МІНІСТЕРСТВО ОХОРОНИ ЗДОРОВ'Я УКРАЇНИ

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ МЕДИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ФІЗІОЛОГІЇ

ЛЕКЦІЇ З ФІЗІОЛОГІЇ

Для студентів фармацевтичного факультету

Затверджено на методичній нараді

кафедри 31.08.20р.

Протокол № _1__.

Зав. кафедри: з.д.н.т.Украіни, д.мед.н.,

професор __________ О.А. Шандра

Одеса - 2020

ТЕМА 1. Введення в курс фізіології. Збудливі тканини. Біопотенціали. Фізіологія м’язів та нервів. Особливості функціонування м’язів щелепно-лицевої області

План лекції.

1. Предмет фізіології та її завдання.

2. Історія розвитку фізіології.

3. Методи дослідження.

4. Біологічна характеристика живого організму.

5. Основні фізіологічні реакції живого організму.

Фізіологія належить до біологічних дисциплін. Вона вивчає функції живого організму, фізіологічних систем, органів, клітин і окремих клітинних структур, а також механізми регуляції цих функцій. Предметом вивчення фізіології є функції живого організму, їх зв’язок між собою, регуляція і пристосування до зовнішнього середовища, їх походження і становлення у процесі еволюції та індивідуального розвитку особини. Фізіологія розглядає функції організму у взаємозв’язку і з урахуванням впливу на них факторів зовнішнього середовища.

За І. П. Павловим, «завдання фізіології полягає у розумінні роботи машини людського організму, визначенні значення кожної її частини, зрозуміти, як ці частини зв’язані між собою, як вони взаємодіють і яким чином з їхньої взаємодії виходить валовий результат – загальна робота організму».

Фізіологічна функція (діяльність) – це прояви життєдіяльності організму і його частин, які мають пристосувальне значення і спрямовані на досягнення корисного результату. В основі функції лежить обмін речовин, енергії та інформації. Функція кожного органу знаходиться у тісному зв’язку з функціями інших органів і систем, а весь комплекс регуляторних механізмів забезпечує не тільки взаємодію всередині організму, але й пристосування організму як цілого до мінливих фізико-хімічних і соціальних умов зовнішнього середовища.

Фізіологія тісно зв’язана з дисциплінами морфологічного профілю – анатомією, цитологією, гістологією. Без знання морфологічної будови клітин, тканин, органів і систем органів неможливо глибоко розуміти їхню функцію – структура і функції тісно пов’язані між собою, взаємно обумовлюють один одного.

Фізіологія пройшла довгий шлях розвитку. Як і інші науки, вона виникла з потреб медицини – неможливо лікувати людину, не знаючи, як функціонують окремі органи і системи її організму та організм у цілому. Початкові уявлення про функції організму були сформульовані лікарями і вченими Древньої Греції – Гіппократом (460–377 рр. до н. е.), Аристотелем (384–322 рр до н. е.), Древнього Риму – Галеном (201–131 рр. до н. е.), Древнього Китаю, Індії та інших країн. В епоху Відродження почали розвиватися науки, великого значення почали надавати експериментам та особливо спостереженню. Народження наукової фізіології, заснованої на експериментах та спостереженні, відноситься до початку XVIII ст. і пов’язане з ім’ям англійського лікаря, анатома і фізіолога У. Гарвея (1578–1657). У 1628 р. була опублікована його робота «Анатомическое исследование о движении сердца и крови у животных», в якій У. Гарвей описав велике коло кровообігу. М. Мальпігі (1628–1694), використовуючи мікроскоп, показав, що артерії і вени з’єднуються між собою малими судинами – капілярами. Завдяки наявності капілярів в організмі людини і тварин утворилось замкнене коло кровоносних судин. Велике значення для розвитку фізіології мало відкриття рефлексу французьким філософом, математиком і фізіологом Рене Декартом (1596–1650) у першій половині ХVII ст. Значну роль у розвитку фізіології зіграли успіхи фізики і хімії у ХVII ст., і особливо у ХVIIІ столітті. Вони значно змінили релігійні уявлення про життєві процеси, які відбуваються в організмі; у цей період також з’являється і починає розвиватись метафізичний напрямок. Він виник тому, що явища і предмети розглядалися ізольовано один від одного, не в динаміці, а у спокої.

Значного удару метафізичні погляди зазнали у ХVIIІ–ХІХ століттях, коли сталися великі відкриття, що затвердили ідею загального зв’язку і розвитку всіх компонентів природи: М. В. Ломоносов (1748) – закон збереження речовин і перетворення енергії; клітинна теорія (1834, Горянінов П. Ф., 1838, Шванн, Шлейден); еволюційне вчення Ч. Дарвіна (1859). Філософське значення цих відкриттів полягає у тому, що вони є природно-науковим обґрунтуванням діалектико-матеріалістичного погляду на природу.

Особливого розквіту фізіологія досягла у ХІХ і ХХ ст.: К. Бернар (1813–1878) – роль нервової системи у регуляції тонусу кровоносних судин і вуглеводного обміну; Е. Дюбуа-Раймон (1818–1878) – один із засновників електрофізіології; Ч. Шеррінгтон (1855–1949) – дослідження у галузі центральної нервової системи (провідні шляхи спинного мозку та ін.); У. Кеннон (1871–1954) – дослідження в області фізіології вегетативних систем.

Велику роль у розвитку вітчизняної і світової науки зіграв І. М. Сєченов (1829–1905): він уперше виокремив і проаналізував розчинені у крові гази, став засновником фізіології праці, збагатив відкриттями фізіологію центральної нервової системи (ЦНС), рефлекторну теорію та багато іншого.

Павлов І. П. (1849–1936) – дослідження з питань регуляції кровообігу, фізіології травлення, засновник нового розділу фізіології – вчення про вищу нервову діяльність, розробник методу умовних рефлексів та багато ін. Ідеї І. П. Павлова продовжували розвивати його учні: К. М. Биков – роль кори великих півкуль у діяльності внутрішніх органів; В. М. Черніговський – дослідження умовно-рефлекторних механізмів діяльності мозку.

Праці А. В. Лебединського, В. В. Паріна, О. Г. Газенко склали фундамент космічної фізіології і медицини. Значний вклад у розробку теорії і практики рухової діяльності внесли Н. К. Бернштейн, А. М. Крестовніков, М. В. Зимкин, В. С. Фарфель, А. В. Коробков.

Сучасна фізіологія отримала нові технічні можливості для проведення фізіологічних експериментів: стала можливою одночасна реєстрація багатьох функцій і комплексне їх дослідження, удосконалюється телеметрія (реєстрація функцій при вільній поведінці людини і тварин), з’явилося багато нових методик.

Методи фізіологічних досліджень. Фізіологія – наука експериментальна; існує два основних методи фізіологічних досліджень – спостереження і експеримент. Спостереження дозволяє прослідкувати за роботою органа, оцінити якісні зміни, але не дає можливості зробити кількісну оцінку. Спостереження може проводитися з використанням технічних засобів і без використання технічних засобів, але в обох випадках не відбувається втручання у діяльність організму. Наприклад, за роботою серця можна спостерігати шляхом реєстрації частоти серцевих скорочень за допомогою пульсометра – це спостереження з використанням технічних засобів; можна також оцінювати роботу серця, спостерігаючи, як здіймається грудна клітка – це спостереження без використання технічних засобів.

Головна відмінність експерименту від спостереження полягає в тому, що при проведенні експерименту відбувається втручання у діяльність організму, експеримент ніколи не ставиться на людях. Експеримент може бути гострим і хронічним. Недоліки гострих експериментів: у результаті проведення гострого експерименту піддослідна тварина гине (наприклад, дослідження властивостей серцевого м’язу на ізольованому серці); при проведенні гострого експерименту змінюються умови функціонування досліджуваної структури, відповідно змінюються функції, тобто експериментатор не отримує дійсних показників.

Знання фізіологічних закономірностей, кількісних характеристик різних фізіологічних процесів і взаємовідносин між ними на тлі вдосконалення комп’ютерних програм дозволило створити математичні моделі. За допомогою таких моделей фізіологічні процеси відтворюють на комп’ютерах, досліджуючи різні варіанти реакцій, тобто можливі зміни функції при різних впливах на цю структуру.

Загальні фізіологічні властивості та закономірності життєвих процесів

Організм людини – цілісна відкрита жива система, здатна до самовідтворення, яка саморегулюється, реагує на зміни зовнішнього та внутрішнього середовища, має автономну систему регуляції та управління функціями. Організм людини знаходиться під постійною дією багатьох факторів зовнішнього середовища. Він пристосовується до мінливих умов зовнішнього середовища, в результаті чого встановлюється динамічна рівновага між організмом та зовнішнім середовищем. Порушення цієї рівноваги призводить до розвитку хвороб. Фактори зовнішнього середовища, що впливають на організм людини, поділяються на абіотичні (фактори неживої природи) та біотичні (фактори живої природи). Безперервний обмін речовин і енергії з зовнішнім середовищем є найбільш постійною і суттєвою ознакою життя. Обмін речовин (метаболізм) являє собою єдність протилежних процесів – асиміляції та дисиміляції. Асиміляція – засвоєння речовин, побудова живих структур організму, процеси асиміляції відбуваються з витрачанням енергії. Сукупність процесів розпаду сполук, що відбуваються з вивільненням енергії – дисиміляція.

Організм може існувати тільки в тому випадку, коли він на зміни зовнішнього середовища відповідає певними пристосувальними реакціями, що спрямовані на збереження відносної сталості його внутрішнього середовища (гомеостазу). До внутрішнього середовища організму належать кров, лімфа і тканинна рідина. Гомеостаз – відносна сталість внутрішнього середовища організму. Гомеостаз характеризує динамічну сталість у підтриманні різноманітних біологічних констант організму. Біологічні константи організму – це стійкі кількісні показники, що характеризують нормальну життєдіяльність організму: хімічний склад внутрішнього середовища, склад крові, рівень цукру в крові, тиск крові, температура тіла тощо. Від складу і властивостей внутрішнього середовища організму залежать збудливість органів і тканин, їх чутливість до подразників, склад внутрішнього середовища організму впливає на трофіку клітин, органів і тканин. Отже, внутрішнє середовище визначає всі життєві прояви організму, його рефлекторну діяльність.

Сталість внутрішнього середовища організму є не постійною, а відносною, оскільки в процесі життєдіяльності виникають умови, що змінюють її. Існують механізми, що забезпечують саморегуляцію складу і властивостей внутрішнього середовища організму, тобто підтримують гомеостаз. Гомеостатичні реакції організму носять пристосувальний характер. Основним механізмом підтримання сталості внутрішнього середовища, показників діяльності різних систем організму, є саморегуляція функцій. Функціональні можливості механізмів підтримання сталості внутрішнього середовища не безкінечні. При тривалому перебуванні організму у несприятливих умовах може відбутися порушення гомеостазу, несумісне з життям. Так, при значному підвищенні або зниженні температури зовнішнього середовища може розвинутися перегрівання або переохолодження організму, що призведе до смерті.

Активність тварин і людини проявляється у вигляді функцій і фізіологічних актів.

Функція – це специфічна діяльність диференційованих клітин, тканин, органів організму. Функцією м’яза є скорочення, залозистих клітин – утворення секрету, нервових клітин – генерування і передача нервових імпульсів. Шляхом зміни функцій організм пристосовується до зовнішнього середовища, до умов існування. Усі функції поділяються на соматичні і вегетативні. Соматичні функції здійснюються за рахунок діяльності скелетних м’язів, які іннервуються соматичною нервовою системою. Вегетативні функції пов’язані з обміном речовин, процесами кровообігу, дихання, травлення, виділення, росту і розмноження. Ці функції здійснюються за рахунок роботи внутрішніх органів, діяльність яких регулюється вегетативною нервовою системою.

Фізіологічний акт – це складний процес, що здійснюється за участю різних фізіологічних систем організму. Розрізняють фізіологічні акти дихання, травлення, виділення, руху та ін.

Загальною властивістю живої матерії є подразливість. Подразники (фізичні, хімічні, фізико-хімічні) викликають подразнення за певних умов (сила, тривалість дії подразника, рівень збудливості живої тканини). Усі живі тканини збудливі. Збудливість – це здатність живої системи (клітини, тканини, органа, цілого організму) відповідати на дію подразників зміною рівня фізіологічної активності. Рівень специфічних реакцій-відповідей різний. Найбільшою специфічністю відрізняються реакції нервової, м’язової, залозистих тканин. Нервова і м’язова тканини відповідають на дію подразників специфічним фізіологічним процесом – збудженням. Збудження – це форма реакції-відповіді живої тканини на дію подразників зовнішнього або внутрішнього середовища. Суттю збудження є зміна інтенсивності процесів життєдіяльності у клітинах збудливих тканин. Для нервової тканини процес збудження – основна форма прояву життєдіяльності. Для м’язової і залозистої тканин збудження лише початковий етап їх специфічної діяльності. Міра збудливості визначається мінімальною силою подразника, яка здатна викликати збудження. Це порогова сила, або поріг подразнення. Збудливість буде тим вищою, чим нижче поріг подразнення. Найбільш висока збудливість рецепторів до адекватних подразників, тобто до подразників, які стали специфічними для цього рецептора (наприклад, звук для слухових рецепторів). Адекватні подразники – це подразники, які діють у природних умовах існування організму на строго відповідні рецептори і збуджують їх. Неадекватні подразники у звичайних, природних умовах не діють на ці рецептори, але при достатньо великій силі та тривалості дії можуть викликати збудження у цих рецепторах – наприклад, відчуття світла або звуку (дзвін у вухах) може виникнути при дії механічних (удар по голові) подразників, а не світлових променів або звукових коливань. Допороговий подразник – це подразник такої сили, яка не викликає подразнення, але обумовлює виникнення фізико-хімічних зрушень, недостатніх для виникнення збудження. Подразник мінімальної сили, здатний викликати реакцію-відповідь, називається пороговим подразником; надпороговий подразник – це подразник, сила дії якого вища, ніж сила дії порогового подразника.

Характер фізіологічних реакцій, їх відповідність мінливим умовам зовнішнього середовища закріплюється у генотипній програмі, стає «реалізованою для себе» формою інформації із зовнішнього середовища.

ТЕМА 2. Загальні принципи біологічної регуляції. Збудження та гальмування в ЦНС.

План лекції

1.Нейрони ЦНС

2. Процеси гальмування і збудження в синапсах

3. Електричні та хімічні явища у рецепторах

ПРОЦЕСИ ГАЛЬМУВАННЯ І ЗБУДЖЕННЯ В СИНАПСАХ

Пряме і непряме гальмування

Гальмування в ЦНС може бути пост- або пресинаптичним. ІІостсинаптичне гальмування під час виникнення ГПСП називають прямим, оскільки воно не спричинене попереднім розрядом пресинаптичного нейрона. Крім того, бувають різні форми непрямого гальмування, тобто гальмування, зумовленого дією попереднього розряду постсинаптичного нейрона. Наприклад, постсинаптична клітина може бути рефрактерною стосовно збудження, тому що в ній збудження щойно відбулось, і вона перебуває в періоді рефрактерності. Під час слідової гіперполяризації клітина теж мало збудлива. Однак у нейронах спинного мозку, зокрема після повторних збуджень, ця гіперполяризація може бути значною і довготривалою.

Постсинаптичне гальмування в спинному мозку

Різні шляхи в нервовій системі, відомі як шляхи, що зумовлюють постсинаптичне гальмування, проте один з типових прикладів наведемо тут. Аферентні волокна, що проходять від м'язових веретен (рецептори розтягування) скелетного м'яза, як відомо, прямують безпосередньо до мотонейронів спинного мозку, які іннервують цей м'яз. Імпульси цього аферента спричинюють ЗПСП внаслідок сумації, поширення відповіді пост-синаптичними мотонейронами. Одночасно в мотонейронах, що іннервують м'язи-антагоністи, виникають ГПСП. Остання реакція забезпечена гілками аферентних волокон, що закінчуються на пляшкоподібних нейронах Ґольджі. Ці інтернейрони, відповідно, виділяють гальмівний трансмітер гліцин у синапсах на проксимальних дендритах або клітинних тілах мотонейронів, що іннервують м'язи-антагоністи. Отже, активність в аферентних волокнах, що проходить від м'язових веретен, збуджує мотонейрони, які іннервують м'язи. Імпульси від цих м'язів надходять до спинного мозку й інгібують нейрони, що іннервують м'язи-антагоністи (реципрокна іннервація).

Пресинаптичне гальмування і збудження

Іншим типом гальмування в ЦНС є пресинаптичне гальмування — процес, що відбувається в нейронах, які закінчуються збуджувальними закінченнями з утворенням аксо-аксонних синапсів. Описано три механізми пресинаптичного гальмування. Спершу активування пресинаптичних рецепторів підвищує вихід назовні СІ, що, як уже зазначено, зумовлює зниження рівня потенціалів дії, які надходять до збуджувальних закінчень. Це зменшує надходження Са2+, відповідно, послаблюється вивільнення збуджувального трансмітера. Крім того, потенціалозалежні К+-канали відкриваються, і К+ теж зменшує надходження Са2+. Врешті, є змога прямо гальмувати вивільнення трансмітера незалежно від надходження Са2+ в збуджувальне закінчення.

Першим трансмітером, що, як виявилося, зумовлює пресинаптичне гальмування, є ГАМК. Діючи через ГАМК - рецептори, ГАМК підвищує активність СІ. ГАМКА-рецептори, що теж наявні в спинному мозку, опосередковують підвищення провідності К+. Баклофен - антагоніст ГАМКВ - ефективний у разі еластичності, що виникає внаслідок ушкодження спинного мозку, і у випадку розсіяного склерозу, зокрема, у разі інтратекального введення за допомогою імплантованої помпи. Інші трансмітери теж зумовлюють пресинаптичне гальмування шляхом G-білок-опосередкованої дії на Са2+- і К+-канали.

І навпаки, у разі пролонгованого потенціалу дії виникає пресинаптичие збудження, і Са2+-канали відкриваються на триваліший час. Молекулярні механізми, що забезпечують пресинаптичне збудження і які опосередковують серотоніном, детально вивчені на морських слимаках Аріухіа. Виділення в аксо-аксонних закінченнях серотоніну зумовлює збільшення внутрішньоклітинної концентрації циклічного АМФ, і наступне фосфорилюван-ня одного з видів К+-каналів зумовлює закриття цих каналів, сповільнюючи реполяризацію і пролонгуючи потенціал дії.

Сумація і оклюзія

Взаємодія між збуджувальними і гальмівними впливами в синаптичних контактах нервової мережі відображає інтегрувальну і модулювальну діяльність нервової системи.

У гіпотетичній нервовій мережі нейрони А і В конвергують на X, а нейрон В дивергує на X і Y. Подразнення А або В зумовлює виникнення ЗПСП в X. Якщо А і В подразнені одночасно і виникають потенціали дії, то в X виникають дві ділянки деполяризації і відбувається сумація їхньої дії. Унаслідок цього ЗПСП в X буде вдвічі більшим, ніж у разі окремого подразнення А або В, і потенціал в X з легкістю досягає критичного рівня деполяризації. Ефект деполяризації, зумовлений імпульсами в А, підсилює імпульси, що спричинюють активність у В, і навпаки; отже, виникає просторове підсилення. В цьому випадку Y не збуджується, проте його збудливість підвищена, і в ньому легше виникне ЗПСП за умови активності нейрона С. Отже, Y, як кажуть, перебуває в підпороговому стані стосовно X.

Загалом нейрони перебувають у підпороговому стані, якщо без впливу аферентних імпульсів (тобто поза зоною розряду), у них підвищена збудливість. Нейрони, що мають на собі декілька активних пухирцеподібних закінчень, перебувають у підпороговому стані, а ці, що мають їх багато - у зоні розряду. Гальмівні імпульси зумовлюють подібне часове та просторове підсилення й ефект підпорогового стану.

Якщо в нейроні В потенціали дії виникають один за одним, то X і У збуджуються внаслідок часової сумації утворених ЗПСП. Якщо С подразнено декілька разів, то Y і Z теж збуджуються. Якщо В і С збуджуються повторно в цей же час, то розряд буде виникати в X, Y і Z. Отже, відповідь на одночасне подразнення В і С не є більшою, ніж сума відповідей на окремі подразнення В і С, оскільки В і С закінчуються на нейроні Y. Таке зниження рівня очікуваної відповіді, що відбувається в разі подразнення пресинаптичних волокон, називають оклюзією.

Збуджувальний і гальмівний підпорогові ефекти, а також явище оклюзії можуть значно впливати на провідність імпульсів у кожному конкретному шляху. Внаслідок цих впливів часові характеристики під час проходження імпульсів з периферії до головного мозку через низку синапсів змінюються. Ці явища можуть теж пояснювати такий важливий феномен, як передавання відчуття болю.

Нейромодуляція.

Термін модуляція у фізіології часто трактують настільки вільно, що його визначення мало інформує про цю функцію. Однак у нейробіології термін нейромодуляція використовують для чіткого означення несинаптичної дії речовин на нейрони, що змінює їхню чутливість до синаптичного збудження або гальмування. Нейромодуляція здебільшого зумовлена дією нейропептидів і циркулювальних стероїдів, а також стероїдів, що продукуються в нервовій системі (нейростероїди).

Рецептори

Клонування й інші відповідні сучасні молекулярно-біологічні методи дослідження дали змогу зробити важливі відкриття стосовно структури і функції рецепторів нервових трансмітерів та інших хімічних посередників. Окремі рецептори разом з лігандами описано далі в цьому розділі. Проте виникають п'ять питань, які треба з'ясувати передусім.

По-перше, детальне дослідження на сучасному рівні допомогло виявити, що для кожного ліґанда є багато підтипів рецепторів. Наприклад, норадреналін діє на α1- і α2-рецептори, і ще клоновано по три їхні підтипи. Крім того, є β1-, β2- і β3-рецептори. Очевидно, це помножує і робить вибірковішим можливі впливи в певній клітині конкретного ліганду.

По-друге, у багатьох трансмітерів рецептори розміщені як у постсинаптичній, так і в пресинаптичній частинах. Такі пресинаптичні рецептори, або авторецептори, часто гальмують подальшу секрецію ліганду, забезпечуючи регулювання шляхом зворотного зв'язку. Наприклад, норадреналін діє на пресинаптичний а2-рецептор, гальмуючи секрецію норадреналіну. Проте авторецептори можуть теж збуджувати виділення нервових трансмітерів.

По-третє, незважаючи на те, що лігандів і підтипів рецепторів для кожного з них багато, рецептори можна об'єднувати у великі родини відповідно до їхньої функції і структури. Багато з них є серпентиновими рецепторами, що діють через G-білки і протеїнкінази, інші - йонними каналами. Зазначимо, однак, що таблиця дуже спрощена. Наприклад, активування α2-рецепторів зумовлює зменшення внутрішньоклітинної концентрації цАМФ, утім, вірогідно, що G-білки, активовані пресинаптичними α2-рецепторами, безпосередньо діють на Са2+-канали, зумовлюючи гальмування виділення норадреналіну шляхом зменшення надходження Са2+.

По-четверте, рецептори концентруються в постсинап-тичних структурах поблизу закінчень нейронів, які продукують специфічні для них нейротрансмітери. Це головно зумовлене наявністю специфічно зв'язувальних білків. Для нікотиноподібних ацетилхолінових рецепторів нервово-м'язового закінчення таким білком є рапсин, а для глютамінергічних рецепторів цю функцію виконують представники родини РВ2-зв'язувальних білків. ГАМКА-рецептори зв'язані з білком гефірином, що теж зв'язує і гліцинові рецептори. ГАМКC-рецептори зв'язані з цитоскелетом сітківки за допомогою білка МАР-1В.

По-п'яте, тривале зв'язування з лігандом робить більшість рецепторів несприйнятливими, тобто настає десенсибілізація. Є два типи десенсибілізації: гомологічна десенсибілізація, що супроводжується втратою сприйнятливості стосовно якогось певного ліганду і збереженням чутливості клітини до інших лігандів, і гетерологічна десенсибілізація, за якої клітина стає несприйнятливою до всіх лігандів. Десенсибілізація, що виникає в β-адренергічних рецепторах, вивчена особливо детально. У разі однієї з форм такої десенсибілізації відбувається фосфорилювання карбоксильної кінцевої ділянки рецептора специфічною кіназою β-адренергічного рецептора (β-АКК) за участю іншого білка - β-арестину. Бетаарестин зв'язується теж з клатрином - речовиною, що активує рецептор-залежний ендоцитоз. Крім того, десенсибілізація β-адренергічного рецептора може відбуватися шляхом фосфори-лювання в карбоксильній кінцевій ділянці за допомогою РКА. Інтерналізація β-адренергічних рецепторів веде до посилення деградації мРНК рецептора, унаслідок чого кількість рецепторів зменшується (регулювання пригнічення).

