальный механизм регуляции моторики желудоч­но-кишечного тракта осуществляется с участием интестинальных гормонов и ряда биологически активных веществ. Сокращения мускулатуры кишечника стимули­руется гастрином, энтерокринином, холецистокинином-панкреозимином. Движения желудка усиливаются гастрином; энтерогастрон и холецистокинин-панкреозимин эти движения тормозят. Из биологически активных ве­ществ стимуляторами моторики желудочно-кишечного тракта являются серотонин, гистамин, брадикинин, простагландины.

На моторную функцию желудочно-кишечного тракта оказывают влияние и гормоны таких желез внутренней секреции, как гипофиз и надпочечники. Адреналин тор­мозит тонус и перистальтику желудка и кишечника. Вазопрессин в больших дозах их стимулирует.

Все гуморальные факторы могут действовать на глад­кие мышечные клетки желудочно-кишечного трак­та прямо или через интрамуральные нервные спле­тения.

Нервная регуляция моторики осуществляется за счет функции интрамуральных сплетений и экстрамурально.

В стенке желудка и кишечника расположены подслизистое, мейснерово, и межмышечное — ауэрбахово — сплетения, в составе которых имеются афферентные и эфферентные нейроны. С участием этих сплетений соз­даются сопряженные, или реципрокные, отношения в функции продольных и циркулярных мышц и осуществля­ются такие сложно организованные движения пищева­рительной трубки, как перистальтика. В интрамураль­ных нервных сплетениях замыкаются собственные реф­лекторные дуги, обеспечивающие регуляцию моторики по типу периферических рефлексов. Возможность осу­ществления периферических рефлексов доказана в опы­тах на животных с полной экстрамуральной денервацией подвздошной кишки. У наркотизированных животных локальное механическое раздражение денервированной петли кишки вызывает сокращение выше и расслабле­ние ниже места раздражения (Кеннон, 1911). Эти реакции ослабляются при действии ганглиоблокаторов (Хукугара с соавт., 1958).

Внешняя, или экстрамуральная, эфферентная иннер­вация мышц желудка и кишечника осуществляется пара­симпатической и симпатической нервной системой. Парасимпатические нервные волокна к желудку и тонкому кишечнику проходят преимущественно в составе блужда­ющих нервов, а симпатические — в составе чревных нервов. К толстому кишечнику парасимпатические нерв­ные волокна идут также в составе тазовых нервов, а сим­патические — от верхнего и нижнего брыжеечных сплетений. Возбуждение парасимпатических нервных волокон преимущественно усиливает моторику желудка и кишечника, а возбуждение симпатических волокон — тормозит. Но имеют место и противоположные эффекты. Величина и характер ответных реакций зависят от функционального состояния мышц, от частоты и силы раздражения. Возможность вызвать возбуждающие (моторные) и тормозные эффекты при раздражении блуждающих нервов объясняется тем, что преганглионарные волокна, идущие в составе этих нервов, всту­пают в синаптический контакт как с холинергическими (возбуждающими), так и с адренергическими (тормозны­ми) нейронами ауэрбахова сплетения.

Афферентные нервные волокна, передающие воз­буждение с меха но- и хеморецепторов желудка и ки­шечника, идут в составе тех же нервных стволов. За счет экстрамуральной иннервации моторика же­лудка и кишечника тонко регулируется центральной нервной системой. Последняя подчиняет себе местные и гуморальные механизмы регуляции и определяет строгое согласование деятельности мускулатуры различных от­делов пищеварительной трубки, приспосабливает мото­рику к пищеварительному процессу в целом.

В рефлекторной регуляции моторики можно выделить два типа рефлексов: моторные (усиливают сокращение) и тормозные. К первой группе рефлексов относятся: а) фундоантральный (в желудке), б) пищеводнокишечный, в) желудочно-кишечный, г) кишечно-кишечный рефлексы. Общим для этих рефлексов является то, что местное механическое раздражение слизистой какого-либо отдела желудочно-кишечного тракта вызывает усиление моторики расположенного ниже отдела. Кишечно-кишеч­ный рефлекс может быть вызван как механическим, так и химическим раздражением слизистой.

Рефлекторные дуги перечисленных выше рефлексов мо­гут замыкаться на разных уровнях, иногда одновременно на нескольких. Так, на уровне ЦНС (ядра блуждающих и чревных нервов) замыкаются рефлекторные дуги пищеводно-кишечного, желудочно-кишечного и кишечно-кишечного рефлексов. На уровне солнечного сплетения замыкается рефлекторная дуга фундо-антрального реф­лекса. На уровне интрамуральных сплетений замыкаются рефлекторные дуги желудочно-кишечного и кишечно-кишечного рефлексов. Оба последние имеют, таким обра­зом, рефлекторные дуги, локализованные в стенке пищеварительной трубки и экстрамуральные рефлектор­ные дуги. При замыкании рефлекторных дуг на уровне интрамуральных сплетений возбуждение может переда­ваться вдоль по кишечной трубке.

К рефлексам, тормозящим сократительную активность мускулатуры пищеварительной трубки, относятся: а) вос­принимающее расслабление желудка и кишечника, б) антро-фундальный, в) энтеро-гастральный, г) кишечно-кишечный, д) ренто-энтеральный рефлексы. Воспринима­ющее расслабление желудка и кишечника возникает при раздражении рецепторов полости рта и глотки во время еды. Эфферентная часть рефлекторной дуги представ­лена нервными волокнами, идущими в составе блужда­ющих и чревных нервов (Кеннон, 1911; П. Г. Бо­гач, 1956). Все остальные тормозные рефлексы характе­ризуются тем, что местное механическое раздражение слизистой пищеварительной трубки рефлектор но тормо­зит двигательную активность ее отделов, расположенных выше. Рефлекторные дуги тормозных рефлексов (как и моторных) могут замыкаться интрамурально, на уровне солнечного сплетения и на уровне продолговатого и спинного мозга. Эфферентные волокна проходят в со­ставе блуждающих и чревных нервов. Таким образом, выявляется общая закономерность рефлекторной регуля­ции моторики желудочно-кишечного тракта: «Адекват­ное раздражение любого участка слизистой пищеваритель­ной трубки вызывает возбуждение моторики в данном и нижележащих участках и ускорение продвижения вниз и одновременно тормозит моторику и задерживает продвижение содержимого в вышележащих отделах» (П. Г. Богач, 1961).

Эта основная закономерность рефлекторной регуляции моторики желудочно-кишечного тракта, очевидно, лежит и в основе регуляции быстроты эвакуации химуса из одного отдела пищеварительной трубки в другой. Выра­женность фундо-антрального, антро-фундального и энтеро-гастрального рефлексов определяет скорость эва­куации содержимого желудка, а соотношение в интен­сивности раздражения механорецепторов тонкого и тол­стого кишечника определяет быстроту перехода химуса через илеоцекальную область (П. Г. Богач, 1965).

Эвакуация содержимого из конечного отдела толстого кишечника совершается при акте дефекации — акте опорожнения прямой кишки путем извержения каловых масс. В толстом кишечнике процесс пищеварения почти закончен, происходит формирование каловых масс за счет интенсивного всасывания воды. Перед дефекацией каловые массы накапливаются в прямой кишке. На вы­ходе из прямой кишки расположены внутренний (гладкомышечный) и наружный (из поперечно-полосатых мы­шечных волокон) сфинктеры, которые обычно находятся в состоянии тонического напряжения.

При увеличении объема каловых масс давление в прямой кишке увеличивается до 40—50 см вод. ст. (4—5 кПа) и кишка растягивается. Раздражение меха­норецепторов слизистой и мышечной оболочек прямой кишки вызывает ощущение «позыва к дефекации», сокращение мышц прямой кишки и расслабление внутреннего и наружного сфинктеров. Одновременно со­кращаются диафрагма и мышцы брюшной стенки, повы­шается внутрибрюшное давление, давление в прямой кишке и происходит ее опорожнение.

Акт дефекации — частично произвольный, частично непроизвольный. Непроизвольный компонент акта дефе­кации регулируется центром, локализованным в пояснично-крестцовых сегментах спинного мозга. Произвольный контроль осуществляется с участием высших отделов центральной нервной системы, в том числе коры больших полушарий. Эфферентные нервные волокна идут к пря­мой кишке и внутреннему сфинктеру в составе симпати­ческих и парасимпатических (тазовых) нервов. Наружный сфинктер иннервируется, соматической нервной системой. Возбуждение тазовых нервов приводит к сокращению мышц прямой кишки и расслаблению внутреннего сфин­ктера. Одновременно расслабляется и наружный сфинк­тер. Прямая кишка опорожняется. Возбуждение симпати­ческих нервов тормозит сокращения прямой кишки и вызывает тоническое напряжение внутреннего сфинктера. Привычный ритм дефекации определяется комплексом условных и безусловных рефлекторных воздействий.

Контрольные вопросы

1. Опишите акт жевания.

2. Назовите основные элементы рефлекторной дуги глотательного рефлекса.

3. Охарактеризуйте миогенный механизм регуляции моторики желудка и кишечника.

4. Как осуществляется периферический рефлекс на гладкие мышцы желудка и кишечника?

5. Перечислите гуморальные стимуляторы моторики кишечника.

6. Каково влияние на моторику желудка и кишечника блуждающих и симпатических нервов?

7. Перечислите основные моторные и тормозные рефлексы пищеварительного тракта

8. Сформулируйте основное правило рефлекторной регуляции моторики желудка и кишечника.

9. Где расположен центр дефекации, регулирующий непроизвольные компоненты этой реакции?

10. Какие влияния на мускулатуру прямой кишки и ее внутренний сфинктер оказывают парасимпатически (тазовые) и симпатические нервы?

Проблемные задачи

24. В эксперименте производится баллонографическая регистрация состояния желудка собаки. При мнимом кормлении отмечается снижение внутрижелудочного давления, торможение его сокращений. Реакция не воспроизводится после перерезки блуждающих нервов Объясните полученные результаты.

25. Поставлен хронический опыт на собаке, у которой разобщены фундальный и пилорический отделы желудка Кормление собаки кусками мяса и хлеба вызывает в пилорическом отделе желудка более сильные сокращения, чем после кормления бульоном. Реакция сохраняется после перерезки блуждающих и чревных нервов, но порог раздражения увеличивается. Каков механизм реакции и какое значение она имеет в пищеварении?

26. В эксперименте на животных с хроническими фистулами кишечника и желудка установлено торможение сокращений желудка при механическом и химическом раздражении двенадцатиперстной кишки, илеоцекальной области слепой кишки. Реакция ослабевает но сохра­няется при двусторонней перерезке блуждающих нервов Каков механизм наблюдаемой реакции?

РЕГУЛЯЦИЯ ПРОЦЕССОВ ВСАСЫВАНИЯ

Процесс пищеварения в желудочно-кишечном тракте заканчивается всасыванием продуктов переваривания Главный орган всасывания — тонкий кишечник. Интенсивное всасывание в тонком кишечнике объясняется прежде всего тем, что на мембране эпителиоцитов структурно и функционально интегрированы гидролитические ферменты и молекулярные системы, обеспечивающие перенос продуктов гидролиза по механизму облегченной диффузии и активного транспорта. Здесь функционирует, по опре­делению А. М. Уголева (1967), пищеварительно-транспортный конвейер: гидролитические ферменты, завер­шающие расщепление пищевых веществ, передают обра­зующиеся мономеры непосредственно на вход транспорт­ных систем. Регуляция всасывания представлена на схеме 11.

Так как всасывание большинства веществ в кишечнике является активным биологическим процессом, протекаю­щим с потреблением кислорода и расходованием энергии клеток, то регуляция всасывания осуществляется путем изменения характера микроциркуляции крови, лимфы и тканевой жидкости на уровне слизистой оболочки и путем влияния на ферментные системы, обеспечивающие перенос веществ через клеточные мембраны. Оба эти процесса зависят от общего вегетативно-эндокринного состояния организма и могут значительно перестраиваться под влиянием изменений, возникающих в тонком кишечнике во время пищеварения. Регуляция функции всасывания в желудочно-кишечном тракте изучена меньше по срав­нению с другими его функциями.

Поступления в кишечник химуса вызывает усиление выделения эндокринными клетками кишечника интестинальных гормонов (секретин, холецистокинин-панкреозимин) и раздражение механо- и хеморецепторов сли­зистой оболочки. Обе реакции приводят, как доказано скандинавскими физиологами (Байбер, Фара, Лундгрен, 1971-1974) к увеличению регионарного кровотока в бассейне мезентериальных сосудов. Увеличение крово­тока на уровне ворсинок слизистой кишечника способ­ствует доставке энергетического материала, необходимо­го для осуществления активного транспорта различных пищевых веществ через эпителий.

