Нейротон. Занимательные истории о нервном импульсе - Александр Иванович Волошин
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Со временем выяснилось, что существуют сотни различных медиаторов и каждому конкретному получателю нервного импульса – мышце, железе или другому нейрону присущи свойственные только им нейромедиаторы, а другие игнорируются.
Вероятно, система так защищается от ложных срабатываний. А нейромедиатор далеко из синапса не уходит и быстренько дезактивируется.
Химические соединения, которое при взаимодействии с рецептором изменяют его состояние, приводя к биологическому отклику называют агонистами. Обычные агонисты увеличивают отклик рецептора, обратные агонисты уменьшают его, а антагонисты блокируют действие рецептора.
Агонисты могут быть эндогенными, например, гормоны и нейротрансмиттеры, или экзогенными – лекарства. Эндогенные агонисты в норме производятся внутри организма и опосредуют функцию рецептора. К примеру, дофамин является эндогенным агонистом дофаминовых рецепторов.
Эндокринная система и гормоны
Как прекрасно действуют яды! А почему природа не использует этот механизм в полезных целях? Ещё как использует!
Применение химических веществ для передачи информации от одной клетки к другой не ограничивается нервной системой. Химические мессенджеры широкого действия, известные как гормоны, передают информацию между клетками нашего организма, которые расположены на довольно большом расстоянии. Множество разных гормонов постоянно циркулируют в организме, влияя на наше настроение, поддерживая водно-солевой баланс, стимулируя рост клеток, настраивая нас на борьбу со стрессами и даже регулируя секрецию других гормонов. Возможно, что в процессе эволюции нервы просто адаптировали эту универсальную химическую сигнальную систему для своих целей.
Гормоны – биологически активные вещества, они вырабатываются в специализированных клетках желёз внутренней секреции (эндокринные железы), поступают в кровь, связываются с рецепторами клеток-мишеней и оказывают регулирующее влияние на обмен веществ и физиологические функции. Гормоны являются гуморальными —переносимыми с кровью – регуляторами определённых процессов в различных о́рганах.
Гормоны оказывают дистантное действие: попадая с током крови в различные органы и системы организма, они регулируют деятельность о́ргана, расположенного вдали от синтезирующей их железы, при этом даже очень малое количество гормонов способно вызвать значительные изменения деятельности о́ргана.
Однако нервная система не полностью устраняется из процесса регулирования. В целом происходит это так. Внешние или внутренние раздражители того или иного рода воздействуют на рецепторы организма и порождают в них импульсы, поступающие сначала в центральную нервную систему, а затем в гипоталамус.
В данном отделе мозга вырабатываются первичные активные вещества удалённого гормонального действия – так называемые рилизинг-факторы, которые, в свою очередь, направляются к гипофизу.
Под действием рилизинг-факторов либо ускоряется, либо замедляется выработка и выделение тропных гормонов гипофиза. Последние, попав в кровь и достигнув с ней конкретной эндокринной железы, оказывают влияние на синтез требуемого гормона.
На последнем этапе процесса гормон доставляется по системе кровообращения к тем или иным о́рганам либо тканям (т. н. «мишеням») и вызывает определённые ответные реакции в организме, будь они физиологическими или, к примеру, химическими.
Заключительный этап, связанный с воздействием гормонов на обмен веществ внутри клетки, в течение довольно продолжительного времени являлся наименее изученным из всех составляющих вышеописанного процесса. Ныне известно, что в соответствующих тканях-мишенях имеются специфические химические структуры с участками, предназначенными для связывания гормонов – так называемые гормональные рецепторы.
Связывание гормонов рецепторами вызывает определённые биохимические реакции, за счёт чего, собственно, и реализуется итоговый эффект гормона.
Описанный нами выше механизм регулирования через гормоны осуществляет эндокринная система.
Интересные факты
Нервные клетки не восстанавливаются, но…
Особенностью живого организма является использование недолговечных материалов для создания долговечных систем. Решение этой, сложной, проблемы природа нашла в постоянном обновлении организма. Применительно к долгоживущим нервным клеткам это действует так – каждый нейрон, находится в состоянии непрекращающегося ремонта, когда старые молекулы заменяются новыми. В результате структура в целом живёт много лет, в то время как молекулы постоянно заменяются новыми. Эти процессы особенно интенсивны в мозге, который обновляется на 80% всего за две недели.