Синтез ацетилхоліну

Ацетилхолін синтезується в реакції холіну з ацетатом. Холін - це важливий амін, який теж є попередником мембранних фосфоліпідів - фосфатидилхоліну і сфінгомієліну, сигнальних фосфоліпідів тромбоцитарного акти-вувального фактора і сфінгозилфосфорилхоліну. Холін активно поглинають холінергічні нейрони за допомогою транспортера, він також синтезується в нейронах. Ацетат активується шляхом сполучення ацетатних груп з відновленим коензимом А. Реакцію між активованим ацетатом (ацетилкоензим А, ацетил КоА) і холіном каталізує ензим холінацетилтрансфераза. Цей ензим у високій концентрації міститься в цитоплазмі холінергічних нервових закінчень. Його локалізація настільки специфічна, що наявність цього ензиму у високій концентрації в певній нервовій ділянці є свідченням, що синапси в цій ділянці належать до холінергічних. Ацетилхолін потрапляє в синаптичні пухирці за допомогою пухирцевого транспортера - VАСhТ.

Холінестерази

У разі реполяризації ацетилхолін повинен бути швидко видалений з синаптичної щілини. Це відбувається шляхом гідролізу ацетилхоліну з утворенням холіну й ацетату: цю реакцію каталізує ензим ацетилхолінестераза (інша назва справжня, або специфічна, холінестераза). Ацетилхолінестераза виявляє найвищу афінність стосовно ацетилхоліну, проте гідролізує й інші ефіри холіну.

В організмі є багато естераз. Одна з них, що міститься в плазмі, теж здатна гідролізувати ацетилхолін, хоч і відрізняється від ацетилхолінестерази. Цей ензим названо псевдохолінестеразою, або неспецифічною холінестеразою. Псевдохолінестераза плазми частково регульована гуморальне, а також перебуває під впливом функційних змін у печінці. З іншого боку, молекули специфічної холін-естерази утворюють кластери в постсинаптичній мембрані холінергічних синапсів. Естераза кодована одним геном, однак завдяки альтернативному з'єднанню різних мРНК утворюються дві каталітичні одиниці: одна з них фіксується до клітинної мембрани за допомогою гліколіпідів, а інша має колагеновий хвіст. Гідроліз ацетилхоліну відбувається швидко, що пояснює зміни в провідності Nа+ і явища електричної активності під час синаптичної провідності.

Ацетилхолінові рецептори

Традиційно ацетилхолінові рецептори поділяють на два головні типи, які відрізняються за фармакологічними властивостями. Мускарин - це токсичний алкалоїд отруйних грибів: він лише незначно впливає на рецептори в автономних вузлах, проте повністю імітує стимулювальну дію ацетилхоліну на гладкі м'язи і залози. Тому цю дію ацетилхоліну називають мускариноподібною дією, а відповідні рецептори - мускариноподібними холінорецепторами. Цій дії запобігає атропін, що блокує мускариноподібні рецептори. В симпатичних вузлах невеликі кількості ацетилхоліну стимулюють постгангліонарні нейрони, а великі кількості блокують проходження імпульсів з пре- на постгангліонарні нейрони. Такого типу вплив усуває атропін, проте його відтворює нікотин. Ця дія ацетилхоліну названа нікотиноподібною, а відповідні рецептори - нікотиноподібними холінорецепторами. Нікотиноподібні рецептори поділяють на ті, що містяться в нервово-м'язових контактах, і ті, що містяться в автономних вузлах та центральній нервовій системі. Як мускарино-, так і нікотиноподібні рецептори у великих кількостях є в головному мозку.

Нікотиноподібні холінорецептори належать до родини лігандозалежних ионних каналів, у складі якої є теж ГАМКА, гліцинові рецептори та деякі глютамінові рецептори. Вони утворені багатьма субодиницями, що кодовані різними генами. Кожен нікотиноподібний холінорецептор складається з п'яти субодиниць, що утворюють центральний канал, який у разі активування рецептора проводить Nа+ або інші катіони. Ці п'ять субодиниць належать до набору, що складається з 16 відомих субодиниць: α1-α9, β2-β5, γ та δ, кодованих 16 різними генами. Деякі рецептори є гомомерними, тобто містять, наприклад, п'ять α7-субодиниць, проте більшість — гетеромерні. Нікотиноподібний рецептор м'язового типу, виявлений у плоду, утворений двома α1-субодиницями, β1-субодиницею, γ-субодиницею і δ-субодиницею. У дорослих ссавців δ-субодиниця заміщена ε-субодиницею, яка зменшує тривалість часу, протягом якого канал відкритий, проте збільшує його провідність. Нікотиноподібні холінорецеп-тори автономних вузлів є гетеромерами, що містять переважно α3-субодиниці, які комбінуються з іншими субодиницями, а нікотиноподібні рецептори головного мозку утворені багатьма різними субодиницями. Велика кількість нікотиноподібних холінорецепторів у головному мозку розміщені пресинаптично, на аксонних закінченнях, що продукують глютамін, і вони підсилюють вивільнення цього трансмітера. Проте інші займають постсинаптичне положення. Деякі містяться в позанейронних структурах, а окремі, ймовірно, навіть в інтерстиційній рідині, тобто займають перисинаптиче положення.

На кожній α-субодиниці міститься сайт зв'язування ацетилхоліну, і коли молекула ацетилхоліну зв'язується із кожним з цих сайтів, то вони індукують зміну конфігурації білка, унаслідок чого цей канал відкривається, що зумовлює провідність Nа+ та інших катіонів, а надходження Nа+ приводить до виникнення деполяризаційного потенціалу. Важливою особливістю нейронних нікотиноподібних холінорецепторів є їхня висока проникність для Са2+, що може свідчити про їхню участь у процесах синаптичного збудження і навчання .

Мускариноподібні холінорецептори дуже відрізняються від нікотиноподібних. Клоновано п'ять типів цих рецепторів, що кодовані п'ятьма окремими генами. Характер М5-рецептора точно не з'ясований. Інші чотири — це серпантинові рецептори, зв'язані за допомогою G-білків з аденілатциклазою, К+-каналами або фосфоліпазою С. Номенклатура цих рецепторів ще не стандартизована. Рецептор М1 у великих кількостях міститься в головному мозку. Рецептор М2 виявлений у серці, рецептор М4 - у тканині панкреатичних ацинусів і панкреатичних острівців, де зумовлює підвищення секреції підшлункових ензимів та інсуліну. Рецептори М3 і М4 містяться в гладких м'язах.

Норадреналін і адреналін

Хімічним трансмітером у більшості симпатичних пост-гангліонарних закінчень є норадреналін. Він міститься в синаптичних пухирцях нейронів, які синтезують трансмітер і накопичують його в характерних невеликих пухирцях, що містять щільну гранулу (зернисті пухирці). Норадреналін і його метиловий похідний адреналін продукує мозкова речовина надниркової залози, однак адреналін не є трансмітером симпатичних постгангліонарних закінчень. Закінчення симпатичних постгангліонарних нейронів на гладких м'язах описані нижче; кожен нейрон має численні варикозні розширення вздовж аксонів, кожна з яких, очевидно, слугує місцем, де виділяється норадреналін. У головному мозку теж є норадреналіно-, дофаміно- і адреналінопродукувальні нейрони. Нейрони, що синтезують норадреналін, відповідно, називають норадренергічними нейронами, хоча теж використовують термін адренергічні нейрони. Очевидно, що для адреналінопродукувальних нейронів прийнятнішим є другий термін. Нейрони, що синтезують дрфамін, називають дофамінергічними нейронами.

Біосинтез і виділення катехоламінів

Головні катехоламіни організму — норадреналін, адреналін і дофамін — утворюються шляхом гідроксилювання і декарбоксилювання амінокислоти тирозину. Частина тирозину утворюється з фенілаланіну, проте більшість - харчового походження. Фенілаланінгідроксилаза міститься головно в печінці. Тирозин транспортується до нейронів, що синтезують катехоламіни, а також до клітин мозкової речовини надниркової залози завдяки концентраційному механізму. В цитоплазмі клітин тирозин перетворюється на диоксифенілаланш (ДОФА), а далі тирозингідроксилаза і ДОФА декарбоксилаза перетворюють його на дофамін. Декарбоксилаза, інша назва якої — декарбоксилаза ароматичних L-амінокислот, дуже подібна до 5-гідрокситрипто-фандекарбоксилази, проте, очевидно, не ідентична з нею. Далі дофамін проникає в зернисті пухирці, всередині яких дофамін β-гідроктилаза перетворює його на адреналін. У цій реакції вихідною речовиною є L-ДОФА, проте норадреналін, який утворюється, перебуває в D-конфігурації. Це саме так, незважаючи на те, що він обертає поляризоване світло ліворуч (-). Правообертальний (+) норадреналін набагато менше активний. Стадією, що лімітує швидкість реакції в цьому синтезі, є перетворення тирозину на ДОФА. Тирозингідроксилазу, що каталізує цю стадію, інгібує дофамін і норадреналін, таким способом відбувається внутрішнє регулювання процесу синтезу шляхом зворотного зв'язку. Кофактором тирозингідроксилази є тетрагідробіоптерин, який під час перетворення тирозину на ДОФА перетворюється на дигідробіоптерин.

Частина нейронів і клітини мозкової речовини надниркової залози містять цитоплазматичну фенілетаноламін-N-метилтрансферазу (РNMT - від англ. phenylethanolaminj-N-methyltransferasa), що каталізує перетворення норад-реналіну на адреналін. У цих клітинах норадреналін, очевидно, виходить з пухирців, перетворюється на адреналін і тоді проникає в інші пухирці, де накопичується.

У зернистих пухирцях норадреналін і адреналін зв'язуються з АТФ і приєднуються до хроматограніну А -білка, функція якого невідома. Великі зернисті пухирці деяких норадренергічних нейронів містять теж нейропептид Y. Хроматогранін А - це білок з молекулярною масою 49 кДа, що міститься у багатьох ендокринних та нейроендокринних клітинах і може відігравати важливу роль у секреції та накопиченні гормонів. У деяких тканинах виробляється подібний білок - хроматогранін В.

Кількість хроматограніну А в плазмі збільшується в хворих з різними пухлинами ендокринних органів.

Транспортування катехоламінів у зернисті пухирці виконують два пухирцеві транспортери, а це транспортування гальмує резерпін.

Катехоламіни виділяються з автономних нейронів і клітин мозкової речовини надниркової залози внаслідок екзоцитозу. Оскільки в зернистих пухирцях містяться теж не зв'язані з мембраною АТФ, хроматогранін А і дофамін β-гідроксилаза, то вони виділяються з пухирців разом з норадреналіном і адреналіном. Період півжиття дофамін β-гідроксилази, що циркулює, набагато довший, ніж період півжиття катехоламінів, а кількість цього циркулювального ензиму перебуває під впливом генетичних та інших факторів і, крім того, залежить від рівня активності симпатичної нервової системи. Очевидно, що рівень циркулювального хроматограніну А є ліпшим показником активності симпатичної нервової системи.

Катаболізм катехоламінів

Норадреналін, як і інші амінові та амінокислотні трансмітери, видаляється з синаптичної щілини шляхом зв'язування з пост- або пресинаптичними рецепторами, зворотного поглинання пресинаптичними нейронами або внаслідок катаболізму. Головним механізмом видалення норадреналіну є його зворотне поглинання, і цим частково пояснюють надмірну чутливість структур, що позбавлені симпатичного впливу внаслідок денервації.

Після перетинання норадренергічних нейронів їхні закінчення дегенерують і, відповідно, зворотне поглинання стає неможливим. Тому значна кількість норадреналіну, що надходить з інших джерел, має змогу стимулювати рецептори автономних ефекторних органів.

Адреналін і норадреналін метаболізуються шляхом окиснення і метилювання з утворенням біологічно неактивних продуктів. Окиснення каталізує моноаміноокси-даза (МАО), а метилювання — катехол-О-метилтрансфе-раза (КОМТ). МАО міститься на зовнішній поверхні мітохондрій.

Є дві ізоформи МАО: МАО-А та МАО-В, що відрізняються за субстратною специфічністю і чутливістю до фармакологічних засобів. Обидві ізоформи містяться в нейронах. МАО досить поширена, особливо значна її кількість є в нервових закінченнях, у яких продукуються катехоламіни. КОМТ теж поширена, особливо в печінці, нирках і гладких м'язах. У головному мозку вона міститься в клітинах глії, і лише невелика кількість - у постсинаптичних нейронах, а в пресинаптичних норадренергічних нейронах КОМТ взагалі не виявлена. Отже, є два різні шляхи метаболізму катехоламінів.

Позаклітинні адреналін і норадреналін здебільшого О-метильовані, і вимірювання концентрації О-метильованих похідних (норметанефрину і метанефрину в сечі) є важливим показником рівня секреції норепінефрину й епінеф-рину. О-метильовані похідні не виділяються, а переважно окиснюються, і в сечі найбільша кількість катехоламіно-вого метаболіту перебуває у вигляді З-метокси-4-гідрокси-манделової кислоти (ванілілманделова кислота, МГМК). Невеликі кількості О-метильованих похідних зв'язуються також з сульфатами і глюкуронідами.

У норадренергічних нервових закінченнях, з іншого боку, частину норадреналіну МАО постійно перетворює на фізіологічне неактивні деаміновані похідні — 3,4-дигідроксиманделову кислоту (ДГМК) і її відповідний гліколь (ДГФГ). Далі вони перетворюються на їхні повідні О-метилові похідні - МГМК та МГФГ.

Альфа- і бета-рецептори

Адреналін і норадреналін діють, відповідно, на α- і β-рецептори, оскільки норадреналін більше споріднені α-адренергічними рецепторами, а адреналін - з β-адренергічними. Як зазначено вище, α- і β-рецептори є типовими серпентиновими рецепторами, зв'язаними з G-білками, й існують у вигляді різних складних форм. Вони тісно пов'язані з клонованими рецепторами дофаміну і серотоніну, а також з мускариноподібними холінорецепторами.

Дофамін

У малих інтенсивно флуоресцентних (SIF- від ан; small intensely fluorescent) клітинах автономних вузлів і в деяких ділянках головного мозку синтез катехоламінів припиняється на утворенні дофаміну, і цей катехоламін слугує с наптичним трансмітером. Дофамін підлягає активному зворотному поглинанню за допомогою Nа+- і Сl-залежного транспортера. Його метаболізують МАО і КОМТ з утворенням неактивних компонентів, і відбувається це таким самим способом, як інактивація норадреналіну. ДОФОК і ГВК теж кон'югуються переважно із сульфатами.

Клоновано п'ять різних дофамінових рецепторів, окремі з них існують у вигляді складних форм. Усі вони зв'язані за допомогою G-білків з сімома трансмембранними доменами. Рецептори D1, та D5 зумовлюють збільшення концентрації цАМФ, проте вони по-різному розміщені в головному мозку. Рецептори D2, D3 та D5 зумовлюють зниження рівня цАМФ, і теж дещо відрізняються за розміщенням. Рецептор D4 більше, ніж інші дофамінові рецептори, споріднений з "атиповим" антипсихотичним засобом - клозапіном, який ефективний у разі шизофренії, однак має декілька екстрапірамідальних ефектів, як і більшість інших транквілізаторів. Крім того, як зазначено, кількість D4-рецепторів у головному мозку у випадку шизофренії збільшується в шість разів.

Серотонін

Серотонін (5-гідрокситриптамін, 5-НТ - від англ. 5-hydroxytryptamune) у високих концентраціях є в тромбоцитах і шлунково-кишковому тракті, де міститься в ентеро-хромафінних клітинах і м'язово-кишковому сплетенні. Менші кількості серотоніну виявлено в головному мозку і сітківці.

Утворюється серотонін в організмі шляхом гідро- і декарбоксилювання незамінної амінокислоти триптофану. У нормі гідроксилаза не насичується, і, відповідно, збільшення рівня надходження триптофану з їжею може призвести до збільшення вмісту серотоніну в головному мозку. Після виділення з серотонінергічних нейронів більша частина серотоніну повертається внаслідок активного зворотного поглинання, а також його інактивує МАО з утворенням 5-гідроксііндолацетатної кислоти (5-ГІАК). Ця речовина становить головний метаболіт серотоніну, який виділяється з сечею, тому визначення його кількості в сечі є показником швидкості метаболізму серотоніну в організмі. В шишкоподібній залозі серотонін перетворюється на мелатонін.

Кількість клонованих і характеризованих серотонінових рецепторів постійно збільшується. Відомі 5-НТ,-, 5-НТ2-, 5-НТ3-, 5-НТ4-, 5-НТ5-, 5-НТ6- і 5-НТ7-рецептори. В межах 5-НТ,-групи розрізняють 5-НТ1А-, 5-НТ1B-, 5-НТ1D, 5-НТ1E-, 5-НТ1F-підтипи. У 5-НТ2-групі виділяють 5-НТ2А-, 5-НТ2В-і 5-НТ2С (раніше відома як 5-НТ1C)-підтипи. Є два 5-НТ5-підтипи: 5-НТ5д та 5-НТ5В. Більша частина цих рецепторів зв'язана з G-білками і діє на аденілатциклазу і фосфоліпазу С. Рецептори 5-НТ3, як і нікотиноподібні холінорецептори, є йонними каналами. Деякі серотонінові рецептори пресинаптичні, а інші — постсинаптичні.

Рецептори 5-НТ2А опосередковують аґреґування тромбоцитів і скорочення гладких м'язів. Миші з нокаутом гена 5-НТ2А-рецепторів набирають масу внаслідок збільшення кількості споживання їжі, незважаючи на адекватне реагування на лептин, і досягають дивовижних розмірів. Рецептори 5-НТ3 містяться в шлунково-кишковому тракті, а також задньому полі і пов'язані з актом блювання. Рецептори 5-НТ, теж є в шлунково-кишковому тракті, де вони зумовлюють посилення секреції і перистальтики, і, крім того, у головному мозку. Рецептори 5-НТ6 та 5-НТ7 головного мозку містяться в межах лімбічної системи, а 5-НТ6 - виявляють високу афінність до антидепресантів.

Гістамін

Тіла гістамінергічних нейронів містяться в горбо-сосочкових ядрах задньої гіпоталамічної ділянки, а їхні аксони прямують до всіх відділів головного мозку, у тім числі до кори великого мозку і спинного мозку. Отже, гістамінергічна система подібна до норадренергічної, адренергічної, дофамінергічної і серотонінергічної в тому, що порівняно невелика кількість клітин цієї системи на жує зв'язки з усіма відділами ЦНС.

Гістамін міститься також у клітинах слизової оболонки шлунка та в гепариновмісних клітинах, які називають повними клітинами, і яких особливо багато в передній та задній частках гіпофіза.

Утворюється гістамін шляхом декарбоксилювання амінокислоти гістидину. Ензим, що каталізує цю стадію, відрізняється від декарбоксилаз L-ароматичних кислот, що декарбоксилюють 5-гідрокситриптофан і L-ДОФА. Гістамін перетворюється на метилгістамін або, альтернативне, на імідазолацетатну кислоту. Остання реакція в людини кількісно менш значна. Для неї більше придатний ензим діамінооксидаза (гістаміназа), ніж МАО, хоча МАО каталізує окиснення метилгістаміну до метилімілазолацетатної кислоти.

Відомі три типи гістамінових рецепторів: НІ; Н2 та Н3 (від англ. histamine), усі вони містяться як у периферійних тканинах, так і в головному мозку. Більшість, якщо не всі, Н3-рецептори пресинаптичні і зумовлюють гальмування виділення гістаміну та інших трансмітерів, діючи через G-білки. Рецептори H1 активують фосфоліпазу С, а Н2 -підвищують внутрішньоклітинну концентрацію цАМФ. Функція гістамінергічних систем головного мозку не з'ясована, проте відомо, що гістамін бере участь у процесах, пов'язаних зі спонуканням, мотивацією, статевою поведінкою, у регулюванні секреції окремих гормонів передньої частини гіпофіза, кров'яного тиску, приймання рідин і порога болю.

Збуджувальні амінокислоти:

глютамат і аспартат

Глютамат і аспартат деполяризують багато різних нейронів ссавців, безпосередньо впливаючи на їхні клітинні мембрани шляхом йонофорезу. Глютамат є головним збуджувальним трансмітером у головному і спинному мозку. Підраховано, що глютамат забезпечує 75% передавань збуджувального типу в межах головного мозку. Аспартат, ймовірно, є трансмітером у пірамідних і шипуватих зірчастих клітинах зорової кори, проте це детально не досліджено. Глютамат утворюється внаслідок відновного амінування проміжного продукту циклу Кребса - α-кетоглютарату, а аспартат - трансамінування проміжного продукту циклу Кребса - оксалоацетату. Обидві реакції зворотні, і подальший метаболізм відбувається в циклі лимонної кислоти. Як зазначено вище, гліаль-ні клітини і пресинаптичні нейрони знову поглинають глютамат за допомогою принаймні трьох різних транспортерів.

Є два типи глютамінових рецепторів: метаболотропні та йонотропні. Метаболотропні рецептори - це зв'язані з G-білками серпантинові рецептори, які зумовлюють збільшення кількості внутрішньоклітинних ІФ3 та ДАГ, або зменшення кількості внутрішньоклітинного цАМФ. Ідентифіковано 11 різних субодиниць цих рецепторів. Вони поширені в головному мозку і, очевидно, беруть участь у забезпеченні синаптичної пластичності, зокрема в морському конику і мозочку. Нокаут гена одного з цих рецепторів (однієї з форм mGluR 1), спричинює значні порушення координації рухів і просторового навчання.

Йонотропні рецептори - це ліґандозалежні йонні канали, близькі до нікотиноподібних холінорецепторів, а також до ГАМК і гліцинових рецепторів. Є три головні типи йонотропних рецепторів, назви яких подібні до назв споріднених з глютаматом сполук: каїна ті рецептори (каїнат - кислота, виділена з морських водоростей), АМПА-рецептори (рецептори для α-аміно-3-гідрокси-5-метил-4-ізоксазолпропріонату) і NMDA-рецептори (рецептори для N-метил-D-аспартату). Як і нікотинові, ГАМК та гліцинові йонотропні рецептори утворені багатьма субодиницями. Ідентифіковано чотири субодиниці АМПА-рецепторів, п'ять субодиниць каїнатних рецепторів і шість субодиниць NMDA-рецепторів; усіх їх кодують різні гени. Вважають, що ці рецептори мають пентамерну структуру, проте окремі з них можуть бути тетрамерами, наразі ж їхня стехіометрія не з'ясована.

Каїнатні і АМПА-рецептори - це прості йонні канали, які в разі відкривання забезпечують надходження Nа+ і зменшення К+. NМDА-рецептор теж є катіонним каналом. Він забезпечує проходження порівняно великих кількостей Са2+ і є унікальним у такому. По-перше, гліцин, що зв'язується з ним, підсилює його функцію. Вірогідно, що гліцин, необхідний для нормального реагування рецептора на глютамат. По-друге, зв'язування з глютаматом зумовлює відкривання каналу, проте в разі нормального мембранного потенціалу канал блокують йони Mg2+. Це блокування усувається лише у випадку, коли нейрон, що містить рецептор, частково деполяризується шляхом активування АМПА або інших каналів, які зумовлюють швидку деполяризацію іншими синаптичними ланцюгами. По-третє, фенциклідин і кетамін — засоби, що спричинюють амнезію і відчуття дисоціації з довкіллям, - зв'язуються з іншими сайтами каналу. Більшість глютамінергічних нейронів забезпечені АМПА- і NMDA-рецепторами. Каїнатні рецептори розміщені пресинаптично на ГАМК-продуктувальних нервових закінченнях і постсинаптично - в різних точках у межах головного мозку. Каїнатні і АМПА-рецептори містяться як у глії, так і в нейронах, а NМDА-рецептори, — ймовірно, лише в нейронах.

Висока концентрація NМDА-рецепторів виявлена в морському конику. Блокування цих рецепторів запобігає довготривалій потенціації — тривалому збудженню нервових шляхах, що виникає після короткого періоду високочастотного подразнення. Отже, ці рецептори можуть мати важливе значення для процесів пов'язаних з пам'яттю і навчанням.

Особливістю глютамату і деяких його синтетичних аналогів є те, що, діючи на тіла нервових клітин, вони мо проводити в клітину таку велику кількість Са2+, яка спричинить загибель клітини. Це дає змогу використовувати ці збуджувальні речовини шляхом мікроін'єкцій для дискретного руйнування тіл нервових клітин, уникаючи ушкодження суміжних аксонів.