Предполагают, что увеличение мезентериального кро­вотока при поступлении химуса в кишечник опосредовано серотонином. Блокирование клеточных рецепторов серотонина в стенке тонкого кишечника ослабляет изменения кровотока в кишечнике в ответ на механическое раздраже­ние слизистой, на введение в двенадцатиперстную кишку молока, кукурузного масла, внутривенное введение секретина, холецистокинина-панкреозимина (те же ав­торы).

Усилению всасывания при поступлении химуса в ки­шечник способствует также активация движений ворсинок. Реакция осуществляется под влиянием интестинального гормона вилликинина и по типу периферического рефлекса. Рефлекс возникает с механо- и хеморецепторов кишечника. Рефлекторная дуга замыкается через Мейснерово сплетение. Периодические сокращения гладких мышц ворсинок способствуют выжиманию лимфы из лимфати­ческих пространств и перераспределяют капиллярный кровоток. Расслабление этих мышц создает присасыва­ющее действие в центральном лимфатическом сосуде и усиливает фильтрационные процессы по градиенту гидро­статического давления.

Косвенно приводят к увеличению всасывания также изменения интенсивности секреторных процессов и мото­рики в кишечнике. Они способствуют переходу проме­жуточных продуктов гидролиза в зону щеточной каймы и усиливают мембранное пищеварение.

В регуляции всасывания в кишечнике большое зна­чение принадлежит центральной нервной системе и эн­докринным железам.

Гуморальная регуляция всасывания осуществляется несколькими железами внутренней секреции: гипофизом, надпочечниками, островковым аппаратом поджелудоч­ной железы, щитовидной и паращитовидной же­лезами.

Особое значение в регуляции всасывания принадле­жит коре надпочечников, вырабатывающей минералкортикоиды — гормоны, регулирующие обмен натрия в орга­низме. Активный транспорт таких органических веществ, как глюкоза, аминокислоты, жиры, осуществляется с помощью ферментов, функция которых зависит от обмена натрия. Минералкортикоиды поддерживают нор­мальный уровень содержания натрия в крови и наличие достаточных натриевых градиентов на границе клеточных мембран. Благодаря этому обеспечивается активный тран­спорт указанных органических веществ эпителиоцитами слизистой оболочки кишечника. Снижение выработки минералкортикоидов приводит к угнетению всасывания моносахаридов, аминокислот и жира (Р. О. Файтельберг и сотр.).

Гормоны поджелудочной железы — инсулин, щитовид­ной железы — тироксин усиливают всасывание моносаха­ридов и аминокислот. Адреналин — гормон мозгового вещества надпочечников — тормозит всасывание глю­козы. Паратгормон, выделяемый паращитовидными железами, усиливает всасывание кальция. Гипофиз регулирует деятельность всех желез внутренней секреции путем выделения в кровь тройных гормонов и, таким образом, косвенно влияет на процесс всасы­вания.

Нервная регуляция процессов всасывания. В опытах на животных установлено, что раздражение различных структур мозга — коры больших полушарий, гипотала­муса, лимбической системы, ретикулярной формации, подкорковых узлов — может вызывать изменение всасы­вания слизистой оболочкой кишечника аминокислот, моносахаридов, жиров, солей, воды (Я. П. Скляров, 1966; Р. О. Файтельберг, 1970; П. Г. Богач, 1973, и др.). Большое значение в регуляции этих процессов имеет ги­поталамус. Возбуждение вентромедиальных ядер гипота­ламуса и серого бугра усиливает всасывание в кишеч­нике, а возбуждение задних ядер гипоталамуса тормозит процесс всасывания. Возбуждение гипоталамических ядер, регулирующих процессы всасывания, зависит от импульсации, идущей с рецепторов желудочно-кишечного тракта и с рецепторов сосудистой системы, чувствительных к изменению химизма крови. Доказано, например, что при увеличении концентрации глюкозы в крови происходит возбуждение хеморецепторов каротидного тельца и рефлекторно снижается скорость всасывания глюкозы в изолированном кишечнике по Тири - Велла (Р. О. Файтельберг, 1976).

Передача регулирующих влияний гипоталамуса на слизистую кишки осуществляется через вегетативную нервную систему — ее парасимпатический и симпатичес­кий отделы. Об этом свидетельствуют опыты с раздра­жением и перерезкой блуждающих и чревных нер­вов.

При раздражении блуждающих нервов всасывание усиливается, при перерезке — тормозится. При раздра­жении чревных нервов всасывание уменьшается; при перерезке — усиливается. При блокаде солнечного сплете­ния, как и при перерезке чревных нервов, всасывание усиливается.

Регулирующие влияния гипоталамуса на процессы всасывания могут передаваться и через гуморальное звено, т.е. через указанные выше железы внутренней секреции. Таким образом, нервная и гуморальная регуляции всасы­вания, как и в случаях регуляции других вегетативных функций, проявляется в виде единой нервно-гуморальной регуляции.

Контрольные вопросы

1. К регуляции каких процессов сводится регуляция интенсивности всасывания?

2. Какой отдел ЦНС играет ведущую роль в регу­ляции всасывания?

3. По каким нервам передаются на слизистую ки­шечника влияния центров, регулирующих всасывание?

4. Перечислите гормоны желез внутренней секреции, участвующие в регуляции всасывания.

5. Какой интестинальный гормон регулирует движение ворсинок?

6. Каков механизм влияния местных механических и химических раздражителей на всасывание в кишечнике?

7. Откуда исходят сигналы обратной связи в меха­низме регуляции всасывания?

Проблемные задачи

27. У собаки изучалось всасывание из изолированного и денервированного отрезка тонкого кишечника изотони­ческого раствора хлористого натрия в исходных усло­виях и на фоне внутривенного введения крови, взятой у другой собаки на максимуме пищеварения. Во втором случае всасывание изотонического раствора хлористого натрия из изолированной петли кишки усилилось. Какой механизм регуляции всасывания мог проявиться в этом случае?

28. Во время акта еды и при следующем пищеварении у собаки наблюдается увеличение всасывания аминокис­лот из отрезка тонкой кишки, изолированного по методу Тири - Велла. Какой механизм регуляции может обусло­вить эту реакцию?

29. У собаки, предварительно накормленной бел­ковой пищей, через ангиостомическую канюлю периоди­чески берут пробу крови из воротной вены и определяют содержание в ней аминокислот. Одновременно ведется регистрация моторики кишечника электрографическим методом. После подкожного введения адреналина у со­баки обнаруживается угнетение моторики кишечника, а затем значительное снижение содержания аминокислот в исследуемой крови. Могло ли торможение моторики в данном случае привести к снижению всасывания амино­кислот? Поясните ответ.

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СИСТЕМА ПИЩЕВОГО ПОВЕДЕНИЯ

Пищевое поведение — комплекс целенаправленных действий человека или животного, обеспечивающий поиск пищи, сближение с пищевым объектом, непосредственный захват пищи с последующим проглатыванием и обработкой в пищеварительном канале, т.е. вся со­вокупность реакций, осуществляющих перенос необходи­мых пищевых продуктов из внешней среды внутрь желу­дочно-кишечного тракта и пищеварительные функции.

В осуществлении такой целенаправленной деятель­ности принимает участие сложная функциональная система, включающая многие центральные нервные ап­параты и большой комплекс периферических органов: скелетные мышцы, желудочно-кишечный тракт и ряд вегетативных систем, необходимых для энергетического обеспечения пищевого поведения. Графически такая система представлена на схеме 12.

Системообразующим фактором в функциональной системе пищевого поведения, т.е. полезным приспосо­бительным результатом, является сохранение во внут­ренней среде организма постоянной концентрации пла­стического и энергетического материала.

Функциональная система пищевого поведения скла­дывается на основе пищевой мотивации и обеспечивается деятельностью пищевого центра. И. П. Павлов определил пищевой центр как «нервный регулятор принятия жид­ких и твердых веществ, нужных для жизненного химиз­ма» (Павлов И. П. Двадцатилетний опыт. Сборник статей, докладов, лек­ций и речей. М., 1951, с. 100), и подчеркнул чрезвычайную сложность и динамич­ность его структуры.

В конструктивном отношении пищевой центр пред­ставляет собой динамически складывающееся функци­ональное объединение различных структур мозга, участвующих в организации поиска пищи и акта еды.

На уровне продолговатого и спинного мозга орга­низуются такие простые врожденные рефлексы, как гло­тание, жевание, рвота, слюноотделение, отделение желудочного и панкреатического сока, изменение мотори­ки желудка и кишечника.

В промежуточном мозге — в гипоталамусе — распо­ложены центры, имеющие более важную роль в регуляции пищевого поведения. Установлено, что в латеральных ядрах гипоталамуса находится центр питания, а в вентромедиальных — центр насыщения (Ананд и Бробек, 1964). Электрическое раздражение у животного ограниченного участка в области вентромедиальных ядер гипота­ламуса вызывает отказ от еды даже в тех случаях, когда животное долго не получало пищи. Наобо­рот, разрушение этих ядер вызывает гиперфагию, увеличение массы и ожирение. Раздражение в области латеральных ядер гипоталамуса приводит к усиленному поглощению пищи, а их разрушение — к отказу от еды; животное может погибнуть от голода, хотя пища на­ходится рядом с ним.

Гипоталамические центры питания и насыщения относятся к мотивационным центрам. Для них характерна высокая чувствительность к изменению в крови концен­трации глюкозы, некоторых метаболитов цикла Кребса и интестинальных гормонов (прямое действие на гипо­таламические центры, раздражение хеморецепторов сосудов и тканей) и импульсации с рецепторов пище­варительной трубки (через блуждающие и чревные нер­вы) при изменении интенсивности гидролиза питательных веществ и степени растяжения желудка и кишечника химусом.

Импульсация с рецепторов пищеварительной трубки формирует мотивацию голода по принципу «предупрежде­ния», задолго до того, как концентрация питательных веществ существенно изменится не только в тканях ор­ганизма, но и в кровеносном русле. Но это воздействие, как правило, нестабильно и может быть подавлено други­ми, более сильными раздражителями (например, болевы­ми). Включение гуморальных факторов обеспечивает доминантный характер такой мотивации (П. К. Ано­хин, 1970; К. В. Судаков, 1971).

Мотивационные центры гипоталамуса имеют обшир­ные связи с ретикулярной формацией ствола и лимбичес­кой системой, через которые в формирование пищевой мотивации включается большой комплекс корково-подкорковых аппаратов. Образования лимбической системы (миндалевидный комплекс, ядра перегородки, гиппокамп) меняют уровень активности гипоталамических мотивационных центров и обусловливают соответствующий эмоциональный фон поведенческих реакций.

Реализация целенаправленного пищевого поведения возможна только при включении в структуру пищевого центра многих образований новой коры: лобных долей, третичных зон височной, теменной и затылочной областей двигательной зоны. Кора больших полушарий обеспе­чивает активный поиск информации о месте нахождения пищи, оценку возможности добывания ее и выбор опти­мального варианта поведения. Иначе говоря, в проекци­онных и ассоциативных зонах коры больших полушарий совместно с таламическими ядрами происходит оценка обстановочных и пусковых афферентных сигналов в соот­ветствии с данным мотивационным возбуждением и предыдущим опытом индивидуума (афферентный син­тез).

На основе афферентного синтеза с участием всех структур пищевого центра формируется целенаправленное пищевое поведение — внешнее звено саморегуляции — и ряд вегетативных реакций, направленных, с одной стороны, на энергетическое обеспечение поведенческих реакций (изменение минутного объема кровотока, пере­распределительные сосудистые реакции, изменение легоч­ной вентиляции и др.), с другой — на перераспределение питательных веществ в организме и приспособление системы пищеварения к переработке пищи до состояния, в котором она может быть усвоена, — внутреннее звено саморегуляции (К. В. Судаков, 1976).

В многочисленных экспериментах убедительно пока­зано участие гипоталамических центров, лимбической системы и коры больших полушарий не только в форми­ровании поведенческих реакций, но и в осуществлении комплекса пищеварительных реакций как при прямом раздражении данных структур мозга, так и при естествен­ном пищевом поведении.

При стимуляции центров гипоталамуса, миндалин, премоторной области коры у животных наблюдается облизывание, жевание, глотание; выделяется слюна, желудочный и панкреатический сок; изменяется интен­сивность секреции и выхода желчи, моторики желудка и кишечника, всасывания. Участие коры больших полу­шарий в регуляции всех пищеварительных функций желудочно-кишечного тракта наиболее адекватно дока­зывается путем выработки условных рефлексов.

