Мозг и его потребности 2.0. От питания до признания - Вячеслав Дубынин
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Характерны и половые различия. Даже в самых развитых странах женщины живут на три-пять лет дольше мужчин. Почему – с удовольствием объяснят генетики. Если кратко, то Y-хромосома, конечно, доминантная (именно она определяет мужской пол), но размер у нее маленький, и в ней нет более 500 генов, которые наличествуют в X-хромосоме. В итоге женщины, у которых X-хромосомы целых две, более защищены от мутаций: если какой-то ген, присутствующий в одной из них, поврежден, то в ее гомологичной паре есть запасной. У мужчин такая «страховка» отсутствует: у них только одна Х-хромосома. Это, конечно, повышает комбинативную изменчивость в популяции, что выгодно для вида вообще, но одновременно делает представителей сильного пола более уязвимыми к наследственным составляющим многих заболеваний. В нашей стране разница между продолжительностью жизни мужчин и женщин просто вопиющая – 10–12 лет. Непросто живется мужчинам в России.
Как мозг управляет дыханием
Давайте подробнее разберемся, как мозг управляет гомеостазом, на примере дыхательного центра и ответим на вопрос «Как мы дышим?». Ответ «носом» – не принимается.
Главные дыхательные центры находятся в продолговатом мозге и мосту (рис. 10.3). Там располагаются популяции так называемых инспираторных и экспираторных нейронов (in – «внутрь», нейроны вдоха; ex – «наружу», нейроны выдоха). Ключевую роль в процессе играют инспираторные нейроны-пейсмекеры (водители дыхательного ритма). Они с характерной для определенного биологического вида частотой генерируют импульсы, запускающие вдох (скажем, 100 раз в минуту у лабораторной крысы). Термин «пейсмекер» происходит от английского слова pacemaker – «создатель ритма».
В рок-группах ударник является пейсмекером, и, скажем, Ринго Старр, барабанщик The Beatles, – это пейсмекер.
От клеток-пейсмекеров сигнал передается другим инспираторным нейронам продолговатого мозга и моста. На следующем этапе он опускается в шейные и грудные сегменты спинного мозга, мотонейроны которых непосредственно запускают сокращения диафрагмы и межреберных мышц. За счет выполняемой мышцами работы стенки грудной клетки, а за ними и легкие, начинают расширяться, растягиваться. Запускается вдох, в ходе которого воздух в нарастающем объеме поступает в альвеолы.
В стенках легких и грудной клетки есть специальные нервные волокна – рецепторы растяжения. Они примерно такие же, как в стенках крупных сосудов или кишечника. Сигнал от этих рецепторов способен тормозить инспираторные нейроны и активировать экспираторные, и по мере наполнения легких этот сигнал становится все сильнее – классический пример срабатывания «обратной связи». В результате при определенном уровне растяжения легких вдох останавливается и запускается выдох.
Врожденно заданная частота дыхания взрослого человека во сне составляет около 1 раза в 5 секунд, или примерно 12 раз в минуту. Это значение – «базовая» частота срабатывания наших нейронов – водителей дыхательного ритма. Ее, как правило, нужно увеличивать в ответ на возникновение дополнительных факторов. Например, появилась физическая или эмоциональная нагрузка, стало душно, жарко – когда хочется сказать, что «дышать нечем».
Рис. 10.3. На верхней схеме показана принципиальная организация системы, управляющей дыханием человека. Центры вдоха (инспираторные) и выдоха (экспираторные) находятся в продолговатом мозге и мосту. Запуск вдоха реализуют нейроны-пейсмекеры («генератор ритма»), передающие импульсы на замкнутый контур нервных клеток (схема внизу), после чего сигнал поступает на мотонейроны спинного мозга. На следующем этапе активируются мотонейроны спинного мозга, запускающие сокращение дыхательных мышц. На работу данной системы значительное влияние оказывают хеморецепторы кислорода и углекислого газа
На нейроны-пейсмекеры, генераторы дыхательного ритма, мощно воздействуют сигналы из внутренней среды организма, прежде всего это информация о химическом составе крови от хеморецепторов. Речь идет о таких колоссально важных показателях, как уровень кислорода и концентрация углекислого газа в плазме. Кроме того, на нейросети, обеспечивающие вдох, влияют общий уровень бодрствования (достаточно нам проснуться – и частота дыхания повышается до 16–20 раз в минуту), эмоции, стресс, боль, температура тела.
Возможен и произвольный контроль процесса дыхания, поскольку вдохом-выдохом занимаются вполне стандартные мотонейроны, а не вегетативные нервные клетки. Сюда природа нам «разрешила» влезать, не опасаясь, что мы чего-нибудь натворим. Если работой сердца мы не можем управлять, то диафрагмой и межреберными мышцами – запросто: захотел – вдохнул, захотел – выдохнул. Это играет важную роль для того, чтобы говорить: наша речь, произнесения фонем основаны на непрерывной и сложной работе с дыханием.
Но, как вы уже знаете, в действительности все несколько сложнее. Например, вдох – это довольно длительный процесс, мы вдыхаем примерно полсекунды или даже секунду. А нейроны-пейсмекеры выдают импульсы очень короткое время – раз, и все дружно отработали за 5–10 миллисекунд. Как этот короткий залп превратить в длинный вдох? Для этого в дыхательном центре есть специальные замкнутые контуры из нервных клеток. Когда пейсмекеры в этот контур вбрасывают импульсы, разряды нейронов зацикливаются, и дальше возбуждение может некоторое время существовать внутри контура (см. рис. 10.3, схема внизу). Параллельно оно «сбрасывается» на спинной мозг, и вдох длится, длится и длится. Иными словами, наличие такого инспираторного контура дает возможность оказывать на мотонейроны шейных и грудных сегментов стабильное активирующее действие. Ситуация циркуляции информации в цепочке нейронов, по сути, – простейший пример формирования и сохранения памяти. Работа именно этих нейронов, зацикливающих импульсы пейсмекеров, затем тормозится сигналами от растянувшихся легких. В итоге вдох прекращается и начинается выдох.
Разберемся теперь, зачем организму реагировать на концентрацию углекислого газа в крови. CO2 в большом количестве появляется в нашем организме прежде всего при физической нагрузке. Например, кто-то начал активно приседать, отжиматься или бодро подниматься по лестнице на 15 этаж. Мышцы при этом потребляют кислород, выделяют углекислый газ, и, чтобы не задохнуться, человеку необходимо дышать чаще и глубже. Информация о концентрации углекислого газа в крови снимается непосредственно нейронами продолговатого мозга. В состав инспираторных центров входят клетки-хеморецепторы, которые анализируют, сколько в крови CO2, и при его избытке дыхание становится интенсивнее в 10–15, а то и 20 раз. То есть пейсмекеры начинают генерировать импульсы с меньшим временным интервалом (частота дыхания при этом может доходить до 30–40 раз в минуту). Одновременно инспираторные контуры, удлиняющие вдох, оказываются более возбужденными, и торможение их активности происходит при более