Є багато доказів того, що збуджувальні речовини відіграють важливу роль в ушкодженні головного мозку у разі апоплексії. Усування глютамату з позаклітинної рідини головного мозку відбувається переважно за допомогою Na+-залежних поглинальних систем нейронів і глії. У випадку закупорення мозкової артерії клітини гостро ішемізованої ділянки гинуть, а клітини навколишньої частково ішемізованої ділянки можуть виживати, проте втрачають здатність утримували трансмембранний градієнт Na+, завдяки якому відбувається поглинання глютамату. Внаслідок цього глютамат накопичується в ПКР до рівня, що спричинює збуджувальне ушкодження і загибель клітин у ділянці навколо інфаркту (ішемічна півтінь).

Гальмівні амінокислоти:

гамма-аміномасляна кислота

Гамма-аміномасляна кислота (ГАМК, гамма-амінобутират) є головним гальмівним трансмітером у головному мозку, де забезпечує проведення приблизно в 20% синапсів ЦНС. ГАМК теж міститься в сітківці і є трансмітером, причетним до пресинаптичного гальмування.

ГАМК, що в рідинах організму перебуває у вигляді γ-амінобутирату, утворюється шляхом декарбоксилювання глютамату. Цю реакцію каталізує глюта-матдекарбоксилаза (GAD - від англ. decarboxylase) - ензим, що, як виявлено за допомoгою імуноцитохімічних методів, міститься в нервових закінченнях у багатьох частинах головного мозку. (ГАМК метаболізує переважно трансамінуванням до сукцинатного півальдегіду і далі перетворюється в циклі лимонної кислоти на сукцинат. Трансамінування каталізує ГАМК-трансаміназа (ГАМК-Т). Кофактором GAD і ГАМК-Т слугує піридоксаль фосфат - похідне піридоксину (вітамін В6). ГАМК активно поглинається за допомогою ГАМК-транспортера. Пухирцевий транспортер ГАМК забезпечує проникнення ГАМК усередину секреторних пухирців. Цей транспортер має 10 трансмембранних доменів, тоді як пухирцевий моноаміновий -12.

Автоімунна реакція до GAD і, як наслідок, нестача ГАМК, спричинюють синдром ригідності (SMS - від англ. stiff-maan syndrome), що супроводжується нестійкою, але прогресуючою м'язовою ригідністю і болісними м'язовими спазмами.

Цікаво, що GAD міститься теж у подібних до синаптичних пухирців структурах інсулінопродукувальних В-клітин підшлункової залози, і ГАМК може відігравати роль паракринового трансмітера в острівцях. Інсулінозалежний цукровий діабет (тип 1 діабету) - це автоімунне захворювання, яке характеризує деструкція В-клітин, а більша частина автоантитіл є антитілами до GАD. Однак SMS є рідкісним захворюванням, тоді як діабет типу 1 досить поширений, і не всі хворі SМS мають діабет типу 1. Отже, співвідношення цих двох захворювань не з'ясоване.

Описано три типи ГАМК-рецепторів: ГАМКA, ГАМКВ та ГАМКС. Рецептори ГАМКA і ГАМКВ поширені в ЦНС, тоді як у дорослих організмах хребетних ГАМКC-рецептори містяться майже винятково в сітківці; ГАМКA- і ГАМКC-рецептори - це йонні канали, утворені п'ятьма субодиницями, які оточують отвір, що характерно для будови нікотиноподібних холінорецепторів, а також багатьох глютамінових рецепторів. У конкретному випадку йоном, що проходить, є С1~.

Рецептори ГАМКВ - це метаболотропні рецептори, які зв'язані з гетеродимерними G-білками, що підвищують провідність К+-каналів, гальмують активність аденілатциклази і надходження Са2+. Збільшення надходжень Сl-, виходу К+ і зменшення надходжень Са2+ зумовлюють гіперполяризацію в нейронах з виникненням ГПСП. Характер опосередковування дії ГАМКB-рецептора G-білками в конкретному випадку унікальний, оскільки в цьому процесі переважно бере участь гетеродимер G-білка, а не його поодинока молекула.

Рецептори ГАМКС мають порівняно просту будову. Це пентамери, утворені трьома ρ-субодиницями, які поєднуються в різних комбінаціях. Рецептори ГАМКA теж є пентамерами, проте утворюються шляхом різного комбінування шести α-, чотирьох β-, чотирьох γ-, однієї δ- та однієї ε-субодиниць. Цим зумовлена значна різноманітність їхніх властивостей.

Гліцин

Впливом на NDMA-рецептори гліцин виявляє збуджувальний ефект у головному мозку. Втім, він теж бере участь у прямому гальмуванні, здебільшого у стовбурі головного і спинному мозку. Як і ГАМК, гліцин діє шляхом посилення провідності Сl-. Його антагоністом щодо цього є стрихнін. Клінічна картина конвульсій і м'язової гіперактивності, спричинених стрихніном, свідчить про важливість постсинаптичного гальмування для нормального функціонування нервової системи. Гліцинові рецептори, що зумовлюють гальмування - це Сl- -канали. Вони є пентамерами, що утворені двома субодиницями: ліґандозв'язувальною α-субодиницею і структуральною β-субодиницею. Нещодавно наведено вагомі докази стосовно наявності трьох видів нейронів, які беруть участь у прямому гальмуванні в спинному мозку: це нейрони, що виробляють гліцин; нейрони, що виробляють ГАМК; нейрони, що виробляють і гліцин, і ГАМК. Вірогідно, що нейрони, які виробляють лише гліцин, містять гліциновий транспортер GLYТ2; нейрони, які виробляють лише ГАМК, містять GАD; а нейрони, які виробляють і гліцин, і ГАМК, містять обидві ці речовини. Третій вид нейрона становить особливий інтерес, оскільки в нейронах, очевидно, гліцин і ГАМК містяться в одних і тих самих пухирцях.

У деяких осіб простежуються надмірно активні рефлекси переляку (гіперексплексія), і, принаймні в окремих випадках, у цьому разі виявлено заміни поодиноких амінокислот у складі гліцинових рецепторів.

Анестезія

Механізм дії головних анестетиків донедавна був таємницею. Однак нові дані свідчать, що не тільки алкоголь і барбітурати, а й інгаляційні анестетики діють на йонні канали, зокрема на ГАМКВ- і гліцинові рецептори, зумовлюючи посилення провідності Сl-.

Опіоїдні пептиди

У головному мозку і шлунково-кишковому тракті містяться рецептори, що зв'язують морфін. Дослідження ендогенних лігандів цих рецепторів дало змогу виявити два споріднені між собою пентапептиди, названі енкефалінами, які зв'язуються з цими опіоїдними рецепторами. Один з них містить метіонін (метенкефалін), а інший - лейцин (лейенкефалін). Ці, а також інші поліпептиди, що зв'язуються з опіоїдними рецепторами, називають опіоїдними пептидами. Енкефаліни містяться в нервових закінченнях у шлунково-кишковому тракті, а також у багатьох різних ділянках головного мозку і функціонують, очевидно, як синаптичні трансмітери. Вони є в драглистій речовині, і в разі введення в стовбур головного мозку виявляють знеболювальну дію. Енкефаліни також сповільнюють перистальтику кишок.

Як і інші невеликі пептиди, опіоїдні синтезуються в складі великої молекули-попередника. Ідентифіковано понад 20 активних опіоїдних пептидів. На відміну від інших пептидів, опіоїдні мають багато різних попередників. Кожен з них є у вигляді препроформи і проформи, від якої відщеплюється сигнальний пептид. Проенкефалін уперше виявлено в мозковій речовині надниркової залози, він теж є попередником метенкефаліну і лейенкефаліну в головному мозку. Кожна молекула проенкефаліну містить чотири метенкефаліни, один лейенкефалін, один октапептид і один гептапептид. Проопіомела-нокортин - велика молекула-попередник, виявлена в передній і проміжній частках гіпофіза і в головному мозку, - містить β-ендорфін - поліпептид, що складається з ЗІ амінокислотного залишка, в складі якого на NН2-кінці міститься мет-енкефалін. Утворюються й інші, коротші ендорфіни.

Молекула-попередник дає початок також АКТГ та меланоцитостимулювальному гормону (МСГ). У головному мозку є окремі енкефаліно- і β-ендорфінопродукувальні системи нейронів. Бета-ендорфін у кров'яне русло виділяє гіпофіз. Третьою молекулою-попередником є продинорфін - білок, який має три лейенкефалінові залишки, зв'язані з динорфіном і неоендор-фіном. Динорфін 1-17 міститься в дванадцятипалій кишці, а динорфін 1 - 8 - у задній частці гіпофіза і гіпоталамусі. В гіпоталамусі теж є α- і β-неоендорфіни. Причина існування багатьох молекул-попередників опіоїдних пептидів, а також наявності цих пептидів як у кровоносному руслі, так і в головному мозку та шлунково-кишковому тракті сьогодні остаточно не з'ясована.

Енкефаліни метаболізовані головно двома пептидазами: енкефаліназою А, яка розщеплює GІу-Рhе-зв'язок, і енке-фаліназою В, яка розщеплює GІу-GІу-зв'язок. У метаболізмі енкефалінів теж бере участь амінопептидаза, яка розщеплює Туг-GІу-зв'язок.

Опіоїдні рецептори вивчені детально. Ідентифіковано μ, κ та β-рецептори, які відрізняються за фармакологічними властивостями, розміщенням у головному мозку та інших органах, а також афінністю до різних опіоїдних пептидів. Усі три є серпентиновими рецепторами, що зв'язані з Gq-білками, і всі вони гальмують активність аденілатциклази. Ймовірно, є підтипи μ- та κ-рецепторів. Активування μ-рецепторів зумовлює підвищення провідності К+ шляхом гіперполяризації центральних і первинних аферентних нейронів. Активування κ- та β-рецепторів зумовлює закривання Са2+-каналів.

Нещодавнє дослідження природних лігандів μ рецептора - рецептора, на який діє морфін, дали змогу виявити ще два опіоїдні пептиди: ендоморфін 1 (Туг-Рго-Trp-Phe NН2) і ендоморфін 2 (Туг-Рго--Trp-Phe NН2). Молекула. попередник цих двох μ-агоністів ще невідома. Фізіологічні ефекти, що виникають під час стимулювання рецепторів, значно перекривають один одного, проте головні результати цього стимулювання можна визначити.

ЕЛЕКТРИЧНІ ТА ХІМІЧНІ ЯВИЩА У РЕЦЕПТОРАХ

Анатомічні взаємозв'язки

Питання про те, як рецептори перетворюють енергію у потенціал дії в чутливих нервах, інтенсивно вивчали. У складних органах чуття, таких як орган зору, слуху, рівноваги і смаку, є окремі рецепторні клітини і синаптичні сполучення між рецепторами та аферентними нервами. Однак у більшості шкірних органів чуття рецептори є спеціалізованими, гістологічне модифікованими кінцями чутливих нервових волокон.

Детально вивчені тільця Пачіні, які є тактильними рецепторами. Завдяки порівняно великому розміру і доступності у брижі експериментальних тварин їх можна ізолювати, дослідити за допомогою мікроелектродів і піддати мікропрепаруванню. Кожне тільце складається з прямого немієлінізованого закінчення чутливого нервового волокна 2 мкм діаметром, оточеного концентричне пластинками сполучної тканини, що надає органові вигляду крихітної цибулини. Мієлінова оболонка чутливого нерва починається всередині тільця. Перший вузол Ранв'є також міститься всередині, тоді як другий, зазвичай, розташований біля місця виходу нервового волокна з тільця.

Ґенераторні потенціали

У місці, де чутливий нерв виходить з тільця Пачіні, можна розмістити реєструвальні електроди і піддати тільце дозованому тиску. У разі застосування невеликого тиску реєструють потенціал деполяризації, що не поширюється і нагадує ЗПСП. Його називають генераторним, або рецепторним, потенціалом. З підвищенням тиску рецепторний потенціал збільшується. Коли значення генераторного потенціалу досягає приблизно 10 мВ, то у чутливому нерві генерується потенціал дії. Якщо тиск підвищується ще більше, то генераторний потенціал стає більшим, і чутливий нерв збуджується повторно.

ЙОННІ ОСНОВИ ПРОЦЕСУ ЗБУДЖЕННЯ

У деяких випадках механічне викривлення відкриває канали у мембрані рецептора. Є докази, що такі механо-рецептори пов'язані з натрієвими каналами епітеліальних клітин (NаЕК). Як наслідок, надходження Nа+ спричинює генераторний потенціал і, можливо, кількість відкритих каналів є пропорційною до інтенсивності подразника. Вірогідно, що такий механізм діє у тільцях Пачіні і волоскових клітинах органа слуху та рівноваги. В інших рецепторах, таких як палички і колби, відповіді залежать від гетеротримерних G-білків і циклічних нуклеотидів. У деяких випадках ці механізми поки що невідомі.

Адаптація

Якщо на рецептор діє тривале подразнення сталої сили, то частота потенціалів дії у його чутливому нерві з часом зменшується. Цей феномен відомий як адаптація, чи десенситизація. Ступінь адаптації залежить від типу органа чуття. Дотик є відчуттям, до якого швидко настає адаптація, і його рецептори називають фазовими. З іншого боку, каротидний синус, м'язові веретена, холодові та больові рецептори, а також рецептори наповнення легень повітрям адаптують дуже повільно й неповністю; їх називають тонічними рецепторами.

Тиск на тільце Пачіні спричинює появу генераторного потенціалу, який швидко загасає, незважаючи на продовження тиску. Якщо видалити сполучнотканинну капсулу і піддавати дії тиску оголене нервове закінчення, то генераторний потенціал можна спричинити, однак загасає він повільніше. Причиною швидкого загасання в разі застосування тиску до інтактного тільця є, можливо, латеральне зміщення сполучнотканинних пластинок, що зменшує тиск на нервове закінчення. Однак це не єдиний фактор адаптації, є ще повільне зменшення кількості потенціалів дії, генерованих з часом у випадку постійного подразника після видалення зовнішніх пластинок тільця Пачіні. Це зменшення відбувається завдяки акомодації (звиканню) чутливого нервового волокна до генераторного потенціалу. Повільна неповна адаптація м'язового веретена пов'язана з тим, що його генераторний потенціал продовжується і загасає дуже повільно в разі застосування постійного подразнення. Повільна адаптація м'язових веретен, каротидних синусів, больових і холодових рецепторів має деяку цінність для індивіда. Розтягнення м'язів відіграє роль у регулюванні ефекту довгого збереження поч. Крім того, відчуття болю і холоду спричинене потенційно небезпечними подразниками, і якби їхні рецептори мали значну адаптацію, то вони б значно втрачали свою попереджувальну цінність. Каротидні й аортальні рецептори постійно використовувані в механізмах регулювання кров'яного тиску, тому адаптація цих рецепторів обмежувала б точність, з якою працює ця регуляторна система.

КОДУВАННЯ СЕНСОРНОЇ ІНФОРМАЦІЇ

Є відмінності у швидкості передавання та інших особливостях чутливих нервових волокон, однак потенціали дії подібні у всіх нервах. Наприклад, потенціали дії у нерві від рецептора дотику ідентичні до потенціалів у нерві від теплового рецептора. З огляду на це постає питання, чому стимулювання дотикового рецептора спричинює відчуття дотику, а не тепла. Постає також питання, як можна передати легкий або важкий дотик.

Доктрина специфічних нервових енергій

Відчуття, спричинене імпульсами, що генеровані в рецепторі, залежить від специфічної ділянки мозку, яку вони кінцево активують. Специфічні сенсорні шляхи є окремими від органа чуття до кори. Отже, коли подразнюють нервові шляхи від окремого органа чуття, то відчуття, що з'являється, є таким, до якого цей рецептор спеціалізований, незалежно від того, як і де протягом цього сенсорного шляху спричинено активність. Цей принцип, уперше сформульований Мюлером 1835 р., отримав досить громіздку назву доктрини специфічних нервових енергій. Наприклад, якщо чутливий нерв від тільця Пачіні в руці стимульовано тиском біля ліктя або подразненням від пухлини у плечовому сплетенні, то спричинене відчуття буде дотиком. Подібно, якби достатньо тонкий електрод вставити у відповідні волокна дорсальних стовпів спинного мозку, таламуса або постцентральної звивини мозкової кори, то відчуття, спричинене подразненням, було б дотиком. Цю доктрину час від часу ставили під сумнів, особливо ті, хто вважав, що біль зумовлений дуже сильним подразненням дуже різних рецепторів. Однак гіпотеза суперстимулювання значно дискредитована, і принцип специфічних нервових енергій є одним з наріжних каменів сенсорної фізіології.

Проекція

Незалежно від того, де подразнюють чутливий тракт уздовж його шляху до кори, спричинене свідоме відчуття буде локалізоване у місці розташування рецептора. Цей принцип називають законом проекції. Експерименти з подразненням кори головного мозку під час нейрохірургічних операцій на хворих, що перебувають у свідомості, моделюють цей феномен. Наприклад, якщо подразнюють кіркову сприймальну ділянку для імпульсів від лівої руки, то хворий локалізує відчуття у лівій руці, а не у голові. Інший приклад - люди з ампутованими кінцівками. Деякі з таких хворих можуть скаржитися на біль, часто сильний, і пропріорецептивні відчуття у кінцівці, якої нема (фантомна кінцівка). Кінці нервів, перерізаних під час ампутації часто формують нервові клубки, які називають неврономами. У цих неврономах може виникати біль спонтанно або в разі натискання. Імпульси, які в цьому разі ґенеруються, виникають у нервових волокнах, які попередньо йшли від органів чуття в ампутованій кінцівці, а спричинені відчуття проектуються туди, де були рецептори. Однак є докази, що феномен фантомної кінцівки також пов'язаний із пластичністю в сенсорних системах ЦНС.

Розпізнавання інтенсивності подразнення;

Є два шляхи, якими інформація про інтенсивність подразнення передається у мозок: зміна частоти потенціалів дії, генерованих активністю конкретного рецептора, і зміна кількості активованих рецепторів.

Давно з'ясовано, що інтенсивність відчуття пропорційна до логарифма інтенсивності подразника (закон Вебера-Фехнера). Однак тепер виявили, що точніше цей феномен описує формула

R = KSA,

де К. - відчуття; І - інтенсивність подразнення, К і А - сталі для будь-якого різновиду відчуття. Частота потенціалів дії, ґенерованих подразненням чутливого нервового волокна, також співвідноситься до інтенсивності подразника як функція ступеня. Сучасні дані свідчать, що у ЦНС співвідношення між подразником і відчуттям та інтенсивністю подразника первинно визначена властивостями самих периферійних рецепто

Тема 3. Роль різних рівнів ЦНС у регуляції рухових і вісцеральних функцій, в тому числі, функцій зубо-щелепної системи.

План лекції:

1. Фізіологія спинного мозку.

2. Фізіологія головного мозку.

Нервова система людини і вищих тварин поділяється на центральну нервову систему і периферичну. До центральної нервової системи входять головний і спинний мозок. До периферичної нервової системи входять нерви, розташовані на периферії та нервові вузли (ганглії).

Спинний мозок – це відділ ЦНС, розташований у спинномозковому каналі. По аферентних нервових волокнах у спинний мозок проводиться збудження від екстерорецепторів та пропріорецепторів шиї, тулуба й кінцівок, а також від вісцерорецепторів (за виключенням тих, які мають прямий зв’язок з ЦНС через блукаючі нерви). Аксони еферентних нейронів спинного мозку іннервують усі скелетні м’язи, крім м’язів обличчя, і утворюють прегангліонарні волокна вегетативної нервової системи. Аферентні і еферентні нейрони, об’єднані у рефлекторні дуги, самостійно чи через інтернейрони забезпечують рефлекторну функцію спинного мозку. За участю спинного мозку здійснюються рухові й судинні рефлекси, рефлекси сечостатевої системи і прямої кишки, а також рефлекси, що регулюють тканинний обмін. Колатералі (відгалуження) аксонів аферентних і аксони інтернейронів формують висхідні провідні шляхи спинного мозку. По висхідних шляхах інформація від рецепторів проводиться у головний мозок. Від нейронів головного мозку відходять аксони у спинний мозок і утворюють низхідні шляхи.

Сегментарна будова тіла живих організмів, що виникла на ранніх етапах еволюційного розвитку, збереглася у вищих тварин і в людини. Тому у спинному мозку людини розрізняють 31 сегмент. Кожний сегмент має одну пару задніх і одну пару передніх нервових корінців. Кожен корінець іннервує свій і обидва сусідніх метамери, тобто три метамери. Саме тому при ушкодженні одного сегменту спинного мозку чутливість і рухи у відповідному сегменті тіла зовсім не зникають, а тільки послаблюються.

Задні корінці спинного мозку складаються з аферентних нервових волокон і вони проводять збудження від рецепторів у спинний мозок, а всі еферентні волокна виходять з спинного мозку у складі передніх корінців.

Спинний мозок людини має 13,5 млн нейронів. З них близько 3 % еферентні, інші 97 % - вставкові, або інтернейрони. Серед еферентних нейронів альфа- і гама-мотонейрони, прегангліонарні нейрони вегетативної нервової системи. У нормальних умовах рефлекторна діяльність спинного мозку контролюється і координується різними відділами головного мозку.

Головний мозок розташований у порожнині мозкового черепа. До його складу входять: довгастий, задній, середній, проміжний і кінцевий мозок.

Функції довгастого мозку можуть бути об’єднані у дві групи – провідникова та рефлекторна. У довгастому мозку розташовані центри рефлекторної регуляції найважливіших функцій організму. Через довгастий мозок здійснюються рефлекси смоктання, ковтання, блювання, кашлю, чихання, моргання. Ці рефлекси виникають у відповідь на подразнення аферентних волокон язико-глоткового, слухового, вестибулярного, трійчастого і блукаючого нервів. Так, подразнення чутливих закінчень трійчастого нерва при дотику до губів дитини викликає смоктальні рухи. Еферентні імпульси до м’язів, що беруть участь в акті смоктання, надходять у складі лицевого і під’язикового нервів.

Аферентні шляхи рефлексу ковтання йдуть у складі трійчастого, язико-глоткового і блукаючого нервів; по еферентних волокнах трійчастого, під’язикового, язико-глоткового нервів до виконавчих органів.

У довгастому мозку розташовані центри регуляції дихання, діяльності серцево-судинної системи, травлення, потовиділення.

До заднього мозку належать міст і мозочок. Волокна моста належать до пірамідних шляхів. Задня частина моста утворює ромбовидну ямку, під її дном беруть початок V–VIII пари черепних нервів. Основними функціями мозочка є координація рухів, подолання тяжіння та інерції, нормальний розподіл м’язового тонусу тощо. При ураженні мозочка розвиваються порушення рухової активності (нерівна хода, розмашисті неточні рухи, тремор кінцівок, асинергія рухів, порушення м’язового тонусу) і вегетативні розлади.

До складу середнього мозку входять чотиригорбикове тіло і ніжки мозку. Основні центри середнього мозку: червоне ядро, чорна субстанція, ядра окорухового і блокового нервів. Середній мозок є підкірковим регулятором м’язового тонусу, центром зорових і слухових орієнтувальних рефлексів, а також деяких складних рухових рефлекторних актів – ковтання і жування. Вплив середнього мозку на тонус скелетних м’язів здійснюється через червоне ядро. До нього сходяться імпульси від кори великих півкуль, підкоркових ядер і мозочка, а також від ретикулярної формації стволової частини мозку. Пошкодження (виключення) червоного ядра приводить до різкого підвищення тонусу скелетної мускулатури. Перерозподіл м’язового тонусу при зміні положень тіла і при переміщеннях у просторі здійснюється при сумісній роботі середнього і проміжного мозку. З функцією середнього мозку пов’язана регуляція рухових орієнтувальних рефлексів. Передні горби чотиригорбикового тіла є первинними зоровими центрами: вони регулюють поворот очей і голови у бік подразника. Задні горби чотиригорбикового тіла є рефлекторними центрами слухових орієнтувальних рефлексів: при подразненні слухових рецепторів відбувається насторожування і поворот голови у бік звуку.

Проміжний мозок – частина переднього відділу мозкового стовбура. До проміжного мозку відносяться таламічний мозок та гіпоталамус. Через таламічний мозок здійснюється зв’язок рецепторів організму з корковими кінцями відповідних аналізаторів. У численних ядрах таламуса переключаються аферентні шляхи шкірної, мязово-суглобової, нюхової та зорової чутливості. Від нього чутливі шляхи йдуть частково у підкіркові ядра, частково – безпосередньо у кору. У сірому горбі гіпоталамуса закладено ядра сірої речовини, які є вищими вегетативними центрами, що регулюють температуру тіла, водний, жировий, вуглеводний та інші види обміну, діяльність серця, судин, травних та ендокринних органів. Ушкодження таламічного мозку супроводжується повною втратою чутливості або зниженням її з протилежного боку, розладом слуху, зору.