Таким образом, в результате афферентного синтеза строится программа и осуществляется целенаправленная деятельность животного или человека, включающая внешнее и внутреннее звенья саморегуляции. Иначе гово­ря, формируется эфферентный интеграл, обеспечива­ющий достижение полезного приспособительного резуль­тата. В эфферентный интеграл входят не только исполнительные нервные центры различных отделов мозга, но и железы внутренней секреции, через гуморальное звено регуляции они поддерживают развившуюся дея­тельность длительное время. Формирование эфферентного интеграла устраняет многочисленные «степени свободы» организма и заставляет выполнять конкретную форму деятельности.

Одновременно с выработкой программы деятельности в мозге формируется еще один рабочий механизм функциональной системы пищевого поведения — акцептор результатов действия. Акцептор результатов действия — временное образование, сформированное экстренно по поводу определенной ситуации. В нем сравнивается «сенсорная модель» результата с наличным результатом. В случае функциональной системы пищевого поведения информация о результате поступает в акцептор в виде афферентных потоков нервных импульсов с дистантных рецепторов и рецепторов двигательного аппарата (оценка эффективности двигательного акта), с рецепторов рото­вой полости, желудка и кишечника (оценка поступающей пищи по объему и вкусовым свойствам, оценка эффек­тивности пищеварительного процесса), с хеморецепторов сосудов и тканей (оценка концентрации питательных веществ во внутренней среде и состояния гомеостаза). Кроме афферентных потоков нервных импульсов инфор­мация о характере деятельности поступает в акцептор и через гуморальные каналы обратной связи (воздействие на хеморецепторные клетки гипоталамуса гормонов энтериновой системы, глюкозы, метаболитов).

За счет афферентной импульсации с дистантных рецепторов и рецепторов желудочно-кишечного тракта пищевое поведение подвергается коррекции и может сниматься задолго до восстановления концентрации питательных веществ в крови — сенсорное насыщение. Вслед за сенсорным, наступает истинное, или метабо­лическое, насыщение, обеспечивающее восстановление исходного уровня питательных веществ в организме (П. К. Анохин, 1970; К. В. Судаков, 1971).

В формировании чувства насыщения, в переклю­чении целенаправленного поведения, характерного для голодного животного, на целенаправленное поведение сытого животного в последнее время, наряду с нервной сигнализацией, большее значение придают энтериновой гормональной системе.

Прохождение пищи через верхние отделы пищеварительного аппарата вызывает выделение интестинальных гормонов, которые снимают аппетит (арэнтерин), стиму­лируют энергетический обмен (динэнтерин), вызывают физиологическую дегидратацию (гастрин, секретин). Все эти эффекты через вентромедиальные ядра гипоталамуса влияют на появление чувства сытости (А. М. Уголев, 1978).

«Нервная модель» результата пищевого поведения закрепляется мозгом в аппаратах памяти и используется в последующих поведенческих реакциях.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение понятия пищевой центр.

2. Назовите отделы ЦНС, участвующие в регуляции пищевого поведения.

3. Перечислите факторы, влияющие на функциональное состояние центров питания и насыщения в гипоталамусе.

4. Какова роль коры больших полушарий в регуляции пищевого поведения?

5. Что понимают под сенсорным и метаболическим насыщением?

6. С каких рецепторов тела поступает в пищевой центр информация о результатах действия функциональ­ной системы пищевого поведения?

7. Какие рабочие органы включаются в функциональ­ную систему пищевого поведения?

Проблемные задачи

30. У собаки выработан прочный условный пищевой рефлекс на свет. У голодной собаки при включении света наблюдается хорошо выраженное слюноотделение и движение к кормушке, у сытой собаки эти реакции «на свет» не возникают. Какой компонент, необходимый для формирования пищевого поведения, является раз­личным в этих случаях?

31. У собаки условный сигнал «звонок» постоянно подкреплялся дачей 20 г сухарей и при изолированном действии вызывал хорошо выраженную пищевую реакцию. Подмена хлеба мясом в одном из опытов (методика «сюрприза») вызвала у собаки ориентировочно-исследо­вательскую реакцию и временный отказ от еды. Чем объяснить такую реакцию животного с точки зрения функциональной системы пищевого поведения?

Г л а в а 6. Терморегуляция.

Механизмы регуляции теплопродукции и теплоотдачи

Высшие животные и человек относятся к гомойотермным организмам. Температура «ядра» тела (центральная нервная система, внутренние органы, часть скелетных мышц) у этих организмов является одной из важных констант гомеостаза и поддерживается на определенном уровне, несмотря на значительные изменения температуры внешней среды и воздействие других факторов. Это очень важное приобретение эволюции, гарантирующее организ­му стабильное течение основных жизненных функций и позволяющее расширить зону обитания.

Температура ядра тела — константа гомеостаза и оп­ределяет скорость биохимических реакций, конформационных изменений биологически важных макромолекул, а сле­довательно, и уровень активности всех клеток органов и тканей организма. Оптимум метаболизма и функций сложноорганизованных тканей ядра тела наблюдается при сравнительно небольших колебаниях температуры, которая зависит от баланса процессов теплопродукции в организме в целом и теплоотдачи через оболочку тол­щиной в 2,5—3 см (кожа, подкожная клетчатка, часть скелетных мышц). В условиях стационарного состояния организма процессы теплопродукции равны процессам теплоотдачи. При переходных режимах теплообмена это равенство может нарушаться.

Теплообразование (химическая терморегуляция) обу­словлено в основном экзотермическими обменными реак­циями двух типов: окислительными реакциями и реакция­ми расщепления макроэргических связей АТФ.

Величина теплопродукции в животном организме прежде всего определяется состоянием скелетной мус­кулатуры (главный эффектор системы химической термо­регуляции). Теплопродукция за счет сократительной деятельности мышц называется сократительным термогенезом. Теплопродукция всех немышечных органов и тканей (печень, почки, бурая жировая ткань и др.) и часть теплопродукции скелетных мышц, не связанная с их сокращением, называется несократительным термогенезом. В состоянии физиологического покоя в комфорт­ных условиях среды доля несократительного термогенеза сравнительно велика. При остром охлаждении со­отношение между несократительным и сократительным термогенезом меняется в сторону последнего. При адаптации к холоду теплопродукция вновь относительно возрастает за счет несократительного термогенеза.

Повышение теплопродукции при химической термо­регуляции с целью поддержания нормальной темпера­туры тела в естественных условиях обитания использу­ется животным только как экстренная реакция на ох­лаждение. Длительное приспособление к холоду таким путем вряд ли имеет место, так как поддержание жизне­деятельности даже в условиях покоя и температурного комфорта среды требует значительных затрат энергии в силу низкого КПД биологической работы (К. П. Ива­нов, 1972). Гомойотермные организмы приспосабливаются к длительному пребыванию в условиях низкой темпера­туры среды путем увеличения теплоизоляции и изменения поведения.

При сравнительно напряженном метаболизме организм животного имеет малую теплоемкость, поэтому обра­зующееся при окислительных процессах и работе клеток тепло должно постоянно выводиться из организма. Это важнейшая функция теплорегуляции. Перенос тепла от органов с высоким метаболизмом к поверхностным частям тела (к оболочке) осуществляется кровью. С поверхности тепло отдается путем конвекции, радиации и испарения (физическая терморегуляция). Интенсивность теплоотда­чи зависит от градиента температуры на границе орга­низм — среда, размеров и свойств поверхности тела, влаж­ности и движения воздуха. Основными эффекторами системы физической терморегуляции у человека являются гладкие мышцы кровеносных сосудов и потовые железы.

В естественных условиях существования тепловой ба­ланс организма может изменяться при воздействии тем­пературы окружающей среды, при физических нагрузках, при приеме больших количеств воды и пищи с разной температурой. Во всех случаях восстановление теплового баланса возможно тремя способами: а) изменением теплопродукции до уравнивания ее с измененной тепло­отдачей; б) восстановлением прежнего уровня тепло­отдачи; в) перемещением в среде с целью поиска комфортных температурных условий. Обычно гомойотерм­ные организмы одновременно используют все способы.

Терморегуляция — совокупность механизмов, обеспе­чивающих сохранение постоянной температуры тела

(нормального теплосодержания системы) в условиях изменения температуры среды. Терморегуляция направле­на на предупреждение нарушений теплового баланса орга­низма или на его восстановление, если изменения уже произошли.

Механизм регуляции теплового баланса представлен на схеме 13.

Поддерживается постоянная температура тела слож­ной иерархически организованной системой нервных центров, особое положение в этой системе занимают центры терморегуляции гипоталамуса. Разрушение ги­поталамуса делает животное пойкилотермным, т.е. неспособным сохранять постоянную температуру тела. В гипоталамусе имеется две области, раздражение кото­рых приводит к изменению терморегуляции. В задней части гипоталамуса расположен центр регуляции тепло­продукции. Его разрушение делает животное неспособным переносить холод. В передней части гипоталамуса распо­ложен центр регуляции теплоотдачи. При разрушении это­го центра животное хорошо переносит холод, на действие холода отвечает увеличением теплопродукции, но быстро перегревается при повышении температуры окружающей среды. Структуры переднего и заднего гипоталамуса, при­нимающие участие в терморегуляции, широко взаимо­действуют и находятся между собой в сложных функциональных отношениях. Поэтому их можно объеди­нить в единый центр, контролирующий все процессы терморегуляции.

Терморегуляторный центр гипоталамуса отличается хорошо выраженной терморецепцией, т.е. нейроны этого центра могут изменять свое состояние при изменении температуры крови, притекающей к мозгу. Наличие терморецепторной функции ядер гипоталамуса доказы­вается опытами с прямым охлаждением или нагреванием соответствующего участка путем вживления в мозг живот­ного термодов. При этом наблюдаются изменения электри­ческой активности гипоталамических нейронов и возник­новение реакций, направленных на изменение теплопро­дукции и теплоотдачи: расширение сосудов при нагревании, мышечная дрожь и сужение сосудов при охлаждении. Порог температурной чувствительности «Холодовых» и «тепловых» нейронов гипоталамуса довольно низкий. По данным большинства исследователей, частота импульсации в этих нейронах изменяется при снижении или повышении температуры на 0,5—0,2°С, а по данным лаборатории терморегуляции Института физиологии им. И. П. Павлова АН СССР, пороговым может быть сдвиг температуры гипоталамуса в преде­лах 0,1 СС. В этой лаборатории в опытах на кроликах, спокойно сидящих в термонейтральной зоне среды, установлены непрерывные нерегулярные колебания тем­пературы гипоталамуса вокруг какой-то средней величины («установочной точки») с амплитудой 0,1—0,3°С и пери­одом от 10 до 20 мин. Колебания температуры гипота­ламуса были синхронны колебаниям температуры арте­риальной крови и тонуса сосудов уха (К. П. Иванов, 1972).

Очевидно, эти колебания отражают непрерывную работу центра терморегуляции по поддержанию нормаль­ной температуры тела. Центр как физиологический термостат, используя отрицательную обратную связь, работает по принципу рассогласования.

Термочувствительные нейроны гипоталамуса не только обладают прямой температурной чувствительностью, но и способны интегрировать температурные сигналы от других термочувствительных структур тела: Холодовых и тепловых рецепторов кожи, подкожной клетчатки, кожных сосудов, внутренних органов и, возможно, с тер­мочувствительных нейронов других отделов мозга. Про­цесс суммации имеет сложный нелинейный характер, зависящий не только от абсолютных значений градиента температуры, но и от скорости его изменений, характера теплового потока через оболочку тела. Таким образом, температурный гомеостаз регулируется центрами термо­регуляции гипоталамуса не по температуре одного какого-либо отдела (части) тела, будь то температура гипо­таламуса, прямой кишки, кожи и т.д. В выработке уп­равляющего сигнала и включении терморегуляторных реакций, очевидно, имеет место синтез температурных сигналов от разных частей тела, и управление по рас­согласованию всегда сочетается с управлением по воз­мущению.

Терморегуляторные центры гипоталамуса находятся в сложных субординационных взаимоотношениях со струк­турами лимбико-ретикулярного комплекса, зрительных бугров, подкорковых ганглиев и коры больших полу­шарий, формирующих изменение поведения в условиях среды, угрожающих сдвигом температурного гомеостаза.

Терморегуляция при изменениях температуры внешней среды

При действии холода происходит учащение импульсации с холодовых рецепторов кожи в центры термо­регуляции гипоталамуса. В ответ на это воздействие наблюдается усиление сократительного термогенеза: а) развивается мышечная дрожь, б) нарастает мышеч­ный тонус, в) усиливается общая двигательная актив­ность. Эти реакции реализуются через супраспинальные двигательные центры и спинномозговые мотонейроны.