Анатомия
Анатомически мозг представлен двумя субстанциями: серым веществом и белым. Серое вещество имеет высокое содержание нейронов, большая его часть находится на поверхности мозга, в извилистой оболочке, называемой корой. Большая часть серого вещества расположена вблизи поверхности; две трети коры остаётся невидимой снаружи, скрытой в складках под поверхностью.
Кора представляет собой слой серого вещества толщиной 2—3 мм, который содержит в среднем около 14х109 (от 10 до 18 миллиардов) нервных клеток, нервных волокон и нейроглии. Благодаря многочисленным изгибам и бороздам поверхность коры достигает 0,2 м2. Если вы развернёте и разгладите кору, она будет размером с подушку, но толщиной всего в пару миллиметров.
Среди нейронов встречаются самые крупные клеточные элементы организма. Размер их поперечного сечения колеблется от 6—7 мкм (мелкие зернистые клетки мозжечка) до 70 мкм (мотонейроны головного и спинного мозга). Нейроны сильно разнятся по форме и размеру, который колеблется от 1 до 1000 мкм (т. е. они могут различаться по величине в 1000 раз).
Плотность их расположения в некоторых отделах центральной нервной системы очень велика. Например, в коре больших полушарий человека насчитывается почти 40 000 нейронов на 1 мм3. Тела и дендриты нейронов коры головного мозга в общей сложности занимают около половины их объёма.
Кровоснабжение нервных клеток
Высокая потребность нейронов в кислороде и глюкозе обеспечивается интенсивным кровотоком.
Кровь течёт через мозг в 5—7 раз быстрее, чем через бездействующие мышцы. Мозговая ткань обильно снабжается кровеносными сосудами. Их самая плотная сеть находится в коре больших полушарий и занимает около 10% объёма коры. В отдельных слоях средняя длина капиллярной сети у человека достигает одного метра на 1 мм3 ткани. Каждый большой нейрон имеет несколько собственных капилляров у основания клеточного тела, а группы небольших клеток окружены общей капиллярной сетью. Когда нервная клетка находится в активном состоянии, ей требуется повышенный запас кислорода и питательных веществ, поступающих через кровь. В то же время жёсткий скелет черепа и низкая сжимаемость нервной ткани препятствуют резкому увеличению кровоснабжения мозга во время работы. Это компенсируется процессами перераспределения крови, выраженными в головном мозге, в результате чего активная часть нервной ткани получает значительно больше крови, чем покоящаяся. Возможность перераспределения крови в головном мозге обеспечивается наличием больших пучков гладких мышечных волокон – сфинктерных валиков в основаниях артериальных ветвей. Эти валики могут уменьшать или увеличивать диаметр кровеносных сосудов, тем самым обеспечивая раздельную регуляцию кровоснабжения различных частей мозга.
Работа мышц вызывает снижение тонуса стенок мозговых артерий. По мере развития физической или умственной усталости повышается тонус артериальных сосудов, что приводит к уменьшению кровотока через нервную ткань.
Мозг имеет сложную систему анастомозов между различными артериями, между венозными сосудами и между артериями и венами. Эта система уменьшает пульсацию внутричерепного кровотока, вызванную ритмичными сокращениями сердца и дыхательными движениями грудной клетки. Уменьшение пульсовых колебаний способствует улучшению тканевого кровотока. Из-за наличия артериовенозных анастомозов пульсовые колебания кровотока передаются от артерий головного мозга к венам в обход капилляров. Кроме того, это обеспечивает постоянство кровотока головного мозга при любом положении головы по отношению к туловищу и положению тела в пространстве.
Энергопотребление нервной систем
Основной особенностью обмена веществ в нейроне является высокая скорость обмена и преобладание аэробных процессов. Потребность мозга в кислороде очень велика (в состоянии покоя поглощается около 46 мл/мин кислорода). Хотя вес мозга по отношению к весу тела составляет всего 2%, потребление кислорода мозгом достигает в состоянии покоя у взрослых людей 25% от общего его потребления организмом, а у маленьких детей – 50%.
Мозг устроен намного эффективнее компьютера: для полного моделирования