Кінцевий мозок складається з двох півкуль, вкритих мозковим плащем (корою), до яких входять нюховий мозок, базальні (центральні) ядра і бокові шлуночки мозку. У корі великих півкуль містяться 14–17 млрд нервових клітин, які об’єднані в цілісний апарат регуляції функцій організму. Відростки клітин з’єднують різні відділи кори між собою і з розташованими нижче структурами ЦНС. Базальним ядрам півкуль належить важлива роль у регуляції складних рухових актів, гемодинаміки, орієнтувальних реакцій тощо.

Уявлення про локалізацію функцій у корі великих півкуль пов’язане з поняттям про кірковий центр (мозковий кінець аналізатора). Подразнення із зовнішнього та внутрішнього середовища сприймаються рецепторами. В них енергія подразнення перетворюється на енергію нервового імпульсу, яка відповідними нервами і провідними шляхами мозку надходить у мозковий центр, або кірковий кінець аналізатора. Кірковий кінець аналізатора представлений високо спеціалізованими нервовими клітинами, здатними здійснювати аналіз і синтез інформації, що надходить. Тут виникають відчуття та уявлення про навколишній світ. Уся кора мозку являє собою поверхню, що сприймає сукупність кіркових кінців аналізаторів.

Моторна зона міститься у передцентральній звивині та ділянках, розташованих поблизу неї. Тут замикаються рухові умовні рефлекси: верхні ділянки цієї зони пов’язані з мускулатурою нижніх кінцівок, середні – з мускулатурою тулуба, нижні – з мускулатурою голови. Кірковий кінець шкірного аналізатора знаходиться у постцентральній звивині, при цьому тіло проектується «догори ногами». Ядро зорового аналізатора (зоровий центр) розміщене в потиличній частці півкуль, тут спроектована сітківка ока. Кірковий слуховий центр розташований у верхній висковій звивині кори великих півкуль; ядро смакового аналізатора розташоване у нижній частині постцентральної звивини. Кірковий нюховий центр розташований у крючку медіальної звивини гіпокампа та нижньої поверхні півкуль. У нижній лобовій звивині лівої півкулі розташований руховий аналізатор артикуляції мови (при його ураженні мова утруднена або неможлива); сенсорний центр мови знаходиться у верхній висковій звивині.

У тім’яній частці кори півкуль розміщені клітини, які сприяють встановленню зв’язків між різними аналізаторами і відіграють велику роль у формуванні рефлекторних дуг умовних рефлексів.

Тема 4. Роль ендокринних залоз у регуляції процесів фізичного, психічного і статевого розвитку та у механізмах неспецифічної адаптації організму.

План лекції:

1. Поняття про екзокринні та ендокринні залози.

2. Поняття про гормони.

3. Фізіологічна характеристика окремих залоз.

Усі залози організму поділяються на екзокринні, ендокринні та змішані. Екзокринні залози – це залози, які мають вивідні протоки і виконують зовнішньо секреторну функцію; до ендокринних залоз належать залози, які не мають вивідних протоків, вони виділяють свій секрет в міжклітинні щілини; залози змішаної секреції функціонують і як екзокринні і як ендокринні. Ендокринними залозами є органи, тканини та клітини, які впливають на діяльність інших органів, обмін речовин. Головна роль ендокринних залоз в організмі пов’язана з впливом гормонів на обмін речовин, гомеостаз, морфогенез. Функції ендокринних залоз можуть бути або знижені (гіпофункції) або підвищені (гіперфункції).

Функції ендокринних залоз:

регуляція фізіологічних функцій організму через виділювані ними гормони: гормони потрапляють у кров, лімфу, тканинну рідину, доходять до об’єкта впливу (орган, тканина, клітина) і змінюють його функцію. Гормони виділяються на відстані від об’єкта впливу і потрібен час для подолання цієї відстані, тому гормони здійснюють свій вплив повільніше, ніж нервова система. Дія гормонів менш локальна за дію нервової системи;

адаптація організму до мінливих умов внутрішнього і зовнішнього середовища шляхом зміни функцій;

відновлення зміненої рівноваги внутрішнього середовища шляхом зміни рівня функції об’єкта впливу.

До ендокринних залоз належать: гіпофіз, шишкоподібна залоза, щитовидна залоза, прищитовидні залози, загрудинна залоза (тимус), надниркові залози (наднирки), ендокринна частина підшлункової залози та статевих залоз. Підшлункова та статеві залози є залозами змішаної секреції. Усі ендокринні залози функціонально пов’язані між собою і становлять єдину систему. У цій системі провідна роль належить гіпофізу. Секрет ендокринних залоз з міжклітинних щілин потрапляє в кров, лімфу, цереброспінальну рідину. Продукти діяльності екзокринних залоз називаються секретами, ендокринних – інкретами, або гормонами.

Гормони – хімічні сполуки високої біологічної активності, які в малих кількостях впливають на фізіологічні функції. За хімічною природою гормони поділяють на три групи: 1) поліпептиди і білки, 2) амінокислоти та їх похідні, 3) стероїди. Гормони циркулюють у крові у вільному стані і зв’язані з білками. Зв’язані з білками гормони неактивні. Властивості гормонів:

дистантний характер дії гормонів пов’язаний з тим, що органи і системи, на які діють гормони, зазвичай розташовані далеко від місця їх утворення в ендокринних залозах;

специфічність дії гормонів визначається тим, що ця дія може бути викликана тільки цим гормоном і не може бути викликана іншими біологічно активними речовинами;

висока біологічна активність гормонів визначається тим, що вони ефективні у малих кількостях, виділяються у малих кількостях.

Вплив гормонів на фізіологічні функції здійснюється двома механізмами. Гормони можуть здійснювати вплив через нервову систему і гуморальним шляхом, безпосередньо впливаючи на активність органів, тканин, клітин. Вплив гормонів через нервову систему здійснюється їх дією на інтерорецептори, специфічно чутливі до їх дії. Такі хеморецептори розташовані в стінках судин, тканинах; гормони з кров’ю досягають рецепторів, інформація від цих рецепторів змінює функціональний стан нервових центрів, відповідальних за функції певних органів. Гормони в процесі обміну речовин змінюються функціонально і структурно. Частина гормонів утилізується клітинами організму, частина виводиться з сечею. Гормони інактивуються при з’єднанні з білками, з глюкуроновою кислотою.

Гіпофіз розташований у гіпофізарній ямці турецького сідла клиноподібної кістки черепа. В системі ендокринних залоз гіпофіз займає особливе положення – він є центральною залозою, це пов’язане з тим, що гіпофіз за рахунок спеціальних тропних гормонів регулює діяльність інших залоз. Гіпофіз складається з тканин двох видів – нервової і залозистої. Залозиста частина гіпофіза (аденогіпофіз) поділяється на дві долі – передню і середню (проміжну). Частина гіпофіза, побудована з нервової тканини, називається нейрогіпофізом. Найбільш важлива роль в регуляції фізіологічних функцій належить аденогіпофізу. Гормони передньої долі гіпофіза поділяються на дві групи. До першої належать гормони соматотропін (гормон росту) і пролактин; до другої – тропні гормони: тиреотропін (тиреотропний гормон), кортикотропін (адренокортикотропний гормон), гонадотропіни (гонадотропні гормони). Гормон росту (соматотропін) бере участь у регуляції росту, що обумовлено його здатністю збільшувати утворення білка в організмі. Найбільш виражений вплив гормону на кісткову і хрящову тканини – під впливом соматотропіну відбувається підсилений ріст епіфізарних хрящів у довгих кістках, що обумовлює збільшення їх довжини. При гіперфункції передньої долі гіпофіза у дитячому віці це призводить до гігантизму, при гіпофункції відмічається затримка росту – карликовість. При гіперфункції передньої долі гіпофіза у дорослому віці це не призводить до гігантизму, тому що ріст тіла в цілому вже завершений, і збільшуються розміри лише тих частин тіла, які ще зберігають здатність до росту (акромегалія). Пролактин сприяє утворенню молока в альвеолах молочної залози. Свою дію на молочну залозу пролактин здійснює після впливу на неї жіночих статевих гормонів естрогенів (викликають ріст протоків молочної залози) і прогестерона (викликають ріст альвеол молочної залози). Тиреотропний гормон (тиреотропін) стимулює функцію щитовидної залози. Кортикотропін (адренокортикотропний гормон) регулює функцію кіркового шару наднирок, які утворюють гормони глюкокортикоїди; видалення гіпофіза у тварин викликає атрофію кіркового шару наднирок. Кортикотропін викликає розклад і гальмує синтез білка в організмі. До гонадотропних гормонів належать:

фолікулостимулюючий гормон – обумовлює циклічність дозрівання жіночих статевих клітин і утворення фолікулів, у чоловіків стимулює сперматогенез;

лютеінізуючий гормон у жінок регулює овуляцію і утворення жовтого тіла, у чоловіків регулює продукцію статевих гормонів – андрогенів;

лютеотропний гормон сприяє функціонуванню жовтого тіла і утворенню ним гормону прогестерона. До гормонів середньої долі гіпофіза відноситься гормон меланотропін, або інтермедин, який впливає на пігментний обмін. До гормонів задньої долі гіпофіза відносяться вазопресин і окситоцин.

Вазопресин (антидіуретичний гормон) виконує дві функції. Перша пов’язана з впливом гормону на гладенькі м’язи, тонус яких він збільшує, що приводить до підвищення артеріального тиску. Друга функція пояснюється здатністю вазопресину збільшувати реабсорбцію води з дистальних ниркових канальців у кров. Зниження кількості утворюваного вазопресину є причиною нецукрового діабету, при якому виділяється велика кількість сечі, яка не містить цукру. Окситоцин вибірково впливає на гладенькі м’язи матки, посилюючи їх скорочення, стимулює виділення молока, але не його секрецію.

Шишкоподібна залоза (епіфіз) знаходиться над верхніми горбами чотиригорбикового тіла. Функції: епіфіз виділяє речовини, які стримують діяльність гіпофіза до моменту статевої зрілості, а також бере участь у регуляції всіх видів обміну речовин.

Щитовидна залоза за формою схожа на тризуб, складається з двох долей, розташованих на шиї по обидва боки від трахеї нижче щитовидного хряща, на рівні 5–7-го шийних хребців. Функції: продукція гормонів тироксин, трийодтиронін; гормони щитовидної залози регулюють обмін речовин, посилюють теплообмін та окисні процеси, сприяють виділенню води та калію з організму, регулюють процеси росту і розвитку, активізують діяльність надниркових, статевих, молочних залоз – гормони щитовидної залози впливають на функції ЦНС, на вищу нервову діяльність, процеси розвитку і росту, на обмін речовин, на вегетативні функції організму.

Прищитовидні залози (паращитовидні залози) – парні, переважно їх буває чотири – дві верхні і дві нижні, мають круглясту або овальну форму і розміщені на задніх поверхнях часток щитовидної залози. Функції: продукція гормону паратиреокрин (паратгормон), який бере участь у регуляції фосфорно-кальцієвого обміну.

Загрудинна залоза (тимус) має форму двозубої вилки, це парний орган, середня поверхня його прилягає до задньої поверхні ручки та тіла грудини (до рівня 4-го ребра). Функції: у тимусі відбувається диференціація Т-лімфоцитів зі стовбурових клітин, які потрапляють сюди з кісткового мозку. Потім Т-лімфоцити покидають тимус і потрапляють у периферичні органи імунної системи; Т-лімфоцити забезпечують клітинний імунітет шляхом накопичення та введення в дію лімфоцитів з підвищеною чутливістю (сенсибілізованих) та гуморальний імунітет шляхом синтезу специфічних антитіл.

Надниркова залоза парний орган, права залоза має трикутну форму, ліва – півмісяцеву, розташовані безпосередньо над верхніми полюсами нирок, на рівні XI–XII грудних хребців. Надниркова залоза має кірковий (прилягає до фіброзної оболонки) та мозковий (внутрішній) шари. Функції: кірковий шар виробляє гормони, які поділяються на три групи – мінералокортикоїди (альдостерон, дезоксикортикостерон), глюкокортикоїди (гідрокортизон, кортизон, кортикостерон), статеві гормони (андрогени, естроген, прогестерон).

Мінералокортикоїди беруть участь у регуляції мінерального обміну, регуляції тонусу кровоносних судин, сприяють розвитку запальних реакцій. Глюкокортикоїди регулюють обмін вуглеводів, білків, жирів, впливають на кровотворні органи (тимус та лімфоїдна тканина). Вони є протизапальними гормонами (зменшують проникність мембран судин), водночас пригнічують синтез антитіл і гальмують реакцію взаємодії чужорідного білка з антитілом. Статеві гормони мають велике значення у розвитку статевих органів у дитячому віці, обумовлюють розвиток вторинних статевих ознак.

Мозкова речовина виробляє гормони адреналін і норадреналін (катехоламіни). Адреналін посилює і прискорює скорочення серця, звужує судини, підвищує артеріальний тиск, збільшує вміст вуглеводів у крові, зменшує запаси глікогену, адреналін відноситься до гормонів «швидкої дії» (швидко руйнується), його називають «гормоном стресу». Норадреналін виконує функцію медіатора – передавача збудження з нервових закінчень на ефектор.

Ендокринною частиною підшлункової залози є острівки Лангерганса, які розкидані по всій підшлунковій залозі, але найбільше їх у хвостовій частині. Острівки Лангерганса виробляють гормони інсулін і глюкагон. Інсулін бере участь у регуляції вуглеводного обміну – під впливом гормону зменшується концентрація цукру в крові (виникає гіпоглікемія; норма 6,65 ммоль/л, під впливом інсуліну стає нижче 4,45 ммоль/л), тому що гормон сприяє перетворенню глюкози на глікоген печінки. Інсулін стимулює синтез білків з амінокислот, регулює жировий обмін. Глюкагон бере участь у регуляції вуглеводного обміну, за характером дії він є антагоністом інсуліну. Недостатність внутрішньосекреторної функції підшлункової залози (гіпофункція), яка проявляється у зменшенні продукування інсуліну, призводить до захворювання на цукровий діабет (цукрове сечовиснаження), коли цукор майже не засвоюється клітинами. Основними симптомами цього захворювання є гіперглікемія, глюкозурія (цукор у сечі). При надлишковому продукуванні інсуліну (гіперфункція) зменшується кількість цукру в крові (гіпоглікемія).

Статеві залози – сім’яники у чоловіків і яєчники у жінок. За рахунок їх зовнішньосекреторної функції утворюються чоловічі та жіночі статеві клітини (сперматозоїди та яйцеклітини), внутрішньосекреторна функція полягає в виробленні чоловічих (тестостерон і андростерон) і жіночих (естрогени) статевих гормонів. Ці гормони стимулюють ріст і розвиток статевого апарату, вторинних статевих ознак, статевих рефлексів.

Тема 5. Сенсорні системи (аналізатори). Сомато-сенсорна система. Фізіологічні основи болю та знеболення.

План лекції:

1. Поняття про аналізатори, принцип будови та функції аналізаторів.

2. Поняття про рецептори. Класифікація рецепторів.

3. Механізм кодування інформації в аналізаторах.

4. Фізіологічна характеристика окремих аналізаторів.

Для того, щоб організм мав змогу аналізувати зміни, що відбуваються у внутрішньому та зовнішньому середовищах, існують складні системи – аналізатори. Аналізатор –це система, яка складається з трьох відділів, функціонально і анатомічно пов’язаних один з одним: рецептора, провідникового відділу і центрального відділу в головному мозку.

Рецепторами називаються спеціалізовані клітини, які сприймають дію подразників. Енергія подразника кодується рецептором і передається в центральний відділ у головному мозку. Рецептори є головним джерелом інформації про стан зовнішнього та внутрішнього середовища.

В залежності від способу взаємодії рецептора з подразником розрізняють контактні та дистантні рецептори. Контактні – це рецептори, збудження в яких виникає при безпосередньому контакті з подразником (рецептори у шкірі). Дистантні – це рецептори, які сприймають подразнення, джерело якого знаходиться на відстані (рецептори слуху, зору).

В залежності від відношення до організму джерела подразнення (зовнішнє чи внутрішнє середовище) розрізняють екстерорецептори (сприймають подразнення з зовнішнього середовища) та інтерорецептори (сприймають подразнення з внутрішнього середовища).

До екстерорецепторів належать зорові рецептори, слухові, тактильні, температурні та больові рецептори шкіри і слизових оболонок рота, носа, верхніх дихальних шляхів, смакові, нюхові рецептори.

До інтерорецепторів відносяться рецептори, які збуджуються під впливом змін, що відбуваються всередині організму, до них належать рецептори, розташовані у або на внутрішніх органах (рецептори шлунково-кишкового тракту, кровоносних судин, дихальних органів тощо), вестибулорецептори (рецептори вестибулярного апарату), пропріорецептори (рецептори м’язів, суглобів, сухожилків).

Екстерорецептори та інтерорецептори в залежності від фізичної природи подразника поділяються на механорецептори (рецептори дотику, тиску, розтягування), фоторецептори (подразником є світло), барорецептори (подразником є тиск), терморецептори (подразником є температура), хеморецептори (подразником є хімічні речовини, хімічний склад середовищ).

Збудження рецепторів може викликати або помітні відчуття (відчуття голоду), або зовсім не викликати відчуттів (незначні коливання артеріального тиску). Інформація, яку отримує рецептор, кодується у вигляді потенціалів дії (нервові імпульси). Ці потенціали дії не мають специфічності – тобто від різних подразників, різних рецепторів у ЦНС надходять потенціали дії, які відрізняються лише амплітудою та частотою імпульсів. Інформація кодується на рівні рецепторів. Найменші зміни параметрів зовнішнього та внутрішнього середовища перетворюються в параметри потенціалів дії, які дають нам об’єктивне відображення зовнішнього світу.

Зоровий аналізатор складається із зв’язаних між собою провідниковими шляхами (нервами, спрямованими до ЦНС і від ЦНС) рецептора і нервових центрів (підкіркові та кіркові). Рецептор розміщений у сітківці ока. Око складається із очного яблука і допоміжних органів.

Очне яблуко розміщене в очній ямці. Його стінку утворюють три оболонки. Зовнішня оболонка фіброзна, її передня частина – прозора рогівка, яка переходить в білкову оболонку – склеру; передня поверхня рогівки опукла, задня – увігнута. Середньою оболонкою є судинна, яка поділяється на райдужку, війкове тіло і власне судинну оболонку.

Райдужка просвічується крізь рогівку, вона має вигляд вертикальної пластинки з круглим отвором у центрі, який називається зіницею. Райдужка містить пігмент, який визначає колір очей, і два гладеньких м’язи, які змінюють величину зіниці і виконують роль діафрагми для променів світла, що потрапляють в око.

Війкове тіло лежить за райдужкою, значну його частину становить війковий м’яз, скорочення якого здійснюють акомодацію ока (кришталика). За рахунок власне судинної оболонки відбувається живлення ока.

Внутрішньою оболонкою є сітківка, на якій розташовані фоторецептори: палички та ковбочки, саме вони сприймають світлові подразнення. Задній відділ сітківки називають дном очного яблука, в ньому розрізняють жовту пляму з її центральною ямкою (місце скупчення ковбочкоподібних клітин, місце найкращого бачення) та сліпу пляму (місце виходу зорового нерва з очного яблука, ця ділянка нечутлива до світла, не дає зорового відчуття). Паличкоподібні клітини розташовані переважно по периферії від центральної ямки сітківки. У світлочутливих клітинах містяться світлочутливі речовини: у паличкоподібних – родопсин, в ковбочкоподібних – йодопсин. Під дією світла родопсин руйнується і відновлюється у темряві, родопсин також під дією світла руйнується і відновлюється у темряві. Вважається, що ковбочкоподібні клітини забезпечують зір вдень і розрізняють кольори, а паличкоподібні забезпечують зір вночі. До оптичної системи входять рогівка, водяниста волога передньої камери, кришталик та скловидне тіло. Ці структури вбирають світлові промені і забезпечують відображення предметів на сітківці у зменшеному вигляді.

Пристосованість очей бачити предмети на різних відстанях називається акомодацією. Здійснюється акомодація за рахунок скорочень гладенького війкового м’яза, який змінює кривизну кришталика (кришталик має форму двоопуклої лінзи, яка заломлює промені світла). Завдяки акомодації предмети, що розглядаються, знаходяться у фокусі.

Механізм сприймання світлових подразнень: світлові промені, що проходять через світлозаломлювальні структури очного яблука, потрапляють на світлочутливі клітини сітківки (палички та ковбочки). У процесі руйнування та відновлення пігменту виникають нервові імпульси, які по зоровому нерву надходять у кору, де аналізується інформація і виникають зорові відчуття. Механізм кольорового зору (пояснюється трикомпонентною теорією): виникнення відчуття того чи іншого кольору пов’язане з подразненням ока променями видимої частини спектра різної довжини хвилі. Подразнення ока хвилями довжиною 620–760 нм викликає відчуття червоного кольору, 510–550 нм – зеленого, 390–450 нм – фіолетового. Розглядання предметів обома очами називається бінокулярним зором. Коли людина дивиться на предмет обома очима, то зображення від кожного предмета при бінокулярному зорі потрапляють на відповідні, ідентичні ділянки сітківки, в результаті чого в уявленні людини ці два зображення зливаються в одне. Бінокулярний зір має велике значення у визначенні відстані до предмета, його форми. Оцінка величини предмета пов’язана з розміром його зображення на сітківці і відстанню від предмета до ока.

Слуховий аналізатор сприймає звукові подразнення (коливання часточок повітря різної частоти, періодичності та амплітуди. Периферична (сприймаюча, рецепторна) частина його складається з зовнішнього, середнього та внутрішнього вуха. До зовнішнього вуха входять вушна раковина та зовнішній слуховий хід. Вушна раковина утворена хрящем, вкритим шкірою, вона вловлює звукові коливання. Зовнішній слуховий хід є продовженням ввігнутої поверхні вушної раковини і покритий шкірою, у якій є залози, які виробляють вушну сірку. Зовнішній слуховий хід має форму зігнутої у вертикальній та горизонтальній площинах трубки, по якій звукові коливання доходять до барабанної перетинки. Середнє вухо розташоване у піраміді скроневої кістки, воно складається з барабанної перетинки, барабанної порожнини та слухової труби. Середнє вухо від зовнішнього відділене барабанною перетинкою, яка має форму плоскої лійки, звужена частина якої повернута в бік барабанної порожнини. Барабанна порожнина – це невеликий, заповнений повітрям простір в основі піраміди скроневої (вискової) кістки; в цій порожнині знаходяться слухові кісточки – молоточок, коваделко і стремінце, що передають звукові коливання від барабанної перетинки до лабіринту (внутрішнє вухо). Молоточок своєю ручкою зростається з внутрішньою поверхнею барабанної перетинки. Коваделко довгою ніжкою з’єднується з молоточком і стремінцем, яке своєю основою прилягає до мембрани овального вікна, що розміщене в кістковій (лабіринтній) стінці, яка відокремлює середнє вухо від внутрішнього. Нижче овального вікна розташоване кругле вікно. Ланцюг кісточок виконує дві функції: кісткове проведення звуку та механічну передачу звукових коливань до овального вікна. Від стінки, яка відділяє середнє вухо від внутрішнього, у внутрішньому вусі від овального вікна починається спіраль, а саме верхній хід завитки. Нижній хід завитка починається від круглого вікна і закінчується на верхівці завитки. Верхній хід спіралі починається від овального вікна і закінчується на верхівці завитки. І у нижньому, і у верхньому ходах є рідина (перилімфа), ці ходи з’єднуються. Між ними є середній хід, він не з’єднується з верхнім і нижнім. Ці ходи утворені двома перетинками (мембранами), які проходять по всій довжині завитки. Звукові коливання доходять до барабанної перетинки, передаються на слухові кісточки, зі стремінця через овальне вікно викликають коливання перилімфи, доходять до круглого вікна, викликають коливання ендолімфи у середньому ході, і коливання ендолімфи викликають коливання волосинкових клітин на основній мембрані. Від коливань у волосинкових клітинах виникають нервові імпульси (потенціали дії), які по слуховому нерву і доцентрових нервах надходять до центру слуху в скроневій долі кори, де виникає відчуття звуку. Порожнина середнього вуха євстахієвою (слуховою) трубою з’єднується з носоглоткою, що забезпечує підтримання у середньому вусі атмосферного рівня тиску.