Одновременно через симпатический отдел вегетатив­ной нервной системы и железы внутренней секреции происходит качественная перестройка системы термо­генеза. При действии холода нарастает выработка катехоламинов в мозговом веществе надпочечников, тироксина в щитовидной железе, тропных гормонов в гипофизе. Норадреналин, адреналин, тироксин акти­вируют ферменты, катализирующие липолиз и гликогенолиз в бурой жировой ткани, печени, мышцах. В крови повышается концентрация свободных жирных кислот и глюкозофосфатов, в клетках усиливается окисление. Под влиянием свободных жирных кислот, адреналина и тироксина происходит разобщение процессов окисле­ния и фосфорилирования. Большая часть энергии окис­ления превращается в тепло. Физиологическая эф­фективность теплообразования увеличивается, теплопро­дукция нарастает.

Переход на преимущественное окисление жиров при действии холода биологически целесообразен, так как жиры образуют, основной запас химической энергии в организме, при их катаболизме не образуется токсичес­ких веществ и не нарушается гомеостаз, продукты окисления жиров выполняют роль своеобразных АТФаз и облегчают освобождение дополнительных количеств энергии из макроэргов (В.В.Хаскин, 1975).

Усиленный липолиз и окисление жирных кислот на холоде под влиянием симпатической нервной системы и катехоламинов интенсивно идет в бурой жировой ткани. Тепловыделение в ней сопоставимо с горением. Бурую жировую ткань поэтому называют специализированным органом теплопродукции. Масса бурого жира у взрослого человека составляет не более 0,1% от массы тела, но роль его в теплопродукции существенна. После удаления бурого жира устойчивость животных к холоду снижается.

Предполагают, что при окислении бурого жира вырабаты­ваются какие-то вещества («нормальные пирогены»), стимулирующие несократительный термогенез в скелет­ных мышцах и других (немышечных) органах.

За счет сократительного и несократительного термогенеза теплопродукция на холоде у человека может увеличиваться в 3—4 раза.

Возбуждение терморегуляторных центров гипота­ламуса при действии холода наряду с увеличением сократительного и несократительного термогенеза при­водит к уменьшению теплоотдачи путем рефлекторного усиления тонуса периферических сосудов и общих изменений в системе кровообращения и дыхания. Влияние на сосудистый тонус может осуществляться как через бульбарный отдел сосудодвигательного центра, так и непосредственно через симпатические нейроны спинного мозга. При действии холода мелкие артерии и артериолы кожи суживаются, открываются артериовенозные анасто­мозы, масса крови, циркулирующей в оболочке тела, уменьшается, тепло консервируется в ядре тела. Градиент температуры на Границе организм — среда падает, и потери тепла организмом за счет проведения и излу­чения снижаются. Урежение дыхания на холоде умень­шает теплоотдачу за счет уменьшения массы нагреваемого вдыхаемого воздуха и уменьшения испарения воды с поверхности дыхательных путей. У животных эти ре­акции координируются с пиломоторным рефлексом, изменяющим наклон волос шерсти и увеличивающим теплоизоляционный воздушный слой в шерстном покрове.

При действии тепла поддержание температурного гомеостаза осуществляется главным образом за счет регуляции интенсивности теплоотдачи, снижение тепло­продукции по сравнению с уровнем основного обмена незначительно. Повышение температуры среды воспри­нимается тепловыми рецепторами кожи, подкожной клетчатки, кожных сосудов. Импульсация с них в центры терморегуляции гипоталамуса увеличивается. В ответ на эту импульсацию наблюдается рефлекторное расширение сосудов кожи вследствие снижения симпатического вазоконстрикторного тонуса. Объем крови, циркулирующей в оболочке, возрастает, тепло энергично переносится из мест теплопродукции к месту теплоотдачи. Температура кожи повышается и если температура кожи становится выше температуры внешней среды, то отдача тепла путем проведения и излучения увеличивается.

Одновременно с расширением сосудов при действии тепла наблюдается рефлекторное усиление секреторной функции потовых желез. Потовые железы иннервируются холинэргическими симпатическими нервными волокнами, нейроны которых расположены в грудном и поясничном отделах спинного мозга и возбуждаются под влиянием нервных импульсов, идущих из центров терморегуляции гипоталамуса. Пот с поверхности кожи может «снимать» от 80 до 600 ккал/ч (330—2500 кДж/ч) в зависимости от интенсивности его выделения и испарения. В условиях высокой температуры и низкой влажности воздуха отдача тепла путем испарения пота — единственный надежный способ регуляции теплоотдачи и теплового баланса ор­ганизма. В насыщенном водяными парами теплом воз­духе потоотделение не эффективно для теплоотдачи, так как испарение жидкости с поверхности кожи ухудшается. В таких условиях теплоотдача затрудняется и темпера­турный гомеостаз может нарушиться.

У животных, не имеющих потовых желез, при высокой температуре среды развивается рефлекторная одышка — терморегуляторное полипноэ. Учащение дыхания до 120—160 дыхательных движений в минуту (2—2,7 Гц) сопровождается уменьшением его глубины, открыванием рта, высовыванием языка, отделением большого количест­ва жидкой слюны. Все это ведет к испарению с поверх­ности слизистой рта и верхних дыхательных путей значительного количества жидкости и увеличению теплоотдачи.

Таким образом, любые сдвиги температуры внешней среды по сравнению с термонейтральной зоной вклю­чают рефлекторные и гуморальные механизмы терморегу­ляции, предупреждающие нарушение температурного гомеостаза ядра тела. Подобный процесс терморегу­ляции (управление по возмущению) в нормальных усло­виях при изменении температуры среды занимает ведущее положение.

Возбуждение с терморецепторов кожи через сенсорные переключательные ядра зрительных бугров передается в соматосенсорную зону коры больших полушарий. Кора больших полушарий, участвуя в переработке тем­пературной информации с рецепторов тела, обеспечивает условнорефлекторную регуляцию процессов теплопродук­ции и теплоотдачи. Наиболее сильные терморегуляторные реакции вызывают природные условные раздражители, сопровождающие на протяжении всей жизни организма его охлаждение или нагревание (вид льда, снега, яркое солнце и т.п.). Совместно с гипоталамическими центрами и лимбической системой кора больших полушарий участву­ет также в организации мотивационного возбуждения и поведения, направленного на поиск среды с ком­фортной температурой. У человека зрительные бугры и кора полушарий ответственны за формирование субъек­тивного ощущения холода или тепла.

Контрольные вопросы

1. Что такое химическая терморегуляция?

2. Что такое физическая терморегуляция?

3. Какие процессы обеспечивают сократительный термогенез?

4. В чем суть несократительного термогенеза?

5. Перечислите способы отдачи тепла организмом.

6. Где расположены центры терморегуляции?

7. Опишите механизмы стимуляции гипоталамических центров терморегуляции.

8. Какими путями осуществляется регуляторное влия­ние гипоталамуса на уровень теплопродукции?

9. Какими путями осуществляется регуляторное вли­яние гипоталамуса на уровень теплоотдачи?

Проблемные задачи

32. Животному под кратковременным наркозом была произведена трахеотомия с целью перевода на искусствен­ное дыхание. В дальнейшем условия опыта потребовали обездвиживания животного путем введения блокатора нервно-мышечной передачи возбуждения. Объясните, почему в данном опыте необходимо предпринять меры, направленные на борьбу со снижением температуры тела.

33. В эксперименте, проведенном на кролике при темпе­ратуре среды 10°С, установлено повышение суммарной электрической активности мышц шеи и стопы, сужение сосудов ушей. Какие изменения химической и физичес­кой терморегуляции обусловили эти реакции?

34. У человека в закрытом помещении при темпе­ратуре 30° С и 34° С и влажности 40% наблюдается покраснение кожи открытых поверхностей тела (лицо, шея, руки), обильное потоотделение. Температура кожи лба 33°С. Какие пути отдачи тепла с поверхности кожи эффективны в первом и втором случаях?

35. В морозный зимний день собака лежит «свернув­шись в клубок», а летом в жару—«распластавшись», открыв живот. Чем объяснить позу животного харак­терную для различных температурных условий среды?

Глава 7. Регуляция выделительной и гомеостатической функций почек

Организм животных и человека нормально существу­ет во внешней среде благодаря поддержанию постоянства внутренней среды. Гомеостаз может быть сохранен в норме при поддержании основных параметров внутрен­ней среды и постоянном удалении продуктов обмена, вредных для организма.

В поддержании гомеостаза исключительную роль выполняют главные выделительные органы в организме человека и высших животных — почки. Анурия (пре­кращение выделительной функции почек) неминуемо ведет организм к смерти через четыре — шесть суток вследствие нарушения большинства констант гомеостаза и отравления организма продуктами азотистого обмена и солями калия, хотя при этом выделительная функция кожи и желудочно-кишечного тракта значительно уве­личивается по сравнению с нормой. Почки участвуют в регуляции осмотического давления крови (осморегуляция), объема внеклеточной жидкости в организме (волюморегуляция), постоянства ионного состава крови, кислотно-щелочного равновесия и в экскреции жидких продуктов обмена, не пригодных для организма.

Функциональной единицей почки является нефрон. Современная наука рассматривает процесс мочеобразования как двуфазный процесс: процесс ультрафиль­трации в клубочковом аппарате и процесс реабсорбции и секреции — в канальцевом отделе нефрона.

Фильтрация обеспечивается гидростатическим давле­нием крови в капиллярах клубочка и зависит от соотно­шения кровяного давления в капиллярах, внутрипочечного давления и онкотического давления белков плазмы. Из каждых 100 мл плазмы фильтруется 20 мл первичной мочи, всего за сутки фильтруется 150—180 л первичной мочи. Первичная моча идентична плазме крови, лишен­ной крупномолекулярных белков. Так как кровообращение в корковом слое почки благодаря ауторегуляции в значительной мере величина постоянная, то и уровень фильтрации при физиологических условиях является постоянным.

Образование конечной мочи в основном происходит путем обратного всасывания в канальцах воды и раство­ренных в ней веществ. Глюкоза, ионы натрия и другие вещества реабсорбируются благодаря активной деятель­ности почечного эпителия. Вода диффундирует через стенку канальцев пассивно, ее движением управляют осмотические закономерности. Активный транспорт ионов натрия через эпителий канальцев обеспечивает пассивный переход анионов хлора и гидрокарбонатов в том же направлении благодаря силам электростатического вза­имодействия. Реабсорбция в проксимальных извитых канальцах сравнительно постоянна (облигатна), а в дистальных — изменчива, факультативна, так как именно здесь возможна регуляция ее интенсивности, определя­емая изменением объема внеклеточной жидкости, уровнем осмотического давления, концентрацией в плазме крови различных ионов, и в первую очередь натрия.

Петля Генле и система прямых сосудов функционируют как поворотно-противоточная умножительная система, позволяющая почке выполнять очень большую работу по концентрированию мочи при сравнительно небольших энергетических затратах.

Канальцевый эпителий обладает не только реабсорбционной функцией, но и секреторной. Секреции под­вергаются: калий при избытке его в рационе, ионы водо­рода, антибиотики, парааминогиппуровая кислота, неко­торые посторонние коллоидные вещества, лекарства. Таким образом, после прохождения канальцев в конечной моче остаются истинные продукты выделения, некоторые чужеродные вещества и небольшой избыток обычно реабсорбируемых веществ. Объем конечной мочи состав­ляет 1,5—2 л в сутки.

Наиболее изученными механизмами регуляции де­ятельности почек являются механизмы регуляции их водовыделительной и натрийуретической функции (схема 14).

Прямые эфферентные нервные влияния на функцию почек

Почки иннервируются симпатическими нервными волокнами — преимущественно ветвями чревных нервов, и парасимпатическими, в основном идущими в составе блуждающих нервов.

Раздражение симпатических эфферентных нервов почки приводит к сужению почечных сосудов наружной зоны коркового слоя и изменению фильтрации: сужение выносящей артериолы приводит к повышению фильтра­ционного давления и росту фильтрации, сужение приносящей артериолы сопровождается падением филь­трационного давления и фильтрации. В хронических опы­тах раздражение симпатических эфферентных нервов почки вызывает также стимуляцию реабсорбции воды, глюкозы, ионов натрия, увеличение секреции диодраста.

Прямые влияния симпатической нервной импульсации на канальцевые функции в этом случае подтверждаются тем, что их изменения не наблюдаются на противополож­ной почке и не совпадают по времени с сосудистыми эффектами. Результаты раздражения эфферентных воло­кон блуждающих нервов менее определенны.