Із завиткою з’єднується вестибулярний апарат, який бере участь у регуляції положення тіла, підтриманні рівноваги і знаходиться у пірамідці скроневої кістки. Він складається з присінка і трьох напівколових каналів. Напівколові канали – це вузькі ходи правильної форми, розташовані у взаємно перпендикулярних площинах: верхній (передній) – у фронтальній, задній – у сагітальній, зовнішній – у горизонтальній площинах. Початок кожного каналу від завитки, розширений і називається ампулою, присінок розташований перед ампулами і складається з двох частин – мішечка (сакулюс) і маточки (утрикулюс). Сакулюс розташований ближче до завитки внутрішнього вуха, утрикулюс ближче до півколових каналів, в них є чутливі рецепторні клітини, на поверхні яких знаходяться мікроскопічні кристали карбонату кальцію – отоліти. При зміні положення голови (і всього тіла) змінюється тиск отолітів на рецепторні клітини, що викликає їх збудження і виникнення потенціалу дії, який передається до ядер вестибулярного нерва (VIII пара черепно-мозкових нервів), які знаходяться в довгастому мозку. Подразнення цих ядер викликає подразнення інших нервових центрів, розташованих у довгастому мозку, виникає ряд соматичних та вегетативних реакцій – збільшення частоти серцевого ритму, зміна ритму дихання, посилення кишкової перистальтики, збуджується центр блювання, потовиділення тощо. Підвищення активності (реакція) вестибулярного апарата виникає тільки при прискоренні або уповільненні прямолінійного або обертального руху, тобто при зміні швидкості руху тіла, рівномірний рух не викликає подразнення рецепторних клітин вестибулярного апарату.

М’язово-суглобова рецепція. Надходження до ЦНС інформації про положення тіла у просторі і ступеню скорочення кожного м’яза відбувається при збудженні пропріорецепторів, які знаходяться в м’язах, сухожилках, суглобових сумках, окісті. Пропріорецепторами є м’язові веретена, які знаходяться серед м’язових волокон, тільця Гольджі у сухожилках, тільця Пачіні у фасціях, сухожилках, зв’язках, окісті. Нервові імпульси виникають у цих рецепторах під час скорочення або розслаблення м’язів – при скороченні збуджуються тільця Гольджі, при подовженні (розслаблення або розтягування) збуджуються м’язові веретена, при зміні кута між кістками збуджуються суглобові рецептори. Збудження, що виникає у пропріорецепторах, по аферентних нервах надходить до коркового відділу аналізатора, який знаходиться на передній поверхні центральної борозни і у передній центральній звивині. Завдяки пропріорецепції можлива корекція рухів, пози, тонусу м’язів.

Тактильні рецептори знаходяться на поверхні шкіри і слизових оболонок порожнини носа і рота; збуджуються вони при дотику до них або тиску на них. До тактильних рецепторів відносяться мейснерові тільця, розташовані в судинах шкіри, меркелеві диски, розташовані у великій кількості на кінчиках пальців і губах. До рецепторів тиску відносяться тільця Пачіні, які зосереджені в глибоких шарах шкіри, в сухожилках, зв’язках, очеревині, у брижі кишечника. Нервові імпульси, що виникають у тактильних рецепторах, по аферентних нервах надходять у задню центральну звивину кори великих півкуль.

Температурна чутливість. Температура навколишнього середовища збуджує терморецептори, розташовані в шкірі, на рогівці ока, в слизових оболонках. Зміни температури внутрішнього середовища організму збуджують температурні рецептори, розташовані в гіпоталамусі. Розрізняють рецептори, що реагують на холод, і рецептори, що реагують на тепло. До теплових рецепторів відносяться тільця Руфіні, до холодових – ковбочки Краузе. Більш поверхнево знаходяться холодові рецептори, тому час реакції на холодові подразнення менший, ніж на теплові. Терморецептори згруповані у визначених місцях тіла людини, холодових точок менше, ніж теплових. Виразність відчуття тепла і холоду залежить від місця подразнення, величини поверхні, що подразнюється, і температури оточуючого середовища.

Больова чутливість виникає при дії будь-яких подразників занадто великої сили. Ця теорія дозволяє розглядати відчуття болю як особливу форму захисту від дії надсильних подразників. Сильний тепловий або тактильний подразник викликає біль, що уберігає і рецептор, і організм в цілому від ушкодження, бо слідом за болем виникає захисна реакція. На сьогодні однозначно не встановлено існування специфічних рецепторів, подразнення яких викликає біль; відомо, що у формуванні відчуття болю має значення утворення в рецепторах (нервових закінченнях) гістаміну – при підшкірному введенні гістаміну навіть у дуже малій концентрації виникає відчуття болю.

Відчуття смаку викликається подразненням рецепторів смаку, які розташовані на язику і називаються смаковими бруньками. Вони зосереджені на кінчику, боках і на задній частині (корені) язика. Рецептори смаку також є на задній стінці глотки, м’якому піднебінні, мигдалинах, надгортаннику. Відчуття смаку може бути гірким, солодким, кислим і солоним. Смакові бруньки дуже специфічні до сприйняття хімічних подразнень, що обумовлює неоднакові смакові відчуття. Так, при локальному нанесенні різних речовин на окремі смакові бруньки показано, що незалежно від речовини подразнення одних смакових бруньок викликає відчуття тільки кислого, інших – солоного тощо. Відчуття солодкого та кислого виникає при подразненні країв язика, гіркого та гірко-солоного – при подразненні кореня язика, солоного – кінчика язика.

Рецептори нюху розташовані у слизовій оболонці верхніх носових ходів. На їхній поверхні є спеціальні нюхові клітини, на яких є війки, що збільшують площу взаємодії та покращують контакт з молекулами пахучих речовин. Відчуття запаху залежить від хімічної структури і концентрації речовини у повітрі.

Тема 6. Вища нервова діяльність. Фізіологічні основи поведінки. Роль мотивацій та емоцій.

План лекції:

1. Фізіологічний зміст вищої нервової діяльності.

2. Перша та друга сигнальні системи відображення дійсності.

3. Типи вищої нервової діяльності.

4. Сон та неспання.

5. Увага.

6. Мотивації та емоції.

7. Фізіологічна характеристика пам’яті.

Основи вчення про вищу нервову діяльність закладені в працях І. М. Сєченова і І. П. Павлова. За допомогою методу умовних рефлексів І. П. Павлов виявив важливі закономірності вищої нервової діяльності.

Вища нервова діяльність є фізіологічною функцією ЦНС, що забезпечує взаємодію організму і середовища. У вищих тварин і людини ця взаємодія знаходиться під контролем кори великих півкуль головного мозку. Кінцевим актом вищої нервової діяльності людини є поведінкові реакції, спрямовані на отримання корисного пристосувального результату. У поведінкових актах умовні і безумовні рефлекси представляють єдність уродженого і набутого.

Безумовні й умовні рефлекси мають єдину матеріальну основу – нервовий процес. Тому безумовні рефлекси так швидко входять до складу нових набутих рефлексів. У процесі індивідуального розвитку відбувається не тільки набуття нових рефлексів, а й «дозрівання» вроджених.

Взаємовідносини умовних і безумовних рефлексів – складні процеси взаємного підсилення або гальмування – удосконалюються в процесі індивідуального досвіду. Умовні рефлекси можуть гальмувати безумовні, або безумовні рефлекси можуть знімати дію умовних. Наприклад, сильний голод може загальмувати у собаки реакцію на команди господаря.

Перша і друга сигнальні системи. І. П. Павлов, вивчаючи умовні рефлекси, розробив вчення про сигнальні системи. Сигналами він назвав усі подразники (звук, світло, тиск тощо), що впливають на рецептори (органи чуття) і викликають ті чи інші рефлекси. Діяльність кори головного мозку полягає в аналізі та синтезі безпосередніх сигналів предметів або явищ зовнішнього світу (виникнення рефлексів внаслідок безпосереднього контакту тварин і людини з різними подразниками навколишнього середовища), що приходять від різних рецепторів (зорових, слухових та ін.), які Павлов назвав першою сигнальною системою. Перша сигнальна система є у тварин і в людини. Діяльність цієї системи проявляється в умовних рефлексах, що формуються на будь-які подразники зовнішнього середовища, за виключенням слова. Отже, умовні рефлекси першої сигнальної системи виникають як результат безпосереднього контакту тварин і людини з великою кількістю різноманітних подразників зовнішнього середовища. Перша сигнальна система проявляється у формі конкретного наочного мислення (відчуття й сприйняття). Дійсність сприймається першою сигнальною системою безпосередньо у чуттєво-конкретних образах. У людини, яка знаходиться у певних соціальних умовах, перша сигнальна система має соціальну забарвленість.

Умовні рефлекси першої сигнальної системи утворюються в результаті діяльності клітин кори головного мозку, крім лобової області і області мозкового кінця мовно-рухового аналізатора.

Внаслідок того, що у першій сигнальній системі дійсність сприймається безпосередньо у чуттєво-конкретних образах, у тварин і людини можливе здійснення предметного конкретного мислення.

На відміну від тварин пусковим механізмом вироблення умовних рефлексів у людини можуть бути не тільки предмети і явища, а й мовні позначення (слово). Діяльність кори великого мозку, що пов’язана з мовою, словом, і проявила себе в людині в процесі трудової діяльності і соціального розвитку, була названа Павловим другою сигнальною системою. Діяльність другої сигнальної системи проявляється у речових умовних рефлексах. Ці рефлекси узагальнено, відсторонено сигналізують людині про оточуючу дійсність. За І. П. Павловим, слово є «сигналом сигналів». Мовні рефлекси другої сигнальної системи формуються завдяки активності нейронів лобової області і області мозкового кінця мовно-рухового аналізатора. Периферичний відділ цього аналізатора представлений рецепторами, що розташовані в органах, які вимовляють слова (рецептори гортані, м’якого піднебіння, язика та ін.). Від рецепторів імпульси надходять по аферентних шляхах у мозковий відділ мовно-рухового аналізатора. Мовно-руховий аналізатор являє собою складну структуру, до якої входять декілька зон кори головного мозку. Функція мовно-рухового аналізатора особливо тісно пов’язана з діяльністю рухового, зорового і звукового аналізаторів.

Утворення умовного рефлексу на основі мовної діяльності є якісною особливістю вищої нервової діяльності людини. З другою сигнальною системою тісно пов’язана особливість вищої нервової діяльності людини – здатність до абстрагування і узагальнення. Сигнальне значення слова пов’язано з його змістовним наповненням.

Між першою та другою сигнальними системами існують тісні функціональні взаємозв’язки. У фізіологічних умовах друга сигнальна система дещо гальмує активність першої сигнальної системи. З появою другої сигнальної системи з’являється новий принцип нервової діяльності – виділення і узагальнення незчисленних сигналів, що надходять у мозок. Цей принцип обумовлює безмежну можливість орієнтування людини у навколишньому світі. Друга сигнальна система є вищим регулятором різних форм поведінки людини у природничому та соціальному середовищі. Але друга сигнальна система правильно відображає зовнішній об’єктивний світ тільки у випадку, якщо постійно зберігається її узгоджена взаємодія з першою сигнальною системою.

Типи вищої нервової діяльності. Під типом нервової системи розуміється сукупність властивостей нервових процесів, які обумовлені набутими у процесі індивідуального життя і успадкованими особливостями організму.

В основу поділу нервової системи на типи І. П. Павлов поклав три властивості нервових процесів збудження і гальмування: силу, врівноваженість і рухливість.

Під силою нервових процесів розуміють здатність клітин кори головного мозку зберігати адекватні реакції на сильні і надсильні подразники.

Під врівноваженістю нервових процесів розуміють однакове за силою проявляння процесів збудження і процесів гальмування. Нервові процеси можуть бути врівноваженими, збалансованими, або один з них може переважати інший. Частіше процесом, що переважає, є збудження.

Рухливість нервових процесів характеризує швидкість переходу процесу збудження у процес гальмування, і навпаки.

За результатами дослідження особливостей нервових процесів Павлов виділив основні типи нервової системи: два крайніх і один центральний. Крайніми є сильний неврівноважений і слабкий загальмований.

Сильний неврівноважений тип характеризується сильними, неврівноваженими і рухливими нервовими процесами; процес збудження переважає процес гальмування.

Слабкий загальмований тип характеризується слабкими неврівноваженими нервовими процесами, переважає процес гальмування.

Центральному типу властиві сильні і врівноважені нервові процеси, в залежності від їх рухливості цей тип поділяється на сильний врівноважений рухливий та сильний врівноважений інертний типи.

Сильний врівноважений рухливий – нервові процеси сильні, рухливі, врівноважені.

Сильний врівноважений інертний – нервові процеси сильні, врівноважені, але малорухливі.

При визначенні типів характеру людини необхідно враховувати якісні особливості вищої нервової діяльності людини, наявність у неї двох сигнальних систем і їх взаємодію. В залежності від цього І. П. Павлов поділив людей за рисами характеру на чотири типи:

холерик – збудливий тип. Нервові процеси сильні, рухливі, неврівноважені, переважає збудження. Це дуже енергійні, запальні люди;

меланхолік – людина зі слабкими, неврівноваженими, малорухливими нервовими процесами, в яких переважає гальмування;

сангвінік – нервові процеси сильні, врівноважені, рухливі. Це життєрадісні люди;

флегматик – нервові процеси сильні, врівноважені, але малорухливі, інертні.

Враховуючи особливості взаємодії першої та другої сигнальних систем, Павлов додатково виділив три істинно людських типи.

Художній тип. У людей цієї групи за ступенем розвитку перша сигнальна система переважає другу. Люди цього типу у процесі мислення часто використовують чуттєві образи навколишнього світу. До них належать художники, письменники, тобто люди творчих професій.

Розумовий тип. У осіб цієї групи друга сигнальна система значно переважає першу. Люди цього типу здатні до відстороненого, абстрактного мислення, часто за професією є математиками, філософами.

Середній тип. Цей тип характеризується однаковим значенням першої і другої сигнальних систем. Більшість людей належать до цього типу.

Будь-яка діяльність людини – і розумова, і поведінкова, – передбачає наявність певних умов у вигляді фону психічної активності, при якому ця діяльність може відбуватися більш успішно, менш успішно, або стає неможливою. Зазвичай легко суб’єктивно відрізнити стан високої працездатності від утоми або сонливості, напруження уваги від неуважності, емоційного збудження від пригніченості. Наявність різних станів свідчить про коливання рівнів активності ЦНС. Відповідь на кожний подразник залежить від функціонального стану, в якому знаходиться людина на момент дії подразника. Рівень психічної активності – результат широкої взаємодії різних фізіологічних процесів.

Сон – стан, що характеризується зупиненням або значним зниженням рухової активності, зниженням функції аналізаторів, зменшенням контактів з оточуючим середовищем, більш-менш повним відключенням свідомості. Сон – життєво важлива потреба організму. На сьогодні сон розглядається як активний стан; як фаза добового (циркадіанного) біоритму, сон виконує адаптивну функцію. Уві сні відбувається відновлення короткотривалої пам’яті, емоційної рівноваги, ушкодженої системи психологічного захисту. Розрізняють кілька видів сну:

природний фізіологічний сон має періодичний характер. Він може бути сезонним (зимова сплячка у тварин) і добовим (нічний або денний);

гіпнотичний сон являє собою частковий сон, який характеризується неповним гальмуванням кори великих півкуль головного мозку зі збереженням деякого контакту із зовнішнім світом;

наркотичний сон виникає під впливом дії на організм різних речовин (ефір, хлороформ, різні токсини тощо);

патологічний сон виникає внаслідок різних розладів ЦНС. Патологічний сон характеризується підвищеною сонливістю, він може бути дуже тривалим.

Найбільш виразним проявом нормального сну є пригнічення рефлекторної діяльності. При цьому умовно-рефлекторна діяльність практично відсутня, а безумовно-рефлекторна значно знижена. Спостерігається зниження чутливості шкірних, нюхових, смакових, зорових, слухових рецепторів. Але ослаблення аналізаторної діяльності не викликає повної пригніченості активності кори. Аферентні імпульси досягають кори під час сну, але сприймається і відображається незначна частина інформації, що надходить. Усе ж таки відчуття (інформація), отримані під час неспання при контакті з навколишнім середовищем, під час сну аналізуються, уточнюються, синтезуються, утворюються різні їх комбінації, що може відобразитись у сновидіннях. Мозок, звільнений під час сну від великої кількості сенсорної інформації, потрапляє в ідеальні умови для переробки інформації, отриманої раніше, «домислювання» проблем та питань, над якими мозок працював під час неспання.

Виділяють такі фази сну:

стадія І – дрімота, процес занурювання у сон. Ця фаза нетривала – 1–7 хв.; інколи спостерігаються повільні рухи очних яблук;

стадія ІІ – стадія поглиблення сну, найбільш тривала, до 50 % від усього часу сну;

стадія ІІІ – характеризується повільними хвилями біоелектричної активності; рухи очних яблук відсутні;

стадія IV – стадія швидкого, або «парадоксального» сну, відмічаються швидкі рухи очних яблук.

Нічний сон складається з 4–5 циклів, кожен з яких починається з перших стадій «повільного» сну і закінчується «швидким сном».

Сновидіння І. М. Сєченов називав «неможливими комбінаціями можливих речей». Фізіологічне значення сновидінь полягає у тому, що в сновидіннях використовується механізм мислення образами для вирішення проблем, які не вдалося вирішити під час неспання. Сновидіння є механізмом своєрідного захисту – примирення конфліктів, не вирішених у стані неспання, зняття напруженості і тривожності.

Під увагою розуміють стан активного неспання, який характеризується готовністю відповісти на стимул (подразник), і проявляється у спрямованості психічної діяльності на певний об’єкт. За допомогою уваги забезпечується збирання необхідної інформації. Увага безпосередньо пов’язана з вибірковістю, довільним і мимовільним характером психічних процесів, усвідомленістю і автоматизацією психічних актів.

Мотивації – це спонукання до діяльності, пов’язані з задоволенням певних потреб. Мотивації можуть бути довільними і мимовільними. Мимовільні мотивації називають спонуканнями, або потягом. Вони відображають внутрішні зрушення в організмі, пов’язані з біологічними потребами – голодом, жагою тощо.

Емоції – це суб’єктивні хвилювання, що виникають при різних поведінкових реакціях організму і супроводжуються певними соматичними і вегетативними реакціями. Емоції формуються на базі певних потреб організму, стимулом для них є мотиваційне збудження. Усі емоції поділяють на позитивні ы негативні, вищі і нижчі, біологічні і соціальні. Тобто, емоції – це система внутрішнього заохочування і покарання. Емоції виникають за рахунок діяльності спеціалізованих нервових центрів. До цих центрів належать гіпоталамус, мигдалевидне ядро і лімбічна кора.

Пам’ять – це здатність ЦНС на короткий або тривалий час зберігати відбитки, сліди, які утворюються в результаті сприйняття предметів і явищ навколишнього світу після закінчення їхньої дії. Розрізняють три види пам’яті: безпосередню, тимчасову і довготривалу.

Безпосередня пам’ять (відбиток) забезпечує утримання достатньо повного і детального образу навколишнього світу лише протягом 50–500 мс. Цей вид пам’яті характеризується індивідуальними параметрами у різних людей, змінюється протягом життя людини і залежить від функціонального стану організму. Тривалість збереження образу навколишнього світу неоднакова для різних органів чуття. Найбільш тривало зберігаються зорові образи.

Тимчасова пам’ять формується на базі безпосередньої пам’яті і забезпечує утримання обмеженої частини сигналів, що надходять із навколишнього світу. Тимчасова пам’ять якісно відрізняється від безпосередньої пам’яті тим, що дозволяє відтворювати частину представленого матеріалу і тим самим деякий час утримувати в пам’яті певну кількість інформації.

Довготривала пам’ять забезпечує збереження інформації необмежений час. У системі довготривалої пам’яті, яка є практично необмеженою, зберігається необмежена кількість інформації, яка не змінюється протягом тривалого часу.

Тема 7. Система крові. Фізико-хімічні властивості крові. Властивості еритроцитів, лейкоцитів,тромбоцитів. Процеси гемостазу. Групи крові.

План лекції:

1. Система крові. Кров як внутрішнє середовище організму.

2. Склад та функції крові.

3. Форменні елементи крові. Гемоглобін.

4. Згортання крові.

5. Групи крові. Резус-фактор.

6. Гемопоез.

Система крові складається з крові, що рухається по судинах, депонованої крові, кровотворних органів (червоний кістковий мозок, лімфовузли, тимус, селезінка, фолікули травного каналу), органів, де руйнуються елементи крові, та нервових і гуморальних механізмів регуляції кровотворення, депонування та дедепонування. Кінцевий пристосовницький результат функціонування системи крові – гуморальна єдність всіх складових організму, забезпечення транспорту речовин та газів. Кров разом з лімфою, тканинною та цереброваскулярною рідиною є внутрішнім середовищем організму і являє собою рідину червоного кольору. Кров складається з рідкої частини – плазми і форменних елементів, до яких належать еритроцити, лейкоцити, тромбоцити (кров’яні пластинки). Форменні елементи складають 45 % об’єму крові, плазма – 55 %. Кількість крові в організмі людини становить приблизно 7 % від маси тіла людини (4,5–5 літрів).

Функції крові:

1. Транспортна функція крові підрозділяється на: поживну – вона полягає у перенесенні поживних речовин та продуктів обміну речовин; дихальну – перенесення кисню та вуглекислого газу; регуляторну – транспорт гормонів та біологічно активних речовин обумовлює регуляцію функцій.

2. Підтримання сталості внутрішнього середовища – функція полягає у підтриманні постійності рН, складу крові, інших показників.

3. Терморегуляторна функція – кров, що циркулює, об’єднує органи, в яких виробляється тепло, з органами, які віддають тепло.

4. Захисна функція полягає у забезпеченні рідинного імунітету (вироблення антитіл) і фагоцитозі (клітинний імунітет).

5. Об’єднувальна функція – кров об’єднує організм, забезпечуючи його гуморальну єдність.

Форменні елементи крові. До форменних елементів крові належать еритроцити, лейкоцити, тромбоцити.

Еритроцити (червоні кров’яні тільця) – без’ядерні клітини, які мають форму двоввігнутого диска. В 1 мм3 крові їх міститься у чоловіків від 4,5 до 5,5 млн, у жінок 3,7–4,7 млн. Загальна площа еритроцитів приблизно 3800 м2 , що в 1500–2000 разів більше за площу тіла людини. Велика площа поверхні еритроцитів, відсутність ядра сприяють оптимальному виконанню головної функції – перенесення газів. Кількість еритроцитів може змінюватись під впливом факторів зовнішнього або внутрішнього середовища (м’язова робота, втрата рідини організмом, перебування на великих висотах тощо). Підвищення кількості еритроцитів – це еритроцитоз, зменшення – еритропенія. Основною функцією еритроцитів є перенесення кисню з альвеол легенів до тканин та вуглекислого газу від тканин до легенів. Дихальний пігмент гемоглобін утворює одну з буферних систем крові. Еритроцити беруть участь у транспортуванні води з тканин до легенів, де вона виділяється з видихуваним повітрям. Поверхня еритроцитів адсорбує деякі токсичні речовини; еритроцити несуть в собі ферменти, вітаміни та ін., в еритроцитах міститься близько 100 різних речовин.

У кожному еритроциті міститься близько 300 млн молекул гемоглобіну (Hb). Гемоглобін – дихальний пігмент, відноситься до складних глобулінових білків. Молекула гемоглобіну складається з двох частин – білка глобіну та залізовмісного гема. Залізо у гемогрупах двовалентне. Кожна молекула гемоглобіну приєднує чотири молекули кисню. В крові людини міститься 12–14 % гемоглобіну, 1 г його зв’язує 1,345 мл кисню. У капілярах легенів кисень обернено приєднується до заліза гемогруп, утворюється оксигемоглобін. У капілярах великого кола кровообігу відбувається віддача кисню тканинам. У нормі в крові людини можуть бути присутні: гемоглобін (Hb), оксигемоглобін (HbO2) – з’єднання гемоглобіну з киснем, карбгемоглобін (HbCO2) – з’єднання гемоглобіну з вуглекислим газом; ці з’єднання легко дисоціюють (розпадаються). При отруєнні угарним газом утворюється стійка сполука, що дуже повільно дисоціює – карбоксигемоглобін (HbCO); гемоглобін з угарним газом має більшу спорідненість, ніж з киснем, і тому гемоглобін втрачає можливість приєднувати кисень, у тканинах спостерігається нестача кисню, що може призвести до смерті людини. При деяких патологічних станах (отруєння фенацетином та ін.) в крові з’являється стійка сполука кисню з гемоглобіном, у якому молекула кисню окислює залізо, залізо стає тривалентним, у випадках накопичення метгемоглобіну в крові у великій кількості транспорт кисню стає неможливим, людина гине.