Опыты с раздражением почечных нервов хотя и дают прямые доказательства существования эфферентных нервов, стимулирующих деятельность всех отделов нефрона, но не решают вопроса об удельном значении их в регуляции функций почек. Ответ на этот вопрос дает денервация почек. В лаборатории А. Г. Гинецинского (1958) исследовался объем фильтрации, реабсорбции и секреции интактной и денервированной почки у собак в обычных условиях и при нагрузке осмотически актив­ными веществами, дегидратации и ацидозе. Во всех слу­чаях функция денервированной почки несколько умень­шилась по объему, но в качественном отношении не отличалась от функции интактной почки.

Убедительны в этом отношении и опыты на собаках с аутотрансплантированной почкой (Г. М. Шпуга, 1947). Аутотрансплантация почки на шею (вторая почка уда­лялась) не вызывала у собаки никаких симптомов по­чечной недостаточности в течение 1,5—2 лет. Почка сохра­няла способность реагировать значительным усилением объема диуреза на водную нагрузку и снижением диуреза, увеличением содержания мочевины и солей в моче при ограниченном поступлении воды в организм.

Из результатов опытов с денервацией становится очевидным, что в регуляции деятельности почек эфферент­ные нервные импульсы не единственные управляющие механизмы, особенно в условиях развитой гормональной регуляции. Это, однако, не умаляет роли нервных влияний в жизнедеятельности и развитии почки. В денервированной почке постепенно развиваются трофические нарушения, меняется чувствительность к катехоламинам. В случае денервации, произведенной на ранних этапах постнатального онтогенеза (опыты на щенках), развивается дегенерация почки вплоть до ее полной атрофии.

Гуморальная регуляция функции почек

В регуляции функции почек важная роль принадле­жит железам внутренней секреции, особенно нейрогипофизу и коре надпочечников.

Нейрогипофиз (задняя доля гипофиза) — вырабаты­вает антидиуретический гормон (АДГ). АДГ усиливает реабсорбцию воды в дистальном сегменте нефрона. При усиленном поступлении этого гормона в кровь диурез уменьшается, а в отсутствие гормона диурез увеличи­вается. Предполагают, что АДГ влияет на процессы реабсорбции воды, изменяя состояние межклеточного вещества дистальных извитых канальцев и собирательных трубок (А. Г. Гинецинский, 1958).

Механизм действия АДГ в настоящее время пред­ставляется следующим образом. АДГ взаимодействует с клеточным рецептором базальной плазматической мембраны клеток дистального канальца нефрона и со­бирательных трубок. Основной компонент рецептора — фермент аденилциклаза, под влиянием которого в клетке из АТФ образуется циклический 3,5-АМФ — внутрикле­точный медиатор действия АДГ. 3,5-АМФ усиливает выработку ферментов, деполимеризующих гиалуроновые комплексы межклеточного вещества стенки дистального отдела нефрона, и стенка утрачивает свою герметич­ность. Через проницаемую стенку вода, повинуясь осмотическому градиенту, уходит из нефрона.

Кора надпочечников. В регуляции функции почек принимают участие минералкортикоиды и глюкокортикоиды. Минералкортикоиды (основной гормон группы — альдостерон) усиливают реабсорбцию натрия в дисталь­ном отделе нефрона (Смит, 1951), так как они способ­ствуют синтезу транспортных белков, необходимых для переноса натрия через клеточные мембраны. Через апи­кальную мембрану эпителия канальцев ионы натрия транспортируются пассивно (по электрохимическому гра­диенту) с помощью специальных переносчиков, а через базальную мембрану — активно. Роль натриевой помпы выполняет в основном натрий-калий' активируемая АТФаза, которая за счет энергии АТФ транспортирует натрий из клетки в межклеточную жидкость в обмен на ионы калия.

Глюкокортикоиды также могут усиливать реабсорбцию натрия в канальцах нефрона. Кроме того, они уси­ливают почечный кровоток и фильтрацию в клубочковом аппарате нефрона и уменьшают реабсорбцию воды в канальцах.

Вышеприведенные данные об участии коры надпочеч­ников в регуляции функции почек объясняют клинические симптомы, развивающиеся у животных после адреналэктомии или у людей при надпочечниковой недоста­точности. В том и другом случае происходит увеличение выделения с мочой натрия, хлора и гидрокарбонатов с эквивалентной потерей воды, уменьшение экскреции ка­лия, мочевины и фосфора. Степень потери натрия определяет тяжесть клинических проявлений адреналовой недостаточности. Избыточная потеря натрия приводит также к уменьшению кислотообразующей и кислотовыделительной функции почек.

Адреналин — гормон мозгового слоя надпочечников; лучше всего изучено его действие на процессы клубочковой фильтрации. Адреналин суживает сосуды коркового слоя почки. В зависимости от преимущественного действия на приносящие и выносящие артериолы клубочка адреналин может уменьшать или увеличивать объем фильтрации в клубочке. При введении адреналина в кровь наблюдается также уменьшение диуреза и натрийуреза. Предполагают, что на канальцевые функции адреналин может оказывать непрямое действие — через ренин-ангиотензинную системы (см. ниже) и альдостерон.

Ренин-ангиотензинная система. В области сосудистого полюса мальпигиевых телец нефронов располагается юкстагломерулярный аппарат (ЮГА), ответственный за выработку ренина. ЮГА состоит из нескольких элемен­тов, наиболее важными из них являются эпителиоидные клетки, окружающие приносящую артериолу у ее входа в клубочек и клетки плотного пятна части стенки дистального извитого канальца, примыкающей к сосудис­тому полюсу клубочка. В юкстагломерулярных клетках образуется ренин — фермент, катализирующий начальный этап образования ангиотензина из α2-глобулинов плазмы.

Ангиотензин-2 обладает выраженным сосудосужи­вающим действием на афферентные и эфферентные артериолы клубочка, в силу чего он обеспечивает ауторегуляцию коркового кровообращения в почках и процес­сы фильтрации в клубочках. Кроме того, ангиотензин-2 стимулирует секрецию альдостерона в коре надпочечников и регулирует, таким образом, транспорт натрия и воды в канальцах. В больших дозах ангиотензин-2 вызывает некоторое увеличение секреции и глюкокортикоидов.

Секреция ренина ЮГА стимулируется: а) падением артериального давления в сосудах почки, б) повыше­нием внутриканальцевого и интерстициального давле­ния в почках, в) уменьшением концентрации ионов натрия в крови, г) увеличением концентрации натрия в жидкости дистальных канальцев. Изменения первого и второго факторов воспринимаются эпителиоидными клетками приносящих артериол (выполняют функцию барорецепторов), а изменение баланса натрия между плазмой и жидкостью мочевых канальцев воспринимает­ся клетками плотного пятна, выполняющими функцию хеморецепторов. Раздражение баро- и хеморецепторов юкстагломерулярного аппарата сопровождается уве­личением выработки ренина и увеличением концентрации ангиотензина-2 в крови.

Действие ангиотензина-2 на клубочки и канальцы способствует согласованному функционированию этих отделов нефрона и направлено на сохранение натрия в организме. Количество натрия, поступающее в канальцы в результате фильтрации должно соответствовать реабсорбционной способности канальцев. При нарушении этого соотношения (ускорение фильтрации при повышении сис­темного давления крови; подавление активности фер­ментов, участвующих в транспорте натрия) концентрация натрия в начале дистальных канальцев повышается, выработка ренина и образование ангиотензина-2 усиливаются. Ангиотензин-2 вызывает две реакции: с одной стороны, он способствует сужению приносящих артериол клубочка и уменьшению фильтрации, а с другой — уси­ливает продукцию альдостерона корой надпочечников и повышает реабсорбцию натрия эпителием дистального отдела нефрона. Обе реакции способствуют восстанов­лению нормального соотношения между поступлением и реабсорбцией натрия в канальцах и предотвращают потерю натрия организмом.

Простагландины. В мозговом веществе почки осу­ществляется постоянный синтез простагландинов групп Е, Р и А. Первая группа отличается наибольшей активностью. Под влиянием простагландинов наблюдается увеличение кровотока в мозговом слое почки, увеличение диуреза и натрийуреза. Повышение экскреции воды и натрия при действии простагландинов может быть обу­словлено, во-первых, усилением кровотока в мозговом слое почки («вымывание» ионов натрия, хлора и мочевины, создающих осмотический градиент в тканях сосочка), во-вторых, непосредственным действием на канальцевый эпителий. Предполагают, что простагландины находятся в конкурентных отношениях с АДГ при их совместном действии на клеточные рецепторы.

Гормональная регуляция процессов реабсорбции воды и солей в канальцевой части нефрона не является са­мостоятельным процессом, она подчинена центральной нервной системе, в частности гипоталамической области промежуточного мозга, и вовлекается в реакцию по принципу рефлекса. Такие реакции могут развиваться при изменении осмотического давления крови или при изменении объема жидкости, циркулирующей в организ­ме. Подтверждением этого служат как эксперименталь­ные, так и клинические данные. У животных при раздра­жении или разрушении ядер гипоталамуса, у больных с опухолями, локализованными в диэнцефальной области, часто наблюдаются нарушения водно-электролитного гомеостаза.

Нервно-гуморальная регуляция постоянства осмотического давления крови

Осмотическое давление крови и внеклеточной жидкос­ти, определяемое суммарной концентрацией растворенных в них молекул и ионов, — одна из наиболее точно под­держиваемых констант организма. У здорового человека концентрация осмотически активных веществ в плазме крови составляет 290—300 мосм/л. Так как осмотическое давление крови и тканевой жидкости определяется глав­ным образом содержанием в них хлористого натрия, то и регуляция постоянства осмотического давления заключается в поддержании определенного соотношения между натрием и водой. Любые, даже кратковременные отклонения осмотического давления от константного уров­ня вызывают изменения диуреза. При повышении ос­мотического давления диурез уменьшается, а при снижении - повышается. Регуляция постоянства осмоти­ческого давления крови осуществляется нейронами супраоптических ядер гипоталамуса. Функция этих ядер очень своеобразна. В них имеются нейроны, обладающие функцией осморецепторов (возможно, натриорецепторов), и нейроны, способные вырабатывать нейросекрет со свойствами АДГ гормона (аргинин-вазопрессин).

Нейроны-осморецепторы содержат вакуоль, заполнен­ную жидкостью с постоянной осмолярностью, равной осмолярности плазмы крови. При повышении концентра­ции растворенных веществ вокруг нейрона-осморецептора вода из него выходит и вакуоль сморщивается, при понижении концентрации солей в окружающей среде вакуоль набухает. Колебания объема вакуоли осморецептора вызывают разряды нервных импульсов; импульсация поступает к нейросекреторным клеткам и изме­няет выработку нейросекрета в них. Нейросекрет из нейронов супраоптических ядер по гипоталамо-гипофизарному тракту транспортируется с помощью аксоплазматического тока в нейрогипофиз, откуда после опре­деленных изменений АДГ поступает в кровь и воз­действует на процессы реабсорбции воды в дистальных канальцах и собирательных трубках.

Осморецепторную функцию выполняют не только нейроны-осморецепторы гипоталамуса. Сеть осморецепто­ров имеется и в периферическом сосудистом русле: в сосудах печени, селезенки, поджелудочной железы и др. (Я. Д. Финкинштейн и сотр.). Раздражение осморецеп­торов сосудов вызывает рефлекторную реакцию на почку через тот же центральный нейро-гормональный аппарат, что и раздражение нейронов-осморецепторов гипотала­муса. Возможно, что в обычных условиях жизнедеятель­ности контроль через осморецепторы сосудов порталь­ной системы имеет ведущее значение, так как из кишеч­ника в процессе пищеварения всасывается большое количество растворенных веществ и воды.

Нервно-гуморальная регуляция объема внеклеточной жидкости

Постоянство объема внеклеточной жидкости опреде­ляет постоянство параметров системы кровообращения, а следовательно, и нормальную работу всех органов и систем организма. При изменении объема циркули­рующей крови или объема воды в межклеточном про­странстве наблюдаются реакции, направленные на из­менение работы сердца, емкости сосудистого русла, объема депонированной крови. Наряду с этим меняются диурез и натрийурез. Если объем внеклеточной жидкости увеличивается, наблюдается увеличение диуреза и натрийуреза, при уменьшении объема развиваются противопо­ложные реакции.

Регуляция диуреза и натрийуреза осуществляется рефлекторным путем. Рецепторы, воспринимающие изме­нение объема циркулирующей крови и внеклеточной воды, расположены в стенках предсердий, в сосудах и в интерстиции различных органов и тканей. Эти рецеп­торы называют волюморецепторами, а регуляцию объема жидкостей тела — волюморегуляцией. Наиболее изучена волюморегуляция с рецепторов предсердий. Изменения диуреза при волюморегуляции реализуются через нейроны супраоптических ядер гипоталамуса и нейрогипофиз. Из­менение объема циркулирующей крови в организме или ее перераспределение меняют растяжение стенок пред­сердий. Импульсация с рецепторов предсердий передает­ся по блуждающим нервам в продолговатый мозг, а оттуда — в супраоптические ядра гипоталамуса. При перерастяжении стенок предсердий секреция АДГ тор­мозится и диурез усиливается, а при уменьшении объема предсердий, наоборот, секреция АДГ усиливается и диурез уменьшается.

Относительно механизма изменений натрийуреза выс­казано несколько гипотез. 1. Импульсы с волюморецепторов при гиповолемии поступают в гипоталамус и через выработку адренокортикотропного гормона (АКТГ) аденогипофизом стимулируют образование альдостерона в коре надпочечников. 2. Предполагают, что уровень продукции альдостерона контролируется и адреногломерулотропным гормоном (АГТГ), вырабатывающимся в эпифизе под влиянием нейросекрета стволовых струк­тур мозга (средний мозг, район сильвиева водопровода). При уменьшении объема циркулирующей крови проис­ходит уменьшение растяжения стенок предсердий (особен­но правого), стимулируется выработка АГТГ, приводящая к увеличению продукции альдостерона, повышению реабсорбции натрия в дистальном сегменте, снижению натрийуреза и вторично — к снижению диуреза. 3. При увеличении объема циркулирующей крови в заднем отделе гипоталамуса вырабатывается специальный натрийуретический гормон (третий фактор). Он тормозит прок­симальную реабсорбцию натрия. Поскольку объем про­ксимальной реабсорбции натрия и воды сравнительно велик, уменьшение реабсорбции натрия только на 1% приводит к значительному увеличению натрийуреза и ди­уреза.

Наряду с центральными нейрогормональными меха­низмами в волюморегуляции может принимать участие и ренин-ангиотензинная система. При гиперволемии тор­мозится выработка ренина, что приводит к усилению диуреза и натрийуреза, а при гиповолемии наблюдаются противоположные реакции.

Гипоталамические центры являются первичными мотивационными центрами, регулирующими водно-солевое равновесие организма и побуждающими животное или человека к реализации поведения, направленного на поиск факторов среды, необходимых для его восстановления. В организации целенаправленного поиска воды и в согласовании вегетативных и соматических компонентов этой реакции, как и в организации других мотиваций, принимают участие лимбическая система и кора больших полушарий. Регуляция диуреза также не сводится только к подкорковым механизмам. Кора больших полушарий принимает участие в условно-рефлекторной регуляции выделительной функции почек. Об этом свидетельствуют результаты опытов с гипнотическим внушением, с услов­но-рефлекторным изменением диуреза у собак при много­кратном введении в желудок воды в сочетании с каким-либо «сигналом», условно-рефлекторная болевая анурия. Условно-рефлекторное влияние коры больших полушарий на почку также осуществляется через вовлечение в реакцию нейрогипофиза и изменение интенсивности про­дукции АДГ.

Регуляция ионного состава крови

Участие почек в регуляции ионного состава крови имеет большое значение для нормальной жизнедеятель­ности организма, так как стабильный электролитный состав внутренней среды определяет не только водно-солевое равновесие и объем внеклеточной жидкости, но и активность всех ферментных систем, трофику тканей, кислотно-щелочное равновесие.

Возможны раздельная и избирательная регуляция выделения почкой различных электролитов, но механизмы регуляции ионного состава крови в настоящее время изучены недостаточно. Лучше всего изучена регуляция баланса натрия в организме — основного катиона вне­клеточной жидкости. Регуляция функции почек по выведению из организма натрия нами уже рассмотрена; она теснейшим образом связана с регуляцией объема внеклеточной жидкости и осмотической концентрации внутренней среды. Необходимо еще раз подчеркнуть, что изменение концентрации натрия в плазме крови может вызвать возбуждение волюмо- и осморецепторов, а возможно и специализированных натриорецепторов. Увеличение концентрации натрия в крови усиливает секрецию АДГ и реабсорбцию воды в нефроне. Умень­шение концентрации натрия, наоборот, снижает секрецию АДГ и увеличивает выведение воды из организма. В этих условиях одновременно усиливается поступление в кровь альдостерона, ренина и стимулируется всасывание натрия в почечных канальцах. В настоящее время в регуляции баланса натрия в организме предполагается участие и третьего фактора — натрийуретического гормона.

Так как с переносом натрия через мембрану почеч­ных канальцев сопряжен перенос ионов хлора, то во всех перечисленных случаях возможны изменения его транспорта. Наличие специализированных систем транс­порта и регуляции баланса хлора в настоящее время неизвестно.

Относительно роли почек в регуляции уровня калия во внеклеточной жидкости сведений пока крайне мало. Показано, что калийуретическая функция почек может регулироваться гормонами коры надпочечников и инсу­лином — гормоном поджелудочной железы. Альдостерон активирует натрий-калиевый насос в базальной мембра­не, увеличивает проницаемость апикальной мембраны почечного эпителия дистального канальца и тем самым способствует секреции калия в обмен на реабсорбируемый натрий. Инсулин уменьшает калийурез; он усиливает пере­ход глюкозы и калия в клетки. Предполагают наличие и других гуморальных регуляторов калийуреза, так как реабсорбция и секреция калия необязательно сопряжены с переносом натрия через мембраны почечного эпителия.

На строго константном уровне в плазме крови удер­живается концентрация двухвалентных катионов — каль­ция и магния. Степень участия почек в регуляции их баланса определяется гормоном паращитовидных же­лез — паратгормоном и щитовидной железы — тирокальцитонином. Возможно, изменения в реабсорбции магния под влиянием этих гормонов — явление вторичное, свя­занное с изменением реабсорбции кальция. Паратгормон способствует активации холекальциферола и усиливает реабсорбцию кальция в дистальных почечных канальцах, а тирокальцитонин повышает его фильтрацию через клу­бочки и, возможно угнетает реабсорбцию в канальцах. Оба гормона участвуют также в регуляции выведения из организма фосфатных ионов, тормозя их реабсорбцию в проксимальных канальцах.

Оценивая роль почек в регуляции ионного состава крови, необходимо иметь в виду общую закономерность, установленную для животных различных филогенетичес­ких линий: трансмембранный перенос большой группы органических и неорганических соединений (глюкоза, аминокислоты, мочевина, парааминогиппуровая кислота, магний, кальций) прямо связан с транспортом натрия. Поэтому регуляция баланса натрия в организме имеет важное значение в регуляции гомеостатической функции почек и по отношению к перечисленным выше веществам.

Выведение мочи

Образующаяся в канальцах почки моча непрерывно, по мере образования, поступает через мочевыводящие Пути (чашечки, лоханки, мочеточники) в мочевой пузырь.

Мочевой пузырь — полый мышечный орган, служа­щий резервуаром для мочи. Мышцы пузыря в функци­ональном отношении представляют единое целое. У места выхода из пузыря мочеиспускательного канала распо­ложен сфинктер мочевого пузыря. Несколько ниже его расположен второй сфинктер, образованный поперечно­полосатой мускулатурой, — сфинктер мочеиспускательно­го канала. Сфинктеры препятствуют вытеканию мочи из пузыря.

Мочевой пузырь имеет двойную эфферентную иннер­вацию: парасимпатическую и симпатическую. Парасим­патические нервные волокна идут в составе тазового нерва; при раздражении их происходит сокращение мышц пузыря и расслабление сфинктера, т.е. создаются условия для опорожнения пузыря. Симпатические нервные волокна идут от нижнего брыжеечного узла и почечного сплетения; при раздражении их, наоборот, мускулатура пузыря расслабляется, а тонус сфинктера повышается. Таким образом создаются условия для наполнения пузыря. Сфинктер мочеиспускательного канала иннервируется двигательными соматическими нервными волокнами. Афферентные волокна от пузыря и сфинктеров идут в составе тех же нервов.

При постепенном наполнении пузыря мочой полость его увеличивается. Когда содержимое пузыря увели­чивается до 250—300 мл, давление в нем довольно круто растет. Растяжение стенок и повышение давления в мочевом пузыре до 15—16 см водного столба (1,5— 1,6 кПа) вызывает раздражение механорецепторов, и поток импульсов по центростремительным нервным во­локнам направляется к спинному мозгу. В спинном мозге на уровне II—IV крестцовых сегментов находится реф­лекторный центр мочеиспускания, от которого по центро­бежным нервным волокнам импульсы поступают к мочево­му пузырю и его сфинктеру. Мышцы пузыря сокраща­ются, а сфинктер расслабляется.

Спинальный центр мочеиспускания находится под контролем импульсов, приходящих из продолговатого и среднего мозга, а также от коры головного мозга. Корковые влияния определяют возможность «произволь­ной» задержки или, наоборот, «произвольного» мо­чеиспускания. Импульсы, возникающие в рецепторах мочевого пузыря при его растяжении и достигающие по восходящим проводящим путям коры больших полу­шарий, обусловливают ощущение позыва к мочеиспус­канию. В соответствии с обстоятельствами, при которых возникает позыв, акт мочеиспускания может произойти или может быть задержан.

Контрольные вопросы

1. Перечислите показатели гомеостаза, уровень кото­рых зависит от функции почек.

2. Какой отдел ЦНС играет основную роль в регу­ляции водно-солевого обмена?

3. Какие железы внутренней секреции принимают участие в регуляции водовыделительной и натрийуретической функции почек?

4. С каких рецепторов осуществляются рефлекторные влияния на уровень водно-солевого обмена?

5. Опишите гипоталамо-гипофизарные взаимоотно­шения и их роль в осмо- и волюморегуляции.

6. Опишите механизм действия антидиуретического гормона.

7. Какова роль альдостерона в регуляции натрий­уреза?

8. Каково значение ренин-ангиотензинной системы в регуляции функции почек?

9. Какие железы внутренней секреции принимают участие в регуляции выведения кальция почками?

10. Опишите рефлекторную регуляцию мочевыведения.

Проблемные задачи

36. В эксперименте собаке вводится 2,5%-ный раствор хлористого натрия в сонную артерию (артерия выве­дена в кожный лоскут на шее). Отмечается торможение диуреза. Какое приспособительное значение имеет эта реакция? Опишите ее механизм.

37. Производится эксперимент на собаке. В нижнюю полую вену введен зонд. Обтурация просвета вены с помощью зонда приводит к снижению диуреза и натрий­уреза. Почему развивается данная реакция?

38. Известно, что при кровопотере, длительном ли­шении питьевой воды, при ортостатическом рефлексе (переход из положения лежа в положение стоя), при окклюзии мочеточников у человека наблюдается сни­жение диуреза и натрийуреза. Что общего и различного в основных механизмах реакций при указанных выше состояниях?

39. Установлено, что у здоровых людей концентрация АДГ в крови оказывается наивысшей в вертикальном положении (при спокойном состоянии) и наиболее низ­кой в положении лежа. Каковы причины изменения про­дукции АДГ в указанных условиях?

40. В эксперименте после введения животному в кровь раствора с повышенным содержанием белков у него наступает кратковременное снижение диуреза. Как объ­яснить эту реакцию?

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Живой организм — открытая система, находящаяся в состоянии постоянного обмена пластическими материа­лами и энергией с внешней средой (газовый, алиментар­ный, водно-солевой и тепловой обмен). Направление и режим обмена активно определяются организмом при­менительно к уровню его метаболических процессов.

У многоклеточных высокоорганизованных животных организмов эффективный обмен веществами и энергией со средой невозможен без специализированных физиоло­гических систем органов: дыхания, кровообращения, пи­щеварения и выделения, которые называют вегетатив­ными системами организма. Системы дыхания и пище­варения выполняют в обмене как «входные», так и «вы­ходные» функции, система выделения — только «выход­ные» (А. Н. Меделяновский, 1982). Через органы дыхания и пищеварения в организм поступают кислород и пищевые вещества, химическая энергия которых используется на синтез, осмотическую и механическую работу различных систем организма (входная функция), и выделяются из организма углекислый газ, шлаковые продукты пищи (выходная функция). Через специали­зированные выделительные органы — почки, выводятся отработанные продукты азотистого обмена, чуждые организму вещества, избыток воды и солей. Обмен теп­лом совершается в основном через «оболочку» тела, а также через изменение теплосодержания выводимых и поступающих продуктов.