Лейкоцити – білі кров’яні тільця, безбарвні клітини, що мають ядро. В 1 мм3 крові 6–8 тис. лейкоцитів. Збільшення кількості лейкоцитів – лейкоцитоз, зменшення – лейкопенія. Лейкоцити поділяються на дві групи – зернисті лейкоцити (гранулоцити), у протоплазмі яких містяться включення у вигляді зерен, та незернисті (агранулоцити). До гранулоцитів належать еозинофіли (2–4 %), базофіли (0–1 %), нейтрофіли (паличкоядерних 3–6 %, сегментоядерних 51–67 %). При гострих запалювальних процесах (гострий бронхіт, запалення легенів) збільшується кількість нейтрофілів; при алергічних станах (бронхіальна астма та ін.), глистних інвазіях, спостерігається еозинофілія. До агранулоцитів відносяться лімфоцити та моноцити. Кількість лімфоцитів збільшується при хронічних захворюваннях (ревматизм, туберкульоз). Лейкоцити мають здатність до руху (амебоподібна рухливість), можуть проникати через стінку капіляра (діапедез), можуть поглинати та перетравлювати чужорідні тіла, мікроорганізми (фагоцитоз). Однією з важливих функцій лейкоцитів є захисна функція – лейкоцити можуть виробляти спеціальні речовини, які викликають загибель мікроорганізмів, знешкоджують продукти життєдіяльності бактерій, утворюючи антитоксини; лейкоцити (лімфоцити) здатні до вироблення антитіл; базофіли та еозинофіли беруть участь у згортанні крові; лейкоцити стимулюють регенеративні (відновлювальні) процеси в організмі, прискорюють загоєння ран; моноцити беруть активну участь у процесах руйнування відмираючих клітин; виконують ферментативну функцію (вони містять багато різних ферментів).

Тромбоцити, або кров’яні пластинки, що не мають ядра. В 1 мм3 крові міститься 320 тис. тромбоцитів. Тромбоцити, як і лейкоцити, здатні до фагоцитозу та руху. Основною функцією тромбоцитів є участь в процесі згортання крові і фібринолізі (розчинення кров’яного згустку); тромбоцити виконують захисну функцію за рахунок склеювання (аглютинації) бактерій та фагоцитозу, змінюють проникність стінок капілярів, виділяючи в кров серотонін та особливий білок. Збільшення кількості тромбоцитів – тромбоцитоз, зменшення – тромбопенія.

Згортання крові є важливим захисним механізмом, який запобігає втраті крові організмом. Згортання крові – ланцюгова фізико-хімічна, ферментативна реакція. В процесі згортання беруть участь чотири основні фактори – фібриноген, протромбін, тромбопластин, іони кальцію; існує ще ряд додаткових факторів, одні з яких пришвидшують згортання, інші – уповільнюють. Фактори згортання крові є у плазмі, форменних елементах крові, тканинах і клітинах організму. До того моменту, з якого починається взаємодія компонентів системи згортання, відбувається перший етап, що супроводжується реакцією ушкоджених тканин – судинно-тромбоцитарний гемостаз. Спочатку відбувається рефлекторний судинний спазм, потім форменні елементи, проходячи повз місце пошкодження судини, затримуються там, склеюються, утворюючи згусток, який ущільнюється, утворює так звану тромбоцитарну пробку, яка забезпечує гемостаз. Гемостаз – сукупність фізіологічних процесів, результатом яких є зупинення кровотечі. В результаті утворення тромбоцитарної пробки через 2–3 хв. після травми відбувається зупинка кровотечі. Після цього етапу починаються процеси ферментативного згортання крові, що відбуваються послідовними фазами. Перша фаза – утворення активного тромбопластину, який відсутній в організмі, в результаті взаємодії багатьох факторів (тканинні або кров’яні попередники тромбопластину, плазменні фактори згортання V, VI, VIII, IX, X, XI, Ca2+ та ін.). У другій фазі відбувається активація протромбіну і перетворення його на тромбін під впливом активного тромбопластину. У третій фазі під дією тромбіну та іонів Ca2+ відбувається перетворення розчиненого в плазмі білка фібриногену у нерозчинну форму – фібрин. Нитки нерозчинного фібриногену утворюють згусток, який ущільнюється (ретракція згустку), з нього віджимається сироватка – утворюється тромб. Через деякий час завдяки наявності у крові протизгортальної системи відбувається розчинення тромбів – у нормі кров в організмі людини має знаходитись в рідкому стані.

Основоположниками поділу крові на групи були К. Ландштейнер (Нобелівська премія 1930 р. за відкриття груп крові) та Ян Янський. Було виділено чотири групи крові, що зустрічаються у людей. В основі поділу крові на групи лежить реакція аглютинації, яка обумовлена наявністю в еритроцитах певних антигенів, а в плазмі – антитіл. Антигени еритроцитів прийнято називати аглютиногенами, головні з них – аглютиногени А і В; антитіла плазми називають аглютинінами, головні з них – аглютиніни альфа та бета (α, β). Аглютиноген А та аглютинін альфа, аглютиноген В та аглютинін бета звуться однойменними. В крові людини не може бути однойменних аглютиногенів і аглютинінів, при їх зустрічі розвивається реакція аглютинації. Існує дві класифікації для розподілу крові на групи – система АВО та система І, ІІ, ІІІ, ІV. В еритроцитах І (О) групи немає аглютиногенів, у плазмі є аглютиніни α та β; в еритроцитах ІІ (А) групи є аглютиноген А, у плазмі є аглютинін β; в еритроцитах ІІІ (В) групи є аглютиноген В, у плазмі є аглютинін α; в еритроцитах ІV (АВ) групи є аглютиногени А та В, у плазмі немає аглютинінів.

При змішуванні крові різних груп, якщо зустрічаються однойменні тіла, виникає реакція аглютинації, під час якої еритроцити склеюються у так звані «монетні стовпчики»; склеєні еритроцити затрудняють циркуляцію крові, потім вони руйнуються (гемоліз). Токсичні продукти розпаду еритроцитів потрапляють у кров, отруюють організм. Переливання несумісних груп крові викликає тяжкий патологічний стан, який може закінчитися смертю людини. Переливати можна тільки кров такої ж групи – одногрупну. При необхідності можливо переливати кров І (О) групи реципієнтам з усіма іншими групами, оскільки еритроцити крові І (О) групи не несуть аглютиногенів, а аглютинінами плазми можна знехтувати, тому що переливається, як правило, невелика кількість крові, і аглютиніни плазми донора, потрапляючи в судинне русло реципієнта, відразу багатократно розбавляються його кров’ю. Можливе переливання невеликої кількості крові ІІ (А) групи реципієнтам з ІV (АВ) групою та ін. (у залежності від наявності аглютиногенів, аглютинінів), але тільки в екстремальних умовах – за нормальних умов переливають тільки одногрупну кров. Це пояснюється відкриттям ще багатьох білків (факторів), які мають чітку групову приналежність і також можуть викликати реакцію аглютинації. Перед переливанням необхідно визначити сумісність крові донора та реципієнта.

У 1940 р. К. Ландштейнер і В. Вінер відкрили ще один аглютиноген крові людини. Він був знайдений в еритроцитах мавп-макак породи «резус», тому має назву «резус-фактор» (Rh). Цей фактор міститься в еритроцитах 85 % людей – це резус-позитивні люди, у 15 % людей цього фактора немає, вони відносяться до резус-негативних. При введенні резус-позитивних еритроцитів (кров донора) у резус-негативну кров (кров реципієнта) у резус-негативній крові виробляються антитіла, які склеюють еритроцити донорської крові (реакція аглютинації). На відміну від аглютиногенів А і В, яким у плазмі відповідають аглютиніни α і β, резус-фактор не має відповідних природжених антитіл. Але ці антитіла виробляються в ретикулоендотеліальній системі людини після введення резус-негативній людині (реципієнту) резус-позитивної донорської крові і зберігаються протягом тривалого часу. Після першого такого введення еритроцити донорської крові не встигають склеїтись, але починають вироблятися антитіла, і після повторного введення розвивається аглютинація еритроцитів донорської крові, що може призвести до летального наслідку. Отже, визначення резус-належності має велике значення, особливо в акушерській практиці. Система кровообігу плода і система кровообігу матері сполучаються; у випадку наявності резус-позитивної крові у плода і резус-негативної крові у матері еритроцити плода, потрапляючи в кров матері, викликають вироблення в ній антитіл до чужорідного білка (резус-фактор) крові плода. Ці антитіла по системі кровообігу, що сполучається, потрапляють в кров плода і викликають склеювання його еритроцитів, внаслідок чого плід гине. У випадку наявності резус-негативної крові у плода і резус-позитивної крові у матері, еритроцити матері, потрапляючи в кров плода, викликають вироблення в ній антитіл до чужорідного білка (резус-фактор) крові матері. Ці антитіла по системі кровообігу, що сполучається, потрапляють у кров матері і викликають склеювання еритроцитів її крові. Як правило, це не викликає смерті матері, але токсини, що утворилися внаслідок руйнування еритроцитів матері, потрапляють у кров плода, викликають отруєння його організму, негативно впливають на печінку; як наслідок, у новонародженого спостерігається тимчасова жовтяниця.

Гемопоез – це процеси кровотворення, вони поділяються на еритропоез – утворення еритроцитів, лейкопоез – утворення лейкоцитів, тромбопоез – утворення тромбоцитів і відбуваються в червоному кістковому мозку, селезінці, лімфатичних вузлах тощо. У фізіологічних умовах процеси кровотворення посилюються при потраплянні у високогірну місцевість. Стимулюють процеси кровотворення фактори, що містяться у продуктах харчування, особливо багаті на них яйця, печінка, дріжджі, пророщена пшениця, м’ясо.

Тема 8.Система кровообігу. Дослідження регуляції діяльності серця. Дослідження артеріального тиску у людини. Регуляція тонусу судин ротової порожнини.

План лекції:

1. Будова і функції системи кровообігу.

2. Будова і функції серця. Фізіологічні властивості серцевого м’яза.

3. Основні показники діяльності серця. Регуляція діяльності серця.

4. Фізіологічна характеристика кровоносних судин.

5. Гемодинамічні показники руху крові по судинах.

6. Артеріальний тиск. Регуляція судинного тонусу.

Система кровообігу складається з серця та судин. Головною функцією системи кровообігу є постачання крові органам та тканинам. Завдяки скорочувальній діяльності серця забезпечується рух крові по замкненій системі судин. Велике коло кровообігу починається аортою, яка відходить від лівого шлуночка і переходить в артерії та артеріоли, що закінчуються капілярами. У капілярах кров віддає тканинам кисень та поживні речовини, отримує з тканин продукти обміну речовин. Капіляри переходять у венули, які потім збираються у середні та великі вени. Кров від верхньої частини тулуба надходить у верхню порожнисту вену, від нижньої – у нижню порожнисту вену. Ці обидві вени впадають у праве передсердя, у якому закінчується велике коло кровообігу. Мале коло кровообігу починається легеневою артерією (легеневий стовбур), яка відходить від правого шлуночка і несе у легені венозну кров, розгалужуючись на дві гілки, що йдуть до лівої та правої легені. У капілярах легенів кров віддає вуглекислий газ і збагачується киснем. Капіляри зливаються у вени, які несуть збагачену киснем артеріальну кров до серця. По чотирьох венах артеріальна кров надходить у ліве передсердя, потім у лівий шлуночок.

Серце людини – чотирикамерний м’язовий порожнистий орган, його маса 250–500 г (0,4 % від маси його тіла). Поздовжньою перегородкою (у нормі без отворів, що запобігає змішуванню крові) серце поділяється на ліву і праву половини. Кожна половина горизонтальною перегородкою поділяється на передсердя та шлуночок. У цих перегородках є отвори, через які кров із передсердь надходить до шлуночків. Ці отвори закриваються атрівентрикулярними клапанами. Між лівим передсердям і лівим шлуночком є двостулковий (мітральний) клапан, між правим передсердям і правим шлуночком є тристулковий клапан. Клапани тонкими і міцними сухожилковими нитями з’єднуються з сосочковими м’язами, ці м’язи не дають клапанам вивертатися у бік передсердь. При розслаблених (під час їх наповнення кров’ю) шлуночках клапани вільно пропускають кров тільки у напрямку від передсердь до шлуночків, перешкоджаючи зворотній течії крові. Односторонній рух крові забезпечується скороченням м’язів серця і системою клапанів. Між аортою і лівим шлуночком, між легеневим стовбуром і правим шлуночком розташовані півмісяцеві клапани. Кожен клапан складається з трьох стулок у вигляді кишеньок. При скороченні шлуночків кров надходить в аорту і легеневий стовбур, при їх заповненні кров намагається повернутися у шлуночки, заповнює кишеньки, вони розширюються, перешкоджаючи зворотній течії крові.

Стінка серця складається з трьох шарів: ендокарду (внутрішній шар), міокарду (середній м’язовий шар) і перикарду (зовнішній шар, серозна оболонка, є внутрішнім листком навколосерцевої сумки). Найбільш складну будову має міокард, який складається з посмугованої м’язової тканини. М’язовий шар передсердь розвинений менше, ніж м’язовий шар шлуночків, що пов’язано з особливостями функцій, які виконує кожний відділ серця.

Серцевий м’яз характеризується такими властивостями: автоматія, збудливість, провідність, скоротливість.

Автоматія серцевого м’яза – це здатність серцевого м’яза до ритмічних скорочень, що виникають у самому м’язові. У серці розрізняють посмуговані м’язи і атипічну тканину, в якій виникає і проводиться збудження. У людини з атипічної тканини побудована провідна система серця, яка складається з вузлів та провідних шляхів. До вузлів належать:

синоатріальний вузол, який розташований на задній поверхні правого передсердя, у місці входження порожнистих вен;

атріовентрикулярний вузол, розташований у правому передсерді біля перегородки між передсердями та шлуночками.

До провідних шляхів належать пучок Гіса, який відходить від атріовентрикулярного вузла одним стовбуром, проходить по перегородці між передсердями та шлуночками, поділяється на дві ніжки, що йдуть по правому і лівому шлуночках і закінчуються у м’язах шлуночків волокнами Пуркіньє.

Синоатріальний вузол є головним, у ньому виникають імпульси, що визначають частоту серцевих скорочень. У нормі атріовентрикулярний вузол і пучок Гіса є тільки провідниками збудження від синоатріального вузла. Природа автоматії пояснюється діастолічною деполяризацією – під час діастоли відбувається поступове збільшення деполяризації.

Серцевий цикл. У діяльності серця є систола (скорочення) і діастола (розслаблення). Загальна тривалість серцевого циклу 0,8 с. Розрізняють систолу та діастолу передсердь, систолу та діастолу шлуночків та загальну паузу (діастолу). Серцевий цикл починається з систоли передсердь (0,1 с), у цей період кров вільно переходить із передсердь у шлуночки. Друга фаза – систола шлуночків (0,3 с – атріовентрикулярні клапани змикаються, тиск у шлуночках підвищується і кров надходить у аорту та легеневий стовбур. Частково систола шлуночків співпадає з діастолою передсердь. Третя фаза – загальна пауза, у цей період продовжується розслаблення передсердь, яке супроводжується діастолою шлуночків.

Головними показниками, що характеризують скорочувальну функцію серця, є величини хвилинного і систолічного об’ємів кровотоку. Хвилинний об’єм кровотоку – це кількість крові, що викидається шлуночками у судинне русло за 1 хв., у дорослої людини цей показник дорівнює 4,5–5 л. Якщо поділити кількість крові, що виходить із серця за 1 хв., на кількість скорочень серця за хвилину, отримаємо систолічний об’єм кровотоку – кількість крові, що виходить із серця під час однієї систоли (40–70 мл).

Загальну картину проведення збудження у серці показує електрокардіограма (ЕКГ), або запис біопотенціалів серця. ЕКГ складається з зубців і інтервалів між ними. Висота зубців характеризує збудливість, тривалість зубців і інтервалів між ними відображає швидкість проведення імпульсів у серці. ЕКГ має три спрямованих вверх (позитивних) зубця P, R, T і два спрямованих вниз (негативних) зубця Q і S. Комплекс зубців QRS відображає швидкість розповсюдження збудження по м’язах шлуночків, інтервал P–Q характеризує швидкість розповсюдження збудження від головного вузла до шлуночків, інтервал T–P характеризує загальну паузу.

Регуляція діяльності серця здійснюється за рахунок нейрогуморальних впливів, що змінюють інтенсивність скорочень серця і пристосовують його діяльність до потреб організму та умов існування. Вплив нервової системи на діяльність серця здійснюється за рахунок блукаючих та симпатичних нервів, що належать до вегетативної нервової системи. Блукаючі нерви йдуть до серця від ядер, які розташовані у довгастому мозку, закінчуються у синоатріальному і атріовентрикулярному вузлах; збудження блукаючих нервів, зменшують частоту і силу скорочень серця, знижують збудливість і тонус серцевого м’яза, швидкість проведення збудження. Симпатичні нерви при їх збудженні збільшують ритм і силу скорочень серця, підвищують збудливість і тонус серцевого м’яза, швидкість проведення збудження.

Гуморальні впливи на діяльність серця здійснюються гормонами, деякими електролітами і іншими активними речовинами, що надходять у кров і є продуктами життєдіяльності органів і тканин. Ацетилхолін і норадреналін здійснюють на серце вплив, аналогічний впливу парасимпатичних (блукаючих) нервів. Ацетилхолін синтезується у закінченнях блукаючого нерва. Норадреналін (медіатор, утворюється у закінченнях симпатичних нервів) і адреналін (гормон наднирок) здійснюють на серце вплив, аналогічний впливу симпатичних нервів. Норадреналін і адреналін стимулюють обмінні процеси у серцевому м’язі, підвищують енерговитрати, збільшуючи потреби міокарду у кисні. Адреналін викликає розширення коронарних судин, що сприяє покращенню живлення серцевого м’яза. Важливу роль у регуляції діяльності серця відіграють гормони кори наднирок і щитовидної залози. Гормони кори наднирок – мінералкортикоїди – підвищують проникність мембран клітин серця для іонів натрію, що забезпечує зміну потенціалу клітини. Гормон щитовидної залози – тіроксин – стимулює обмінні процеси у серці і збільшує його чутливість до впливів симпатичних нервів.

У судинній кровоносній системі розрізняють кілька типів судин: магістральні судини, судини опору, справжні капіляри, судини-шунти, судини-ємкості. Магістральні – найбільші артерії, у них пульсуючий кровоток перетворюється на рівномірний, спокійний. Стінки цих судин містять невелику кількість гладеньких м’язових волокон, тому вони здійснюють незначний опір кровотоку. Судини опору – це прекапілярні (невеликі артерії, артеріоли, прекапілярні сфінктери) і докапілярні (невеликі вени, венули) судини; співвідношення між тонусом пре- і посткапілярних судин визначає рівень тиску в капілярах, величину фільтраційного тиску і інтенсивність обміну рідини. Справжні капіляри виконують функцію обміну речовинами між кров’ю і тканинами. Ємкісні судини – це венозна частина судинної системи, ці судини вміщують 70–80 % всієї крові. Судини-шунти – артеріовенозні анастомози, вони забезпечують зв’язок між невеликими артеріями і венами в обхід капілярів.

Рух крові по судинах визначається різницею тисків на початку і в кінці судини та опором стінок судин. Основними гемодинамічними показниками руху крові є об’ємна та лінійна швидкість кровотоку, швидкість кругообігу крові і тиск у різних відділах судинного русла. Об’ємна швидкість кровотоку визначається кількістю крові, що проходить через поперечний розріз судини за одиницю часу, залежить від різниці тисків на початку і в кінці судинної системи. Лінійна швидкість кровотоку – це відстань, яку проходить частка крові за одиницю часу, вона різна для різних ділянок судинної системи і залежить від сумарного перерізу судин даного калібру. Швидкість кругообігу крові характеризується часом, за який частка крові проходить велике і мале коло кровообігу (20–25 с).

Тиск крові у різних ділянках судинної системи неоднаковий – в артеріях вищий, ніж у венах, що пояснюється різним функціональним призначенням: в аорті 100–120 мм рт. ст., в артеріолах 55 мм рт. ст., у капілярах 25 мм рт. ст., у венах 3–5 мм рт. ст. Визначають систолічний (АТсист.), діастолічний (АТдіаст.), пульсовий (АТпульс.) і середній (АТсер.) тиск крові. Систолічний тиск – це тиск крові в артеріях під час систоли, у нормі дорівнює 120 мм рт. ст. Діастолічний – це тиск крові в артеріях під час діастоли, у нормі дорівнює 70 мм рт. ст. Різниця між систолічним і діастолічним тиском – пульсовий тиск. Середній артеріальний тиск дорівнює сумі діастолічного і 1/3 пульсового тиску. Підвищення артеріального тиску – це гіпертонія, зниження – гіпотонія. Артеріальний пульс – це періодичне розширення стінок артерій, що обумовлюється надходженням крові в аорту під час систоли лівого шлуночка. Пульс характеризується частотою, ритмічністю, наповненням.

Регуляція судинного тонусу. Судинний тонус – це постійне напруження стінок судин, від цього фактора залежить тиск крові. Механізми регуляції судинного тонусу є нейрогуморальні центральні, з судинним центром у довгастому мозку, і місцеві, реґіонарні, спрямовані на потреби певного органу.

Тема 9. Фізіологія дихання. Роль ротової порожнини в диханні та мовотворенні.

План лекції:

1. Значення дихання для організму.

2. Морфофункціональна характеристика системи дихання.

3. Дихальний цикл. Механізм вдиху і видиху.

4. Легеневі об’єми.

5. Регуляція дихання.

Дихання – невід’ємна ознака життя, надходження в організм кисню, необхідного для життєдіяльності, і виділення вуглекислого газу. Дихання забезпечується складним комплексом процесів, які поділяються на такі етапи:

1) обмін газів між атмосферою і альвеолами легенів;

2) обмін газів між повітрям альвеол і кров’ю;

3) зв’язування газів і їх транспортування кров’ю;

4) обмін газів між кров’ю і тканинами (тканинне дихання).

Перший і другий етапи відносяться до зовнішнього дихання – це газообмін між організмом і оточуючим його атмосферним повітрям. Здійснюється зовнішнє дихання за рахунок активності апарату зовнішнього дихання. До апарату зовнішнього дихання належать: дихальні шляхи, легені, плевра, скелет грудної клітки і її м’язи, діафрагма. Основною функцією апарату зовнішнього дихання є забезпечення організму киснем і звільнення його від надлишків вуглекислого газу. Функціональний стан апарату зовнішнього дихання характеризується частотою, глибиною дихання, величиною легеневих об’ємів, показниками поглинання кисню і виділення вуглекислого газу тощо. Зв’язування і транспорт газів здійснюється кров’ю; транспорт забезпечується за рахунок різниці парціального тиску газів. Під парціальним тиском розуміють ту частину тиску, що приходиться на цей газ у суміші. Найбільший парціальний тиск кисню – в атмосферному повітрі. Тканинне дихання поділяється на два етапи:

1) обмін газів між кров’ю і тканинами;

2) споживання кисню клітинами і виділення вуглекислого газу.

Людина дихає атмосферним повітрям. Склад вдихуваного повітря: 20,94 % кисню О2, 0,03 % вуглекислого газу СО2, 79,03 % азоту N2. Склад видихуваного повітря: 16,3 % – О2; 4 % – СО2; 79,7 % – N2. Порівняння складу вдихуваного і видихуваного повітря є доказом зовнішнього дихання. Альвеолярне повітря за складом відрізняється від атмосферного, тому що саме з капілярів альвеол кисень переходить у кров, а з крові в альвеоли переходить вуглекислий газ; у повітрі альвеол різко зменшується вміст кисню і збільшується вміст вуглекислого газу. Склад альвеолярного повітря: 14,2–14,6 % О2, 5,2–5,7 % СО2, 79,7–80 % N2.

До системи дихання входять носоглотка, гортань, трахея, бронхи, легені. До органів газообміну відносяться легені, до повітроносних шляхів – носоглотка, гортань, трахея, бронхи. Трахея у грудній порожнині поділяється на два бронхи, кожний з яких дихотомічно галузиться 23 рази. Перші 16 поколінь дихальних шляхів (бронхи та бронхіоли) виконують тільки повітроносну функцію, 17–22 покоління – перехідна зона, у якій частково відбувається газообмін, 23 покоління складається з альвеол, це дихальна, або респіраторна зона. Дихальні шляхи вистелені багатошаровим миготливим епітелієм, його війки коливаються у напрямку до ротової порожнини, слизова оболонка містить багато залоз, які виділяють слиз. Завдяки цьому повітря зволожується, очищується, зігрівається. Будова легенів забезпечує виконання дихальної функції – газообміну. Тонка стінка альвеол складається з одношарового епітелію, через який легко проходить газ. Кожна альвеола обплетена густою сіткою капілярів – це розгалуження легеневої артерії. Артерії швидко і легко розтягуються, збільшуючи площу газообміну: у людини масою 70 кг площа альвеол під час вдиху дорівнює 80–100 м2, під час видиху – 40–50 м2. Кожна легеня вкрита зверху серозною оболонкою – плеврою, яка складається з двох листків. Між цими листками є вузька щілина, у якій є невелика кількість серозної рідини, що зменшує тертя; при запаленні листків плеври розвивається плеврит.