Система кровообращения обеспечивает транспорт питательных веществ, кислорода, продуктов обмена и тепла к разделительным поверхностям обмена: кровь — внешняя среда и кровь — ткани. Так как за каждый цикл кровооборота через легкие проходит вся кровь, она постоянно полностью восстанавливается по пара­метрам газового обмена. Восстановление оптимального состава артериальной крови по другим направлениям обмена (водно-солевой, алиментарный, тепловой) зави­сит от регионального распределения кровотока в опре­деленный момент времени (через почки, печень, желудочно-кишечный тракт, кожу проходит не вся кровь каждого сердечного выброса, а только ее часть). Перераспределение кровотока определяется напряжен­ностью деятельности и обменными потребностями орга­нов и тканей с приоритетом жизненно важных органов, наиболее требовательных к стабилизации условий внут­ренней среды. Благодаря непрерывному перемещению крови ближайшая окружающая среда клеток все время обновляется и, несмотря на интенсивный метаболизм, остается постоянной.

Наличие постоянного обмена веществами и энергией между организмом и средой приводит к тому, что любые сдвиги во внешней среде вызывают в организ­ме комплекс приспособительных реакций, включающих изменения функций различных органов в целях сохра­нения гомеостаза метаболических процессов и даже из­менение самого метаболизма, т. е. в целях самосохра­нения и саморазвития индивидуума и вида.

Пищевые, оборонительные, ориентировочные и дру­гие приспособительные реакции организма характери­зуются одновременным изменением всех видов обмена, многообразием включения в реакцию соматических и ве­гетативных компонентов, спецификой их композиции, а также большой индивидуальной вариабельностью. Один и тот же полезный приспособительный результат часто достигается различными физиологическими пу­тями.

Так, необходимый уровень обеспечения тканей кисло­родом (газовый обмен) может быть достигнут при раз­личном сочетании изменений функции дыхания (его глу­бины и частоты, размеров дыхательной поверхности, перфузии альвеол), кровообращения (изменение систо­лического и минутного объемов кровотока, перифери­ческого сопротивления сосудистого русла, объема цирку­лирующей крови и перераспределение регионарного кровотока), состояния транспортных и буферных систем крови (изменения количества эритроцитов и концентра­ции гемоглобина, сродства гемоглобина с кислородом, реакции крови) и утилизации кислорода тканями (из­менения активности ферментов, количества субстратов и конечных продуктов окисления, рН и температуры клетки).

Эффективность пищевого обмена определяется взаи­мосвязанными изменениями функций многочисленных се­креторных и мышечных аппаратов пищеварительной трубки, состоянием транспортных систем мембранных структур энтероцитов, микроциркуляцией крови, лимфы и тканевой жидкости в стенке пищеварительной труб­ки, соотношением функции усвоения веществ из пищи и выделительной функции пищеварительного тракта, со­стоянием пищевых резервных депо.

Обмен воды и солей также зависит не только от функции высокодифференцированных структур нефрона (клубочки, канальцевый аппарат, противоточно-поворотная система петли Генле), но и от уровня осмоти­ческого давления крови, общего состояния системы кро­вообращения (соотношение массы крови и емкости со­судистого русла, давление в предсердиях), всасыватель­ной способности кишечной стенки, состояния терморегуляторной функции (интенсивность испарения жидкости с поверхности кожи и слизистых оболочек).

Нормальная температура тела — функция сбаланси­рованности процессов теплопродукции и теплоотдачи и зависит от выраженности окислительных процессов, сопряжения окисления и фосфорилирования в различ­ных органах и тканях (в первую очередь в скелетных мышцах), интенсивности переноса тепла и его отдачи с поверхности тела. Перенос и отдача тепла опреде­ляются состоянием кожного кровообращения, функцией потовых желез, интенсивностью вентиляции легких. Функ­ция системы терморегуляции в организме сопряжена с функцией регуляции водно-солевого обмена.

Таким образом, при действии возмущающих факто­ров среды, вызывающих ту или иную приспособитель­ную реакцию, регуляция вегетативных функций как ком­понентов целостного поведения не может сводиться к изменению деятельности отдельного органа или отдель­ной морфо-функциональной системы органов, не направ­лена на стабилизацию какого-либо одного параметра внутренней среды. Она всегда включает одновременное изменение работы многих систем органов и перевод на новый стационарный уровень нескольких взаимосвязан­ных параметров внутренней среды. Такая регуляция ве­гетативных функций и параметров внутренней среды называется многосвязным мультипараметрическим регу­лированием.

Многосвязное регулирование основано на поиске ком­промиссного решения: благодаря смещению сразу не­скольких регулируемых параметров при действии возму­щающего фактора удается поддерживать минимум сдви­га каждого из них, т. е. как бы распределять в про­порциональных соотношениях возможную величину отклонения показателя, на который действует возму­щающий фактор, между многими показателями.

Принцип многосвязного регулирования позволяет понять, почему столь разнообразны, вариабельны при­способительные реакции живой системы на одинаковые воздействия внешней среды. Объясняется это тем, что организм может получить один и тот же суммарный приспособительный результат различными путями за счет изменения различных физиологических функций. Так, увеличение потребления кислорода работающими мыш­цами может быть достигнуто и за счет лучшего на­сыщения крови кислородом, т. е. изменения функции внешнего дыхания, и за счет усиления кровотока через сосуды этих мышц, т. е. изменения функции кровообра­щения, и за счет более полной утилизации кислорода самой мышечной тканью, е. е. изменения тканевого ды­хания. Какая именно функция при этом претерпит наи­большие сдвиги, зависит от многих причин, прежде все­го от рабочих возможностей той или иной вегетатив­ной системы организма в данный момент. Если, напри­мер, в определенный момент ослаблена, менее работо­способна дыхательная система, основная тяжесть пере­ключается на систему кровообращения.

Такой способ достижения одного и того же полез­ного результата за счет преимущественного вовлечения в рабочий режим то одной, то другой вегетативной функции называется многовариантным регулированием.

Итак, живым системам присуще многовариантное, многосвязанное, мультипараметрическое регулирование физиологических функций (В. А. Шидловский, 1978). Поэтому каждый организм реагирует на воздействие внешней среды строго индивидуальным образом.

Однако следует заметить, что степень взаимосвязан­ности функций и параметров не является постоянной величиной, а зависит от текущего состояния организ­ма. В состоянии физиологического покоя взаимосвязан­ность функционирования отдельных регуляторных меха­низмов минимальна. Константы гомеостаза удерживают­ся на постоянном уровне, в основном, независимо друг от друга. При действии различных возмущающих фак­торов напряженность процессов регуляции нарастает и их взаимосвязанность увеличивается. Отклонение одного из регулируемых параметров обязательно вызывает на­правленные изменения всех остальных. Если организм попадает в экстремальную, стрессовую ситуацию, систе­мы регуляции могут вступать в конкурентные взаимоотношения. Поддержание всех существующих перемен­ных в физиологических пределах в этих условиях оказы­вается невозможным, и организм жертвует одними из них ради поддержания состояния других. Примером до­минирующего положения системы кровоснабжения мозга по сравнению с системой кровоснабжения остальных тка­ней тела является острая гипертензия, вызванная ише­мией головного мозга. При снижении перфузионного давления в бассейне артерий мозга ниже 60—80 мм рт. ст. (8—10,6кПа) наступает повышение системного артериального давления, направленного на улучшение кровоснабжения головного мозга вне зависимости от потребностей и состояния остальных тканей.

Объединение различных соматических и вегетатив­ных компонентов реакции возможно благодаря их ор­ганизации в единую функциональную систему (П. К. Ано­хин). Такая система состоит обычно из рабочих эле­ментов, относящихся к различным анатомо-физиологическим системам: отделы мозга, скелетные мышцы, эн­докринные железы, органы систем кровообращения, ды­хания, пищеварения, выделения и др. Системообразую­щим фактором является только одно — способствует ли включение деятельности данного органа достижению определенного полезного приспособительного результата минимумом энергетических затрат. Поэтому функцио­нальные системы всегда гетерогенны, динамичны, воз­никают и исчезают по поводу конкретной ситуации. Каждый компонент (элемент) функциональной системы вступает в действие в точно определенный момент вре­мени и в определенном объеме. Те стороны деятельности каждого компонента системы, которые в данный момент не нужны, т. е. не помогают или даже мешают получению полезного результата, устраняются из актив­ной деятельности (ограничение степеней свободы). Одни и те же анатомо-физиологические образования могут последовательно включаться в различные функциональ­ные системы.

Функциональные системы могут быть многоконтурны­ми, в их деятельности используется принцип саморе­гуляции. Через каналы обратной связи на вход системы поступает информация о результатах ее деятельности, на основе которой система стабилизируется или пере­страивает свою функцию. Следовательно, будущее со­стояние системы в значительной мере определяется ее предыдущим состоянием.

Для любой функциональной системы характерны консерватизм специализированных рецепторных приборов, воспринимающих тот или иной полезный результат (настройка на определенный уровень артериального давления, напряжения кислорода в крови, концентрации глюкозы, осмотического давления, температуры крови и т. д.), и большая пластичность в использовании исполнительных центров и рабочих органов для полу­чения этого результата. Такое сочетание свойств рецепторов и исполнительных аппаратов обеспечивает функциональной системе динамическую перестройку, целесообразную деятельность в широком диапазоне изменений параметров внешней среды и компенсацию при возможном нарушении функций.

В организме функционирует множество различных функциональных систем: по содержанию определенного уровня артериального давления, объема циркулирующей крови, реакции (рН) и газового состава крови, уровня осмотического давления, температурного гомеостаза, системы пищевого и полового поведения и т. д. Их взаимодействие осуществляется по принципу доминанты и иерархии результатов, т. е. в каждый момент вре­мени проявляется деятельность функциональной системы, удовлетворяющей ведущую потребность, и одна функци­ональная система может включаться как компонент в другую, более сложную функциональную систему. Например, функциональные системы по поддержанию газового состава крови и уровня артериального давления могут включаться как элементы в систему пищевого поведения.

Концепция функциональной системы как единицы интегративной деятельности организма, впервые раз­работанная в СССР академиком П. Е. Анохиным и его учениками, показывает, что в целостном организме не может быть изолированного функционирования какой-либо анатомо-физиологической системы, независимого от всех других систем. Функции организма как целого приурочены к деятельности специализированных, струк­турно дифференцированных в тканевом отношении ор­ганов, но всегда имеют организменные свойства, т. е. все органы и системы органов функционируют не только «для себя», но и для «всех». Организм является целостным в своем внутреннем и внешнем единстве, он многомерен по свойствам и функциям, и вектор проявления его сил зависит от потребностей организма и условий внешней среды.

ОТВЕТЫ К ПРОБЛЕМНЫМ ЗАДАЧАМ

1. При кровопотере у первого кролика развилось состояние гипо­ксии, что способствовало усилению продукции у него эритропоэтина. Плазма с избытком эритропоэтина, перелитая второму кролику, выз­вала у него стимуляцию эритропоэза.

2. Пережатие почечной артерии у собаки вызвало гипоксию ткани почки и усилило продукцию эритропоэтина, а следовательно, и эритропоэз.

3. Животным с сывороткой ввели в организм ингибитор эритро­поэза; у альпинистов в горах развилась полицитемия, поэтому после спуска с гор у них начинается выработка ингибиторов эритропоэза.

4. При воспалении в крови животных в зависимости от срока реакции появляются стимуляторы и ингибиторы лейкопоэза.

5. При тромбоцитопении в крови животных увеличивается концен­трация тромбоцитопоэтинов, которые и вызывают описанный эффект. Более поздние изменения в периферической крови объясняются тем, что созревание тромбоцитов в костном мозге продолжается 6—8 дней.

6. При увеличении притока перфузионной жидкости к сердцу растет диастолическое наполнение его полостей и сердечный выброс по принципу гетерометрической саморегуляции, а при затруднении оттока через аортальную канюлю проявляется гомеометрическая само­регуляция и увеличение напряжения мышцы желудочка.

7. Усиление и учащение работы левого желудочка при увели­чении диастолического наполнения правого предсердия нельзя объяс­нить законом Старлинга. Полученная в эксперименте реакция является периферическим рефлексом, дуга которого замыкается в собственных нервных сплетениях сердца.

8. Падение артериального давления после денервации объясня­ется устранением центральных тонических констрикторных влияний на сосуды. Простагландины Е снижают базальный (периферический) тонус.

9. После блокады звездчатого ганглия кровоток в сосудах верх­них конечностей увеличился, так как прекратилась передача тонических вазоконстрикторных влияний по симпатическим нервам и сосуды расширились.

10. При мышечной работе под влиянием накапливающихся мета­болитов с хеморецепторов работающих мышц возникает системный сопряженный прессорный рефлекс. Проявлением этого рефлекса при ра­боте на велоэргометре может быть сужение сосудов и снижение крово­тока в руке.

11. При повышении перфузионного давления в области каротидного синуса биоэлектрическая активность каротидного нерва уси­ливается, а у нейронов прессорного отдела сосудов двигательного центра — снижается; уровень артериального давления в бедренной ар­терии снижается, вследствие расширения сосудов и урежения сокращений сердца.

12. Опыт Фредерика не доказывает гуморальных механизмов влияния избытка С02 или недостатка 02 в крови на дыхательный центр, так как кровь при перекрестном кровообращении в опыте Фредерика, прежде чем попасть в сосуды головы собаки-реципиента, обязательно проходит через каротидную рефлексогенную зону, содержа­щую хеморецепторы, чувствительные к изменению напряжения 02 и С02 в крови.

13. Гипервентиляция вызывает уменьшение парциального дав­ления (напряжения) С02 в альвеолярном воздухе и в крови, вследствие чего дыхание угнетается и пловец может дольше пробыть под водой.

14. Необходимо зарегистрировать реакцию дыхательных мышц (например, диафрагмальной мышцы) в ответ на искусственное растя­жение легких нагнетанием в них воздуха или спадение легких при отсасывании из них воздуха. В рефлексе Геринга — Брейера афферент­ными являются блуждающие нервы, а эфферентными — межреберные и диафрагмальные нервы.

Их участие в рефлекторной дуге можно установить следующими методами: а) перерезкой нервов (нарушение целостности рефлектор­ной дуги прекращает реакцию); б) раздражением нервов (раздра­жение центрального конца афферентного нерва или периферического конца эфферентного нерва вызывает такую же реакцию); в) регис­трацией биоэлектрической активности нервов при осуществлении реф­лекса.

15. В первом случае сохранится только диафрагмальное дыхание, так как ядра диафрагмальных нервов расположены в шейном отделе спинного мозга и при указанном уровне перерезки спинного мозга остаются связанными с дыхательным центром продолговатого мозга. Во втором случае дыхание прекратится вследствие нарушения связи дыхательного центра продолговатого мозга с ядрами и диафрагмального и межреберных нервов.

16. Секреция слюны регулируется рефлекторно. Во время еды развивается безусловно-рефлекторная, а при виде пищи — условнорефлекторная секреция. Сила раздражения рецепторов ротовой полости зависит от сухости пищи, поэтому при еде мяса слюны выделяется меньше, чем при еде мясного порошка.

17. У собаки с фистулой желудка и эзофаготомией акт еды вызы­вает выделение желудочного сока только рефлекторным путем. После вкладывания пищи в желудок через фистулу секреция желудочного сока стимулируется и рефлекторным и гуморальным путями. Так как блуждающие нервы являются секреторными для желудочных желез, то после их перерезки акт еды не вызывает секрецию желудочного сока, а при вкладывании пищи в желудок через фистулу желудочный сок продолжает выделяться за счет гуморальной регуляции.

18. Механическое и химическое раздражение слизистой антрального отдела желудка вызывает выделение гастрина специализирован­ными клетками по механизму периферического рефлекса. Поступая в кровь, гастрин стимулирует выделение кислого желудочного сока.

19. В бульонах и наварах содержится большое количество экстрактивных веществ — сильных стимуляторов желудочной секреции. При гиперсекреции желудочного сока их лучше исключить из рациона.

20. При мнимом кормлении собак выделяется желудочный сок. Соляная кислота, попадая в двенадцатиперстную кишку, стимулирует образование секретина, который и вызовет панкреатическую секрецию. Для доказательства наличия сложнорефлекторной фазы панкреати­ческой секреции необходимо в условиях мнимого кормления полностью исключить переход содержимого желудка в двенадцатиперстную кишку.

21. Аминокислоты и жирные кислоты в кишечнике усиливают продукцию интестинального гормона холецистокинина-панкреозимина, стимулирующего выработку ферментов панкреатической железой гуморальным путем.

22. Холецистокинин-панкреозимин вызвал сокращение мышц желчного пузыря и расслабление сфинктера Одди; содержимое пузыря выделилось в двенадцатиперстную кишку.

23. Для анализа механизма реакции необходимо денервировать петлю кишки и вновь произвести механическое и химическое раздражение слизистой. Если раздражение не вызовет секрецию в денервированной кишке, значит, реакция рефлекторная, если вызовет — местная.

24. В опыте наблюдается воспринимающее расслабление желудка, реакция имеет рефлекторную природу. Рецепторное поле рефлекса: рецепторы ротовой полости и глотки. Возбуждение к мышцам желудка передается по тормозным волокнам блуждающих нервов.

25. Наблюдаемая реакция является фундоантральным моторным рефлексом. Рефлекторная дуга замыкается в центральной нервной системе и в солнечном сплетении. За счет фундоантрального реф­лекса усиливается перемешивание и размельчение пищи в антральном отделе желудка и ее эвакуация в кишечник.

26. Торможение сокращений желудка при механическом и хими­ческом раздражении слизистой на разных уровнях кишечной трубки может быть рефлекторным и гуморальным. В последнем случае тормо­жение движений желудка может быть обусловлено действием энтерогастрона.

27. В опыте проявился гуморальный механизм регуляции всасы­вания.

28. Увеличение всасывания в изолированном по Тири — Велла отрезке тонкого кишечника при акте еды и при пищеварении происхо­дило благодаря включению сложнорефлекторного и гуморального меха­низмов регуляции.

29. Угнетение моторики сопровождается уменьшением перехода продуктов гидролиза в щеточную кайму эпителиоцитов, а следовательно, и снижением мембранного пищеварения. Концентрация аминокислот в пристеночном .слое уменьшается, уменьшается и их всасывание.

30. В первом случае хорошо выражена пищевая мотивация, во втором она отсутствует.

31. Подкрепление оказалось неадекватным сенсорной модели ожи­даемого результата, сформированной в акцепторе результатов действия функциональной системы пищевого поведения.

32. Блокада нервно-мышечной передачи возбуждения вызовет снижение тонуса скелетной мускулатуры, что приведет к падению теплопродукции.

33. Повышение суммарной биоэлектрической активности скелет­ных мышц на холоде свидетельствует о повышении мышечного тонуса и теплопродукции. Сужение сосудов кожи в этих условиях приведет к уменьшению отдачи тепла путем теплопроведения и теплоизлучения.

34. В первом случае отдача тепла возможна за счет конвекции, радиации и испарения; во втором — только за счет испарения.

35. В обоих случаях наиболее целесообразно меняются размеры поверхности тела, участвующие в теплоотдаче. Особенно важны в этих условиях изменения размеров открытой поверхности кожи живота, лишенной шерстного покрова.

36. Торможение диуреза после введения в сонную артерию гипертонического раствора хлористого натрия направлено на восстановление осмотического давления плазмы крови. Реакция возникает с нейронов-осморецепторов гипоталамуса и с осморецепторов сосудов. Усиливается выход АДГ задней доли гипофиза в кровь. При воздействии АДГ на дистальный сегмент нефрона усиливается реабсорбция воды, а диурез уменьшается.

37. При обтурации нижней полой вены уменьшается растяжение правого предсердия и функция почек изменяется по механизму волюморегуляции.

38. Общим в указанных условиях является то, что все они при­водят к уменьшению в почке трансмурального давления и усиленной секреции ренина в ЮГА. Ренин через ангиотензин-2 и альдостерон вызовет уменьшение натрииуреза и диуреза. Во всех случаях, кроме последнего (окклюзия мочеточника), подобная реакция может быть также и результатом рефлекторной волюморегуляции. При кровопотере увеличение продукции АДГ может быть, кроме того, реакцией на болевое раздражение.

39. В вертикальном положении в силу ортостатической реакции уменьшается растяжение предсердий, с волюморецепторов предсердий рефлекторно усиливается выработка АДГ. В положении лежа растя­жение предсердий нарастает, а выработка АДГ с тех же волюморе­цепторов тормозится.

40. Повышение онкотического давления крови приводит к па­дению фильтрационного давления и объема фильтрации в клубочковом аппарате почки. Одновременно уменьшится объем тканевой жидкости, импульсация с тканевых волюморецепторов в гипоталамус усилит выброс АДГ гипофизом. Обе реакции приведут к снижению диуреза.

ЛИТЕРАТУРА

Гомеостаз (под ред. Горизонтова П. Д.). М., 1976.

Иванов К. П. Биоэнергетика и температурный гомеостаз. Л., 1972.

Конради Г. П. Регуляция сосудистого тонуса. Л., 1973.

Наточин Ю. В. Ионорегулирующая функция почки. Л., 1976.

Нормальное кроветворение и его регуляция (под. ред. Федоро­ва Н. А.). М., 1976.

Уголев А. М. Энтериновая (кишечная гормональная) система. Трофологические очерки. Л., 1978. Физиология всасывания (руководство по физиологии). Л., 1977.

Физиология вегетативной нервной системы (руководство по фи­зиологии). Л., 1981.

Физиология дыхания (руководство по физиологии). Л., 1973.

Физиология кровообращения. Физиология сердца (руководство по физиологии). Л., 1980.

Физиология пищеварения (руководство по физиологии). Л., 1974.

Физиология почки (руководство по физиологии). Л., 1972.

Физиология системы крови. Физиология эритропоэза (руководство по физиологии). Л., 1979.

Физиология эндокринной системы (руководство по физиологии). Л., 1979.

Фолков В., Нил Э. Кровообращение. М., 1976.

Хаскин В. В. Энергетика теплообразования и адаптация к холоду. Новосибирск, 1975.

Хаютин В. М. Сосудодвигательные рефлексы. Л., 1964.

Чернух А. М., Александров П. Н., Алексеев О. В. Микроцир­куляция. М., 1975.

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие................................................................................................ 3

Глава 1. Общие принципы регуляции вегетативных функций 4

Контрольные вопросы............................................................................... 16

Глава 2. Регуляция клеточного состава крови.................................. 17

Регуляция системы красной крови............................................................ 18

Регуляция количества лейкоцитов.............................................. . . 22

Регуляция количества тромбоцитов......................................................... 25

Контрольные вопросы.............................................................................. 26

Проблемные задачи........................................................................... . 27

Глава 3. Регуляция кровообращения............................................... 28

Местная регуляция работы сердца и тонуса сосудов .... 30

Гуморальная регуляция кровообращения.............................................. 33

Нервная регуляция кровообращения.................................................. 36

Рефлекторная регуляция кровообращения......................................... 42

Контрольные вопросы............................................................................. 48

Проблемные задачи.............................................................................. 49

Глава 4. Регуляция дыхания...................................................... 50

Роль двуокиси углерода и кислорода в регуляции дыхания . 54

Регуляция дыхания с механорецепторов легких................................... 55

Регуляция дыхания с механорецепторов верхних дыхательных

путей....................................................................................................... 56

Регуляция дыхания с рецепторов растяжения дыхательных мышц. 57

Регуляция дыхания с проприорецепторов скелетной мускулатуры. 58

Контрольные вопросы........................................................................... 59

Проблемные задачи............................................................................. 59

Глава 5. Регуляция пищеварительных процессов в желудочно-кишечном тракте 60

Регуляция секреторной функции пищеварительных желез . . 61

Регуляция слюноотделения................................................................... 61

Регуляция желудочной секреции......................................................... 64

Регуляция секреции поджелудочной железы................................. 71

Регуляция секреции и выхода желчи............................................ 76

Регуляция секреторных процессов в тонком кишечнике . . 79

Общий итог..................................................................................... 82

Контрольные вопросы.......................................................................... 85

Проблемные задачи............................................................................ 86

Регуляция моторики желудочно-кишечного тракта........................... 87

Жевание и глотание....................................................................... . 88

Регуляция моторики желудка и кишечника........................................ 89

Контрольные вопросы......................................................................... 95

Проблемные задачи...................................................................... ' 96

Регуляция процессов всасывания....................................................... 96

Контрольные вопросы....................................................................... 101

Проблемные задачи........................................................................... 101

Функциональная система пищевого поведения............................... 102

Контрольные вопросы.......................................................................... 107

Проблемные задачи................................................................................ 107

Глава 6. Терморегуляция........................................................... 108

Механизмы регуляции теплопродукции и теплоотдачи . . 108

Терморегуляция при изменениях температуры внешней среды .113

Контрольные вопросы ....................................................................... 116

Проблемные задачи............................................................................... 116

Глава 7. Регуляция выделительной и гомеостатической функции почек 117

Прямые эфферентные нервные влияния на функцию почек . 118

Гуморальная регуляция функции почек.................................................. 121

Нервно-гуморальная регуляция постоянства осмотического

давления крови....................................................................................... 124

Нервно-гуморальная регуляция объема внеклеточной жидкости 125

Регуляция ионного состава крови ................................................... 127

Выведение мочи................................................................................. 129

Контрольные вопросы........................................................................ 130

Проблемные задачи.......................................................................... 131

Заключение......................................................................................... 132

Ответы к проблемным задачам.......................................................... 138

Литература......................................................................................... 142