Дихальний цикл складається з вдиху (0,9–4,7 с), видиху (1,2–6 с), дихальної паузи. Частота дихання у стані спокою становить у середньому 12–18 дихальних рухів на хвилину і визначається кількістю екскурсій (дихальні рухи) грудної клітки. Глибину дихальних рухів визначають за амплітудою екскурсій грудної клітки. На частоту і глибину дихання впливає багато факторів: емоційний стан, розумове і фізичне навантаження, зміна хімічного складу крові, рівень та інтенсивність обміну речовин.

Акт вдиху (інспірація) здійснюється внаслідок збільшення об’єму грудної клітки у трьох напрямках – вертикальному, сагітальному і фронтальному. Зміна об’єму грудної клітки здійснюється за рахунок скорочення дихальних м’язів – зовнішніх міжреберних, міжхрящових і діафрагми. При скороченні зовнішніх міжреберних і міжхрящових м’язів ребра приймають майже горизонтальне положення, піднімаються вверх, при цьому нижній кінець грудини відходить вперед. Завдяки рухові ребер при вдиху розміри грудної клітки збільшуються у поперечному та поздовжньому напрямках. Під час скорочення діафрагми купол її стає плоским і опускається, органи черевної порожнини опускаються вниз, що збільшує об’єм грудної клітки у вертикальному напрямку. На вдиху легені пасивно слідують за розтягнутою грудною кліткою, що збільшує їх об’єм і дихальну поверхню. Зі збільшенням об’єму легенів тиск у них стає нижчим за атмосферний і повітря надходить у легені.

Акт видиху (експірація) здійснюється внаслідок розслаблення зовнішніх міжреберних, міжхрящових м’язів, діафрагми, що сприяє зменшенню об’єму легенів, і повітря виходить з них.

Механізм першого вдиху. В організмі матері газообмін плода здійснюється через судини пуповини, які сполучаються з плацентарною кров’ю матері. Після народження дитини і відокремлення її від плаценти у крові дитини накопичується вуглекислий газ, який є збудником нейронів дихального центру. Дихальний центр реагує також на імпульси від екстерорецепторів (наприклад рецептори шкіри) і пропріорецепторів (рецептори м’язів), ця імпульсація змінюється з народженням дитини, виходом його у зовнішнє середовище, стимулюючи роботу дихального центру.

Для дослідження функціонального стану апарату зовнішнього дихання використовують легеневі об’єми:

дихальний об’єм (ДО) – кількість повітря, яку людина вдихає або видихає у спокійному стані (300–700 мл);

частота дихання (ЧД) – кількість дихальних рухів за хвилину (12–18);

резервний об’єм вдиху (РОвдих) – кількість повітря, яку людина вдихає при максимальному вдиху після спокійного видиху (1500–2000 мл);

резервний об’єм видиху (РОвидих) – кількість повітря, яку людина видихає при максимальному видиху після спокійного вдиху (1500–2000 мл);

залишковий об’єм – об’єм повітря, що залишається у легенях після максимально глибокого видиху (1000–1500 мл);

життєва ємкість легень – кількість повітря, яку людина видихає при максимальному видиху після максимального вдиху (3,5–5 л). До життєвої ємкості легенів входять: дихальний об’єм, резервний об’єм вдиху, резервний об’єм видиху. Показник життєвої ємкості легенів залежить від статі, віку, маси тіла, стану дихальних м’язів та ін.;

загальна ємкість легень – складається з життєвої ємкості легенів і залишкового об’єму легенів;

хвилинний об’єм дихання – кількість повітря, що проходить через легені за одну хвилину, можна визначити шляхом множення дихального об’єму на частоту дихання (6–8 л/хв.).

Легеневі об’єми визначаються спірометром і спірографом.

Регуляція дихання. Ритмічна послідовність вдиху і видиху, зміна характеру дихальних рухів у залежності від стану організму забезпечуються діяльністю дихального центру, який знаходиться у довгастому мозку. Дихальним центром називається сукупність нейронів, які забезпечують діяльність апарату дихання і його пристосування до мінливих умов зовнішнього і внутрішнього середовища. У дихальному центрі є дві групи нейронів – інспіраторні (нейрони вдиху) і експіраторні (нейрони видиху). Між інспіраторними і експіраторними нейронами існує реципрокний функціональний зв’язок – при збудженні інспіраторних нейронів гальмується активність експіраторних, і навпаки. Від дихального центру (довгастий мозок) імпульси надходять до мотонейронів спинного мозку, які іннервують дихальні м’язи. Діафрагма іннервується аконами мотонейронів, розташованих на рівні ІІІ–IV шийних сегментів спинного мозку; міжреберні м’язи іннервуються мотонейронами передніх рогів грудних (ІІІ–ХІІ) сегментів спинного мозку. Регуляція діяльності дихального центру здійснюється гуморально, також за рахунок рефлекторних впливів і нервових імпульсів, що надходять з головного мозку.

Гуморальні впливи. Регулятором активності нейронів дихального центру є вуглекислий газ, який діє на хеморецептори ретикулярної формації довгастого мозку. Зі збільшенням вмісту вуглекислого газу у крові хеморецептори збуджуються; збудження надходить до інспіраторних нейронів і підвищує їх активність – вдихи стають більш глибокими, частими, що сприяє насиченню крові киснем і зниженню вмісту вуглекислого газу у крові. У результаті зниження вмісту вуглекислого газу у крові припиняється вплив на хеморецептори, ритм та глибина дихання нормалізуються. Регуляція дихання корою великих півкуль має свої особливості. Якщо провести експеримент: супроводжувати звуком метронома процес вдихання людиною газової суміші з підвищеним вмістом вуглекислого газу, що стимулює дихальні рухи, то через 10–15 таких сеансів один лише звук метронома викликатиме стимуляцію дихальних рухів – тобто утвориться умовний рефлекс на звуковий подразник. Зміни ритму, глибини дихання, що виникають до початку фізичного навантаження, спортивних змагань тощо також здійснюються за механізмом умовних рефлексів. Ці зміни мають пристосувальне значення. Отже, кіркова регуляція дихання забезпечує необхідний рівень легеневої вентиляції, темп та ритм дихання, адекватні оточуючому середовищу. Регуляція активності дихального центру багаторівнева: перший рівень регуляції – спинний мозок, де розташовані центри діафрагмальних і міжреберних нервів, які обумовлюють скорочення дихальних м’язів. Але цей рівень не забезпечує ритмічну зміну вдиху і видиху, ритм дихання забезпечується другим рівнем регуляції – довгастим мозком. Дихальний центр у довгастому мозку сприймає імпульси від різних структур дихального апарату; цей рівень регуляції забезпечує ритмічну зміну фаз дихання і активізує спинномозкові нейрони, що іннервують дихальні м’язи. Третій рівень регуляції – це верхні відділи головного мозку. Тільки за участі кори великих півкуль головного мозку можливе адекватне пристосування роботи системи дихання до мінливих умов оточуючого середовища.

Тема10. Система травлення. Роль смакової та нюхової сенсорних систем. Травлення в ротовій порожнині.

План лекції:

1. Фізіологічний зміст поняття «травлення». Функції системи травлення.

2. Травлення у ротовій порожнині.

3. Травлення у шлунку.

4. Травлення у тонкому кишечнику.

5. Травлення у товстому кишечнику.

Травлення – сукупність фізичних, хімічних і фізіологічних процесів, що забезпечують обробку і перетворення харчових продуктів у форми, доступні для засвоєння клітинами організму. Травлення є попереднім етапом обміну речовин, в результаті якого стає можливим всмоктування поживних речовин через оболонки травного каналу у кров або лімфу. Фізичні зміни їжі полягають у її механічній обробці, перемішуванні і розчиненні. Хімічні впливи на харчові продукти здійснюються під впливом ферментів, що містяться у соках травних залоз. У процесі травлення їжа втрачає свої специфічні якості і розкладається на прості складові, що можуть бути використані організмом. Вуглеводи розщеплюються до моносахаридів, білки до амінокислот, жири до вільних жирних кислот, гліцерину, моно-, ді-, і тригліцеридів. У травному апараті відбуваються складні фізико-хімічні перетворення їжі від формування харчової грудки у ротовій порожнині до всмоктування і видалення неперетравлених залишків. Ці процеси здійснюються у результаті рухової, всмоктувальної і секреторної функцій апарату травлення. Рухова функція здійснюється м’язами шлунково-кишкового тракту і забезпечує жування, ковтання, перемішування їжі, її рух по шлунково-кишковому тракту і видалення з організму неперетравлених решток. Секреторна функція полягає у виробленні і виділенні клітинами травних залоз травних секретів: слини, шлункового, підшлункового, кишкового соків, жовчі. Всмоктувальна функція здійснюється слизовою оболонкою шлунка, тонкого і товстого кишечника.

Травлення у ротовій порожнині. Їжа знаходиться у ротовій порожнині недовго – тут аналізуються властивості їжі (смак, якість, температура, консистенція), відбувається її подрібнення, формується харчова грудка. Подразнення рецепторів ротової порожнини (смакових, тактильних, температурних, больових) здійснюють вплив на діяльність харчового центру у ЦНС, який рефлекторно здійснює регуляцію секреторної і моторної функцій всього травного тракту. ротова порожнина є зоною, яка забезпечує початок рефлекторної регуляції травної системи. Слина, що відіграє важливу роль у травленні, виділяється трьома парами великих слинних залоз (білявушних, підщелепових та під’язикових) а також багатьма малими, розташованими у слизовій оболонці ротової порожнини. За функціональними ознаками слинні залози поділяються на три групи. До першої належать залози, секрет яких містить багато муцину (слиз). Це невеликі слинні залози кореня язика, твердого і м’якого піднебіння. До другої групи належать залози, секрет яких містить багато води, білка і солей. До них відносяться білявушні і невеликі слинні залози бічної поверхні язика. До третьої групи входять змішані залози – виділяють муцин, солі, білок, воду. До цієї групи відносяться підщелепові, під’язикові та невеликі слинні залози кінчика язика, губів. У ротовій порожнині знаходиться змішана слина. За добу у дорослої людини утворюється 0,5–2 л слини, РН = 5,8–7,36. Слина складається з води (99,5 %), органічних і неорганічних речовин (сухий залишок, 0,5 %). Неорганічні речовини – іони натрію, калію, фтору, заліза та ін. До органічних речовин відносяться білки, ферменти, які діють тільки у слаболужному середовищі. Основними ферментами є амілаза і мальтаза, що розщеплюють складні вуглеводи (крохмаль) до простих (глюкоза, дисахариди). Слина виконує ряд функцій: травну (за рахунок ферментів), створює відчуття смаку (завдяки розчиненню харчових речовин і їхній дії на рецептори смаку), утворює і ослизнює харчову грудку (муцин), слина стимулює секрецію шлункового соку, вона необхідна для акту ковтання. Екскреторна (видільна) функція слини полягає у тому, що у складі слини можуть виділятися продукти обміну (наприклад сечовина). Склад слини залежить від хімічних і фізичних властивостей речовин у ротовій порожнині. Регуляція слиновиділення нейрогуморальна, центр слиновиділення знаходиться у довгастому мозку, імпульси до нього надходять від рецепторів ротової порожнини. Слиновиділення при подразненні рецепторів ротової порожнини – безумовнорефлекторне. Умовнорефлекторним шляхом секреція слинних залоз може збуджуватися при подразненні органів чуття – органів зору, слуху, нюху тощо.

Травлення у шлунку. Місткість шлунку становить близько 3 л. Їжа з ротової порожнини надходить у шлунок, де зазнає подальшої хімічної і механічної обробки. Хімічна обробка їжі здійснюється ферментами шлункового соку, механічна забезпечується моторною діяльністю шлунка. Шлунок складається з кардіального (2/3) і пілоричного (1/3) відділів. Кардіальний відділ поділяється на власне кардіальну частину, тіло та дно. У слизовій оболонці шлунка є три види залоз – фундальні, кардіальні, пілоричні. Залози складаються з основних, додаткових, мукоїдних, обкладинкових клітин, С-клітин та аргентафінних клітин. Основні клітини виробляють пепсиноген; додаткові – соляну кислоту; аргентафінні – попередник серотоніну; С-клітини – гастрин. Слизова оболонка малої кривизни, дна і тіла містить основні, обкладинкові, додаткові і аргентафінні клітини і С-клітини. У пілоричній частині обкладинкові клітини відсутні, внаслідок чого сік цієї частини має слаболужну реакцію.

Функції шлунка: секреторна, моторна, всмоктувальна, екскреторна, інкреторна, бактерицидна:

секреторна функція шлунка забезпечується залозами, що знаходяться у його слизовій оболонці;

моторна здійснюється завдяки скороченням м’язів стінки шлунка (перемішування їжі і рух її у дванадцятипалу кишку);

всмоктувальна функція шлунка полягає у всмоктуванні продуктів розщеплення;

екскреторна – у виділенні із шлунковим соком продуктів обміну білків (сечовина), вуглеводів (молочна кислота) та ін.;

інкреторна функція шлунка пов’язана з виділенням гормонів, які здійснюють специфічну дію на процес травлення;

бактерицидна функція пояснюється бактерицидною дією соляної кислоти шлункового соку.

У дорослої людини за добу утворюється 2–2,5 л шлункового соку, який містить до 99,4 % води, органічні (сечовина, молочна кислота, амінокислоти тощо) та неорганічні речовини (соляна кислота, хлориди, аміак, фосфати, калій, кальцій, бікарбонати). Слиз захищає слизову оболонку шлунка від самоперетравлення, хімічних і механічних впливів. Основний фермент – пепсин, він розщеплює білок. Після надходження їжі у ротову порожнину, або при вдиханні її запаху, навіть спостеріганні їжі, вже через 5–9 хв. починається соковиділення у шлунку.

Регуляція шлункової секреції поділяється на три фази: складнорефлекторна, шлункова, кишкова. Складнорефлекторна регуляція здійснюється на базі умовних і безумовних рефлексів. Умовнорефлекторне відділення шлункового соку викликається запахом, виглядом їжі, звуковими подразненнями, що пов’язані з приготуванням їжі, тобто відбувається при подразненні нюхових, смакових, зорових, слухових рецепторів. Нервові імпульси, що виникають у цих рецепторах, надходять у мозковий відділ відповідних аналізаторів, а звідти у відповідні нейрони кори головного мозку, звідти у харчовий центр довгастого мозку, і до залоз шлунка. Сік починає виділятись у невеликій кількості, але він багатий на ферменти. Безумовнорефлекторний компонент складнорефлекторної фази починається з моменту потрапляння їжі у ротову порожнину. Від рецепторів ротової порожнини, шлунка, аферентні імпульси надходять у харчовий центр у довгастому мозку, звідки імпульси надходять до залоз шлунка і викликають секрецію. Шлункова фаза шлункової секреції починається при подразненні хемо- і механорецепторів слизової оболонки шлунка. Хеморецептори реагують на продукти розщеплення їжі у кишечнику. Кишкова фаза починається з надходження їжі у кишечник. Харчова кашиця подразнює механо- і хеморецептори кишечника, що стимулює шлункове соковиділення.

Механізм переходу хімусу у дванадцятипалу кишку. Завдяки скороченню мускулатури кишечника харчова кашиця рухається від кардіальної частини шлунка до пілоричної і переходить через сфінктер у дванадцятипалу кишку. Вміст шлунка переходить у дванадцятипалу кишку тільки тоді, коли його консистенція стає рідкою; пілоричний сфінктер (між шлунком і дванадцятипалою кишкою) розслабляється при зміні кислотно-лужного балансу – кислий хімус шлунку просочується лужним соком 12-палої кишки, середовище у 12-палій кишці знов стає слаболужним. Надходження нової порції хімусу знову змінює слаболужне середовище 12-палої кишки на кисле, що являється сигналом для закриття сфінктера.

Травлення у дванадцятипалій кишці. 12-пала кишка є центральним відділом травного каналу – тут починається другий етап травлення. У 12-палу кишку потрапляють панкреатичний сік (сік підшлункової залози), жовч (секрет печінки) і кишковий сік, які мають лужну реакцію. До складу підшлункового і кишкового соків входять три види ферментів, які розщеплюють білки, жири, вуглеводи. За добу виділяється 1,5–2 л соку підшлункової залози, до його складу входять органічні і неорганічні речовини. До неорганічних відносяться катіони натрію і калію, аніони хлору та ін., органічні представлені головним чином ферментами – протеолітичними, амілолітичними, ліполітичними. До протеолітичних ферментів належать трипсин, химотрипсин, еластаза, карбоксипептидази. Усі ці ферменти виділяються у неактивному стані. Трипсин виділяється у вигляді неактивного трипсиногену і активується ферментом кишкового соку ентерокіназою; активний трипсин активує інші протеолітичні ферменти. Протеолітичні ферменти розщеплюють білки до низькомолекулярних поліпептидів і амінокислот. До амілолітичних ферментів відносяться амілаза, яка розщеплює вуглеводи до глюкози і мальтози. До ліполітичних відносяться ліпаза і фосфоліпаза. Ліпаза виділяється у неактивному стані, її активність зростає у присутності Са2+ і жовчі; ліпаза розщеплює жири до гліцерину і жирних кислот. Фосфоліпаза діє на продукти розщеплення жирів.

Регуляція секреції підшлункової залози аналогічна регуляції шлункового соковиділення і також складається з трьох фаз – складнорефлекторна, шлункова, кишкова фази. Підшлункова залоза за рахунок зміни кількості виділюваного соку і складу ферментів може пристосовуватись до переробки їжі, різної за об’ємом і якістю.

Печінка. Продуктом секреції печінкових клітин (гепатоцитів) є жовч; у нормі це рідина золотисто-жовтого кольору, реакція лужна, складається з жовчних кислот, жовчних пігментів і холестерину, за добу виділяється 0,5–1,2 л жовчі. До жовчних пігментів належать білірубін і білівердин. Жовч емульгує жири, підвищує активність ферментів підшлункового соку, стимулює моторику кишечника. Секреція жовчі відбувається постійно, вихід жовчі у кишечник здійснюється тільки з їжею, під час травлення. Тому жовч поза процесом травлення надходить у жовчний міхур, жовч у міхурі відрізняється за складом і консистенцією. Якщо між прийманням їжі існують великі проміжки часу, жовч стає густішою, у ній з’являються конкременти.

У тонкому кишечнику травні соки продовжують дію, до них додається дія кишкового соку. Кишковий сік виділяється залозами, які розташовані у слизовій оболонці шлунка, це рідина слаболужної реакції, за добу виділяється 2–3 л кишкового соку. До його складу входять вода, органічні та неорганічні речовини. Із органічних речовин основними компонентами є протеолітичні, амілолітичні, ліполітичні ферменти. Регуляція секреції кишкового соку нейрогуморальна, особливе значення має гуморальна регуляція – місцева дія продуктів перетравлювання їжі на слизову оболонку кишечника стимулює секрецію. Розрізняють порожнинне і пристінкове травлення. Порожнинне травлення: ферменти із залозистих клітин слизової оболонки шлунка виділяються у складі кишкового соку у порожнину кишечника і тут діють. Пристінкове травлення здійснюється ферментами, «вмонтованими» у клітинну мембрану слизової оболонки кишечника. Слизова оболонка має велику кількість пальцеподібних виростів, що збільшує площу травлення, і саме у цих виростах «вмонтовані» ферменти. Порожнинне травлення забезпечує початковий гідроліз харчових речовин, а пристінкове – остаточний гідроліз і всмоктування. Хімус рухається по кишечнику завдяки моторній функції тонкого кишечника; розрізняють рухи: перистальтичні, маятникоподібні і ритмічну сегментацію. Перистальтичні рухи забезпечують переміщення хімусу по кишечнику, маятникоподібні забезпечують переміщення у сторони, ритмічна сегментація сприяє кращому перемішуванню їжі.

Функції товстого кишечника – всмоктування води і лікарських препаратів, формування калових мас і виведення їх з організму. У товстому кишечнику завдяки наявності мікрофлори відбуваються процеси гниття і бродіння, які сприяють повній переробці неперетравлених харчових залишків. Всмоктування – це процес переходу речовин через шар клітин у внутрішнє середовище організму. Основний процес всмоктування відбувається у ротовій порожнині. Дефекація – це спорожнення дистального відділу товстого кишечника. Акт дефекації викликається імпульсами від механорецепторів при розтягуванні стінок товстого кишечника, сигнал надходить до центру безумовного рефлексу акту дефекації (попереково-крижовий відділ спинного мозку), сфінктер розслаблюється, і відбувається акт дефекації. Центр безумовного рефлексу акту дефекації у попереково-крижовому відділі спинного мозку контролюється вище розташованими відділами нервової системи – зокрема, корою головного мозку. Кора головного мозку по низхідних шляхах може відправляти імпульси, що гальмують безумовний рефлекс дефекації.

Тема 11. Система виділення. Роль ротової порожнини як органа виділення.

План лекції:

1. Функції системи виділення.

2. Нирки.

3. Нефрон як структурно-функціональна одиниця нирок.

4. Механізм утворення сечі.

Основними органами виділення у людини є нирки. Крім нирок видільну функцію виконують шкіра, легені, печінка, шлунково-кишковий тракт. Через легені із організму виводиться вуглекислий газ, вода у вигляді пари і деякі леткі речовини. Легені є швидким і ефективним регулятором кислотно-лужної рівноваги в організмі. Шкіра за допомогою потових і сальних залоз видаляє з організму воду, солі, продукти розпаду (сечовина, сечова кислота, креатинін тощо). Деякою мірою шкіра може компенсувати недостатність функції нирок при їх захворюванні. Екскреторна функція шлунково-кишкового тракту полягає головним чином у видаленні з організму солей важких металів, продуктів розпаду жовчних пігментів, неперетравлених решток їжі у вигляді калових мас.

Функції нирок:

видільна – нирки видаляють продукти розпаду, надлишок води, лікарські препарати та ін. Виводячи воду, нирки підтримують осмотичний тиск внутрішнього середовища організму, беруть участь у водно-сольовому обміні;

підтримання гомеостазу – нирки забезпечують сталість кислотно-лужної рівноваги в організмі;

синтетична – нирки беруть участь в утворенні деяких речовин (ренин);

секреторна – виділяють органічні кислоти і луги, іони калію К+ та натрію Н+.

У процесі метаболізму в органах і тканинах утворюються продукти обміну, які повинні виводитись з організму. При катаболізмі білків утворюється аміак, який виводиться у вигляді нетоксичних сечовини та солей амонію. Кінцевим продуктом обміну нуклеїнових кислот є сечова кислота.

До органів виділення належать: нирки, легені, кишечник, шкіра, молочні залози.

Видільна функція кишечника полягає в екскреції ряду солей. У товстій кишці відбувається виділення Са2+, Mg2+, важких металів (Fe, Μn, кадмій). Крім того, ШКТ виділяє невелику кількість Н2O, жовчних кислот, пігментів, деяких лікарських речовин, неперетравленні залишки їжі.

Видільна функція шкіри визначається наявністю потових та сальних залоз. У секреті потових залоз містяться сечова кислота, креатин, жири, леткі жирні кислоти, NaCl. За якісним складом піт майже не відрізняється від сечі, різниця лише у відношенні складових речовин: концентрація токсичних метаболітів у поті трохи нижча, ніж у сечі. Потові залози виділяють також густий та в'язкий секрет – вушну сірку.

Потовими залозами виділяється ряд пігментів, які відкладаються у волоссі.

Секрет молочних залоз містить велику кількість жиру та білків: казеїну, молочного глобуліну, альбуміну, а також молочного цукру (лактози). Крім того, у молоці міститься велика кількість фосфорнокислих та сірчанокислих сполук кальцію, калію та магнію. У період лактації через молочні залози виділяються лікарські засоби.

Через легені виводиться з організму вуглекислий газ, пара води (400 мл/добу), леткі та газоподібні речовини, засоби для інгаляційного наркозу, пари етанолу.

Центральним, найважливішим органом, який забезпечує процеси виділення, є нирки та пов'язані з ними органи сечовиділення.

Будова нирок

Нирка (ren) – парний орган, бобоподібної форми, їх маса 120-200 г, розташовані нирки в поперековій ділянці, по обидва боки від хребта на внутрішній поверхні задньої черевної стінки. Нирка має декілька оболонок. Зовні вона покрита тонкою сполучнотканинною пластинкою – фіброзною капсулою.

Нирка складається з внутрішньої мозкової речовини (2,5 см) і поверхневої – кіркової речовини (0,7 см), які відрізняються щільністю і кольором. Мозкова речовина утворена 10-15 конусоподібними пірамідами. Кожна піраміда має основу, направлену до кіркової речовини, і верхівку у вигляді сосочка. Кіркова речовина розміщена на периферії нирки, однак проникає в мозкову речовину у вигляді ниркових стовпів. Мозкова речовина тонкими відростками вростає в кіркову, утворюючи промені. Через сосочки пірамід утворена сеча потрапляє в початкові шляхи сечових шляхів – малі чашечки, котрі впадають у верхні чи нижні великі чашечки. Вони зливаються, у свою чергу, в одну ниркову миску, яка переходить у сечівник.

Сечівник – трубка довжиною 30-50 см, сполучає ниркову миску та сечовий міхур.

У сечовому міхурі, об'ємом 700-800 см3, накопичується сеча. Дно міхура, звужуючись, переходить у сечовипускний канал, через який сеча виводиться назовні.

Структурно-функціональною одиницею нирки є нефрон. Кількість нефронів в одній нирці 1-1,5 млн. У нефроні відбуваються усі основні процеси, які забезпечують утворення сечі.

Нефрон складається з капілярного клубочка (гломерули) – мальпігієвого тільця, яке знаходиться у двостінковій капсулі (Шумлянського – Боумена) і системи звивистих канальців. Порожнина капсули переходить у просвіт проксимального канальця нефрона. Каналець опускається в мозковий шар нирки, згинається, утворює петлю (Генле) і повертається в кіркову речовину до рівня клубочка нефрона, де починається дистальний каналець, який переходить у збиральну трубочку.

Дистальний і проксимальний відділи – це звивисті канальці нефрона, його петля (Генле) – прямі канальці. У петлі Генле, у свою чергу, виділяють низхідну та висхідну частини.

Звивисті канальці вистелені зсередини одношаровим кубічним епітелієм, збиральні трубочки – циліндричним.

Таким чином, кожен нефрон має 6 послідовних відділів:

1) ниркове тільце (мальпігієве тільце), яке складається із капсули Шумлянського – Боумена і клубочка;

2) проксимальний звивистий каналець;

3) низхідна частина петлі Генле;

4) висхідна частина петлі Генле;

5) дистальний звивистий каналець;

6) збиральна трубочка.

Нирки розташовані по обидва боки від поперекового відділу хребта. На внутрішньому боці нирок є заглиблення, у якому знаходяться судини і нерви, оточені сполучною тканиною. Нирки вкриті сполучнотканинною капсулою, маса нирок становить 200–250 г. На поздовжньому розрізі нирки видно два шари: кірковий – темно-червоний, і мозковий – світліший. Мозкову речовину нирки складають петлі Генле і ниркові канальці, що розташовані паралельно гілкам петлі Генле. Гломерули та звивисті відділи проксимальних і дистальних канальців утворюють кіркову речовину нирок.

Елементарною структурно-функціональною одиницею нирки є нефрон. Нефрон складається з судинного клубочка, капсули (капсула Шумлянського–Боумена) і ниркових канальців. Капсула складається з двох шарів (вісцеральний і парієтальний), між ними є порожнина. Всередині капсули розташований судинний клубочок, який тісно прилягає до вісцерального листка капсули. Судинний клубочок – це клубочок капілярів, на які розгалужується артерія, що приносить кров до нирки. З порожнини між двома листками капсули виходять ниркові канальці. Ниркові канальці – довгі трубочки з одношаровими стінками. Канальці складаються з трьох відділів:

1) проксимальний, складається зі звивистої та прямої частин петлі Генле;

2) тонкий сегмент петлі Генле;

3) дистальний каналець, що складається з прямої частини (товстий висхідний відділ петлі Генле).

Дистальний відділ канальця переходить у збірну трубку. Збірні трубки зливаються, утворюючи загальні вивідні протоки, які проходять через мозковий шар нирки до верхівок сосочків. Сосочки виступають у порожнину ниркової миски. Ниркові миски відкриваються у сечоводи, які входять у сечовий міхур. Сечовий міхур – порожнистий орган, куди постійно порціями надходить сеча з сечоводів. З сечового міхура виходить сечівник, який зв’язує сечовий міхур з зовнішньою поверхнею тіла людини.

Кровопостачання нирок. До нирок кров надходить з ниркової артерії, яка є однією з найбільших гілок аорти. Артерія у нирці галузиться на велику кількість артеріол, кожна артеріола підходить до окремого судинного клубочка, де поділяється на капіляри (перша капілярна сітка). Капіляри об’єднуються, утворюють артеріолу, що виносить кров (виносна артеріола). Виносна артеріола знову розгалужується на капіляри, які обплітають канальці. Ці капіляри зливаються у вени, які впадають у нижню порожнисту вену. Діаметр артеріоли, по якій кров надходить до нирок, у два рази більший від діаметра виносної артеріоли, що створює високий тиск у капілярах судинного клубочка. Високий тиск у капілярах судинного клубочка сприяє фільтрації сечі у порожнину капсули. Уся кров (4–6 л) проходить через нирки за 5 хв. За добу через нирки проходить 1000–1500 л крові, що дозволяє швидко і повністю виводити всі непотрібні речовини.

Нирки добре кровопостачаються. Кров надходить від черевної аорти по нирковій артерії і збирається в ниркову вену, яка впадає в нижню порожнисту вену. Кожний нефрон оточений численними кровоносними капілярами. До капілярного клубочка кров надходить по приносній артеріолі (із системи ниркової артерії), яка розпадається на капіляри (перша сітка капілярів). Потім капіляри клубочків збираються у виносні клубочкові артеріоли, які приблизно в 2 рази менші в діаметрі, ніж приносні, що призводить до підвищення кров'яного тиску всередині клубочка. Виносні артеріоли поділяються на капіляри, які утворюють густу сітку навколо ниркових канальців (друга сітка) і лише потім переходять у венули, котрі формують ниркову вену. Наявність вторинної біляканальцевої сітки капілярів є особливістю кровопостачання нирок порівняно з іншими внутрішніми органами.

У середньому за добу через нирки людини проходить близько 1700-1800 л крові. Близько 80 % нефронів розміщено в товщі кіркової речовини – це кіркові нефрони. Невелика кількість нефронів локалізована в мозковому шарі нирки. Такі нефрони називаються юкстамедулярними (білямозковими). За їх допомогою в нирках здійснюється саморегуляція ниркового кровопостачання, завдяки якій кровотік в нирках і кров'яний тиск в клубочкових капілярах не змінюється навіть при значних коливаннях системного AT (від 90 до 190 мм рт. ст.). Крім того, у них здійснюється синтез багатьох БАР.

Функції нирок

1. Основна функція нирок – екскреторна. Вона включає:

• екскрецію продуктів азотистого обміну (сечовина);

• екскрецію надлишку органічних речовин, які потрапили з їжею чи утворилися в процесі метаболізму (глюкоза, амінокислоти тощо);

• екскрецію чужорідних речовин, наприклад, лікарських засобів.

2. Регуляторна функція:

• об'ємів рідин організму – шляхом зменшення чи збільшення діурезу;

• сталості осмотичного тиску;

• іонного складу рідин внутрішнього середовища;

• кислотно-основної рівноваги (pH);

• артеріального тиску (ренін, простагландини, кількість рідини);

• фібринолізу (урокіназа);

• еритропоезу (синтез еритропоетину).

3. Ендокринна функція – секреція біологічно активних речовин.

В цілому всі функції нирок зводяться до підтримання сталості внутрішнього середовища організму, тобто до підтримання гомеостазу.

Процес сечоутворення

Сечоутворення являє собою сукупність 3-х процесів:

1. Клубочкова фільтрація.

2. Канальцева реабсорбція.

3. Канальцева секреція.

Клубочкова (гломерулярна) фільтрація

У капілярах клубочка ниркового тільця відбувається фільтрація плазми крові.

Фільтруюча мембрана являє собою 3 шари:

1) ендотелій капілярів, які мають пори;

2) базальна мембрана;

3) епітелій внутрішнього листа капсули, котрий складається з особливих клітин – подоцитів, між відростками яких є пори.

Із 3-х шарів ниркової мембрани тільки базальна мембрана являє собою напівпроникний ультрафільтр, у той час як два інших шари не перешкоджають проходженню плазми й лише здатні затримувати формені елементи крові та білки з молекулярною масою більше 68 000. Поява в сечі крові й білка може бути викликана пошкодженням цих шарів, наприклад, при запаленні (гломерулонефріт).

Фільтрація плазми з капілярів клубочка в порожнину капсули (утворення первинної сечі) обумовлена наявністю фільтраційного тиску. Цей тиск залежить від:

1) гідростатичного тиску крові в капілярах клубочка (сприяє фільтрації);

2) онкотичного тиску плазми крові за рахунок білків плазми (70-80 г/л), (онкотичний тиск становить 30 мм рт. ст., протидіє фільтрації);

3) гідростатичного тиску рідини в порожнині капсули Шумлянського – Боумена (протидіє фільтрації).

Фільтраційний тиск (ФТ) обумовлений різницею між величиною гідростатичного тиску крові в капілярах клубочка (ГТКК) і сумою онкотичного тиску плазми (ОТП) та гідростатичного тиску фільтрату (ГТФ):

Механізм регуляції клубочкової фільтрації пов'язаний зі змінами фільтраційного тиску. Чим вищий рівень тиску крові в клубочку, тим інтенсивніша фільтрація. Великий тиск у капілярах клубочків створюється завдяки різниці в діаметрі приносних і виносних артеріол і становить близько 70 мм рт. ст. При зменшенні тиску в капілярах клубочка до 30-40 мм рт. ст. фільтрація (утворення первинної сечі) припиняється. Фільтраційний тиск при цьому зменшується до нуля (ФТ = ГТКК – (ОТП + ГТФ) = 40- (30 + 10) = 0мм рт. ст.)

Онкотичний тиск плазми (30 мм рт. ст.), який утримує рідину в кровоносних судинах, перешкоджає фільтрації, як і гідростатичний тиск фільтрату всередині порожнини капсули (20 мм рт. ст.). При зменшенні онкотичного тиску (внаслідок зменшення кількості білка в плазмі крові при голодуванні, крововтраті, втраті білка при захворюванні нирок) зростає клубочкова фільтрація.

У результаті фільтрації крові утворюється 180 л ультрафільтрату тобто первинної сечі. Її склад подібний до складу плазми крові за загальною концентрацією осмотично активних речовин: Na+, Ca2+,Cl-, сечовини, глюкози. Відсутні лише практично всі високомолекулярні білки.

В утвореному ультрафільтраті містяться речовини, необхідні організму для підтримання гомеостазу. Тому вони разом з водою піддаються реабсорбції, або зворотному всмоктуванню.

Швидкість клубочкової фільтрації (ШКФ) (утворення первинної сечі) визначають за об'ємом фільтрату, що надходить у початковий відділ нефронів обох нирок за 1 хв. Метод ґрунтується на визначенні кліренсу. Кліренс – швидкість очищення плазми від речовини за 1 хв при проходженні її через нирки. Для визначення ШКФ використовують інертні нетоксичні речовини, не зв'язані з білками плазми крові, що вільно проходять через пори мембрани шляхом фільтрації і не підлягають ні реабсорбції, ні секреції. Такими речовинами є інулін, ендогенний креатинін та ін. ШКФ вимірюють у мілілітрах за 1 хв, і кількісно вона відповідає кліренсу речовини, від якої плазма очищається лише шляхом фільтрації. Отже, можна застосовувати таку формулу: Cln = Uln/P|n × V, де С(п – кліренс інуліну, або ШКФ; Рiп – концентрація інуліну у плазмі крові; Uіп – концентрація інуліну в сечі; V- кількість сечі (мл/хв).

ШКФ в середньому становить у чоловіків 125 мл/хв; у жінок – 110 мл/хв на 1,73 м2 поверхні тіла.

У жаб коркова речовина нирок кровопостачається нирковою артерією, а мозкова – ворітною веною. Тому після перев'язування ниркової артерії сечі мало, вона концентрована, оскільки виключається механізм фільтрації і діє лише секреторний механізм сечоутворення.

Механізм сечоутворення. Сеча утворюється з плазми крові, яка проходить через нирки, і є складним продуктом діяльності нефронів. Сечоутворення відбувається у два етапи: клубочкова фільтрація і канальцева реабсорбція (зворотне всмоктування).

Клубочкова фільтрація. У капілярах судинних клубочків з плазми крові відфільтровується вода і всі розчинені у ній неорганічні і органічні речовини з низькою молекулярною масою. Ця відфільтрована рідина надходить у порожнину капсули, а звідти – у канальці нирок. За хімічним складом ця рідина схожа з плазмою крові, але майже не містить білків. Фільтрат, що утворився, називається первинною сечею. Процесу фільтрації сприяє високий тиск крові у капілярах судинних клубочків (70–90 мм рт. ст.). Первинна сеча надходить у ниркові канальці, де відбувається зворотне всмоктування (реабсорбція) з первинної сечі у кров води, глюкози, солей і невеликої кількості сечовини. У результаті цього процесу утворюється вторинна, або кінцева сеча, яка за складом відрізняється від первинної. За добу у нирках утворюється 150–180 л первинної сечі. Завдяки зворотному всмоктуванню води і розчинених у ній речовин за добу нирками виділяється 1–1,5 л кінцевої сечі. Зворотне всмоктування може відбуватися активно або пасивно.

Канальцева реабсорбція – це процес всмоктування клітинами канальців і транспорт у міжклітину рідину і капіляри нирок необхідних для організму речовин із первинної сечі. У проксимальному звивистому канальці реабсорбується 80 % речовин: уся глюкоза, всі вітаміни, гормони, мікроелементи; близько 85 % NaCl і Н2O, а також близько 50 % сечовини, котрі поступають в капіляри канальців і повертаються в загальну систему кровообігу. Для процесу реабсорбції суттєве значення має поняття про поріг виведення. Поріг виведення – це концентрація речовини в крові, при якій вона не може бути реабсорбована повністю. Практично всі біологічно важливі для організму речовини мають поріг виведення. Наприклад виділення з сечею глюкози (глюкозурія) настає тоді, коли її концентрація в крові перевищує 10 ммоль/л. При глюкозурії зростає осмотичний тиск сечі, що призводить до збільшення кількості сечі (поліурії). Існують також непорогові речовини, які виділяються при будь-якій концентрації їх у плазмі та ультрафільтраті. Механізм реабсорбції включає шляхи: спочатку речовини потрапляють з фільтрату в клітини канальця, далі переносяться транспортними системами мембрани в міжклітинний простір; з міжклітинних просторів дифундують у високопроникні біляканальцеві капіляри. Транспортування може бути активним та пасивним. Активна реабсорбція відбувається за участі спеціальних ферментативних систем із затратою енергії проти електрохімічного градієнта. Активно реабсорбуються фофати, Na+. За рахунок активної реабсорбції можливе повторне всмоктування із сечі в кров речовин, навіть у тому випадку, коли їх концентрація в крові дорівнює концентрації в рідині канальців або вища. Спряжене транспортування глюкози та амінокислот. З порожнини канальців у клітини речовини транспортуються за допомогою переносника, який обов'язково додатково приєднує Na+. Всередині клітини комплекс дисоціює. Концентрація глюкози зростає, і за концентраційним градієнтом вона покидає клітину. Пасивна реабсорбція відбувається без затрат енергії завдяки дифузії та осмосу. Велика роль у цьому процесі належить різниці гідростатичного тиску в капілярах канальців. За рахунок пасивної реабсорбції здійснюється повторне всмоктування Н2O, хлоридів, сечовини. Ще один механізм реабсорбції – піноцитоз. Таким чином відбувається всмоктування білків. У результаті активного транспортування Na+ і супроводжуючих його аніонів, осмотичний тиск фільтрату знижується і в капіляри шляхом осмосу переходить еквівалентна кількість води. У результаті в канальці утворюється фільтрат, ізотонічний крові капіляра. Цей фільтрат потрапляє в петлю Генле. Тут проходить подальша реабсорбція і концентрування сечі за рахунок поворотно-протипотокової системи. Концентрування сечі відбувається наступним чином. У висхідній частині петлі нефрона, яка проходить у мозковій речовині, активно реабсорбуються Na, К, Са, Mg, СІ, сечовина, потрапляючи в міжклітинну рідину, вони підвищують там осмотичний тиск. Низхідна частина петлі Генле проходить у ділянці високого осмотичного тиску, тому з цієї частини петлі виходить вода в міжклітинний простір за законами осмосу. Вихід Н2O із низхідної частини петлі призводить до того, що сеча стає більш концентрованою відносно плазми крові. Це сприяє реабсорбції Na+ у висхідній частині петлі, що у свою чергу, викликає вихід Н2O в низхідній частині. Ці два процеси спряжені, у результаті сеча втрачає в петлі Генле велику кількість Н2O і Na+, і на виході з петлі сеча знову стає ізотонічною. Таким чином, роль петлі Генле як протипоточного концентруючого механізму визначають наступні фактори: 1) близьке роташування висхідного та низхідного колін; 2) проникність низхідного коліна для Н2O; 3) непроникність низхідного коліна для розчинених речовин; 4) проникність висхідного сегмента для Na+, К+, Са2+, Mg2+, СГ; 5) наявність механізмів активного транспорту у висхідному коліні. У дистальній частині канальця відбувається подальша реабсорбція Na+, К+, Са2+, Mg2+, Н2O, яка залежить від концентрації цих речовин в крові – факультативна реабсорбція. Якщо їх багато, то вони не реабсорбуються, якщо мало, то вони повертаються в кров. Дистальний відділ регулює та підтримує постійність концентрації іонів Na+ і К+ в організмі. Проникність стінок дистальної частини канальця для Н2О регулюється антидіуретичним гормоном (АДГ) гіпофіза (секреція якого залежить від осмотичного тиску крові). При підвищені осмотичного тиску (тобто зменшенні кількості Н2O), збуджуються осморецептори гіпоталамуса, секркція АДГ збільшується, збільшується проникність стінок канальця для Н20 і вона реабсорбується в кров, тобто затримується в організмі, і осмотичний тиск зменшується. Аналогічно регулюється реабсорбція води в збиральній трубочці, яка також бере участь в утворенні гіпертонічної чи гіпотонічної сечі, залежно від потреби організму у воді. Величину канальцевої реабсорбації речовин визначають за різницею між кількістю їх у первинній і кінцевій сечі. Величину канальцевої реабсорбції води (RH2O) визначають за різницею між швидкістю клубочкової фільтрації (Сіп) і кількістю кінцевої сечі й виражають у відсотках по відношенню до ШКФ. RH2O = Сіп – V/ Сіп × 100 % У звичайних умовах величина реабсорбції становить 98-99 %. Для оцінки функції проксимальних канальців визначають величину максимальної реабсорбції глюкози (Tmg), збільшуючи її концентрацію в плазмі крові до межі, що значно перевищує порогову. Tmg = Сіп × Pg – Ug × V, де Сіп – ШКФ; Рg – концентрація глюкози в крові; Ug – концентрація глюкози в сечі; V – кількість виділеної за 1 хв сечі. Середня величина Tmg у чоловіків становить 34,7 ммоль/л. У віці після 40 років Tmg зменшується на 7 % за кожні 10 років життя.
Канальцева секреція – це: 1) процес переносу речовин через клітини канальців із крові в просвіт канальця в незміненому вигляді, що збільшує швидкість екскрекції речовини ниркою; 2) виділення з клітини в кров або просвіт канальця синтезованих у нирці фізіологічно активних речовин (простагландини, брадикінін) або екскретуючих речовин (гіпурова кислота, аміак). У проксимальній та дистальній частинах канальця активно секретуються іони Н+, а іони К+ – в дистальній частині. Для оцінки очисної екскреторної функції нирок використовується поняття "кліренс" – очищення. Величина кліренсу визначається відношенням кількості речовини, виділеної з сечею за 1 хв, до її вмісту в 1 мл плазми крові. Утворення NH3 (аміаку) відбувається в клітинах канальця шляхом дезамінування АТФ і деяких амінокислот. Секреція іонів аміаку і Н+ сприяє підтриманю pH крові. Шляхом секреції із крові видаляються продукти білкового обміну, які не фільтруються в клубочку: креатинін, сечова кислота, сечовина. Особливе місце займає секреція великої частини лікарських засобів, які вводяться в організм. До них належать: пеніцилін, фуросемід, парааміногіпурова кислота, барвники й інші чужорідні речовини. Клітинами канальців коркових та юкстамедулярних нефронів синтезуються в крові цілий ряд біологічно активних речовин, які надходять в кров (ендокринна функція нирок). До них відносяться: 1) ренін – його виділення збільшується при зниженні тиску крові в ниркових клубочках; переводить ангіотензиноген в ангіотензин І, який під впливом дипептидкарбоксипептидази перетворюється в ангіотензин II, який звужує кровоносні судини, що призводить до підвищення артеріального тиску; крім того, ангіотензин II стимулює виділення корою наднирників альдостерону, який підвищує реабсорбцію Na+ в нирках, за натрієм всмоктується вода, об'єм крові збільшується, що також підвищує артеріальний тиск; 2) кініноген – стимулює утворення кінінів; 3) урокіназа – активатор плазміногену й перетворення його в плазмін, який здійснює фібриноліз; 4) серотонін – судинозвужувальна дія. Величину максимальної канальцевої секреції визначають за різницею між кількістю речовини у первинній та вторинній сечі: Tm = V × U – С × Р × α, де а – ОД Тт – показник максимальної канальцевої секреції речовини; V – кількість сечі; С – швидкість клубочкової фільтрації; U – концентрація речовини в сечі; Р – концентрація речовини у плазмі; а – частина не зв'язаної з білками речовини, що міститься в плазмі. Для оцінки функціональної здатності проксимальних канальців виділяти речовини шляхом секреції визначають секрецію парааміногіпурової кислоти (ПАГК), або діодрасту, або препаратів групи пеніциліну та ін. Максимальну секрецію ПАГК (Тm ПАГК) визначають за умов збільшення її концентрації у плазмі крові, при якій відбувається максимальна секреція у проксимальних канальцях. Середня величина максимальної канальцевої секреції ПАГК становить 6,78 ± 1,37 ммоль/с, або 79,9 ± 16,7 мл/хв на 1,73 м2 поверхні тіла. Шляхом визначення кліренсу ПАГК можна визначити ефективний кровообіг і плазмообіг. Ґрунтується метод на тому, що при низькій концентрації ПАГК у плазмі кров практично повністю звільняється від ПАГК за один етап проходження через нирки: де V- кількість сечі; Р – концентрація речовини у плазмі; U – концентрація речовини в сечі. Середня швидкість ефективного ниркового плазмообігу для чоловіків – 720 мл/хв., для жінок – 660 мл/хв на 1,73 м2 тіла. Після визначення плазмотоку за величиною гематокриту можна розрахувати кровотік через нирки (1700-1800 л за добу). Кровотік у нирках становить 4-5 мл/г тканини. Це означає, що за 1 хв через нирки проходить 1200 мл крові, що складає 20-25 % від загальної кількості, яка викидається серцем в аорту. Причому маса нирок займає лише 0,43 % від загальної маси тіла! До того ж, параметри ниркового кровотоку не змінюються при коливаннях артеріального тиску в межах від 90 до 190 мм рт. ст.! На кровотік кори нирки припадає 80-90 %, а на мозковий шар – 10-20 % від загального об'єму крові. Таким чином, у кірковому шарі забезпечується процес клубочкової фільтрації, а у мозковому – канальцевої реабсорбції та регуляції осмотичного тиску інтерстиційної тканини. У збиральних трубочках (останьому відділі нефрона) відбувається подальша реабсорбція води. Це пов'язано з тим, що збиральні трубочки проходять через мозковий шар нирки, у якому тканинна рідина має високий осмотичний тиск і тому притягує до себе воду. У результаті фільтрації, реабсорбції та секреції утворюється вторинна сеча кількістю 1,5-2 л на добу. Однак ця кількість непостійна. Залежить від вживання води, білків, добових біоритмів, фізичного навантаження. Сеча – прозора рідина світло-жовтого кольору. Реакція слабокисла. pH її коливається від 4,5 до 8,6. Відносна щільність 1,016-1,022. У нормі в сечі білок відсутній або визначають його сліди. Серед органічних речовин небілкового походження в сечі зустрічаються оксалати, молочна кислота, кетонові тіла. У сечі містяться пігменти – уробелін, який визначає її колір. Вони утворюються з білірубіну жовчі в кишечнику, нирках і виділяються ними. Із сечею виводиться велика кількість неорганічних солей – 15-25 г за добу. Екскретуються хлорид Na, хлорид К, сульфати і фосфати, від них залежить кисла реакція сечі.

Регуляція діяльності нирок

Нервова регуляція

Нервова регуляція – включає в себе передусім судинорухові реакції, які змінюють системний артеріальний тиск, тим самим змінюючи рівень фільтрації, а отже, і рівень діурезу.

Вплив ВНС на реабсорбцію. При подразненні симпатичних нервів зменшується виведення води й збільшується виведення Na.

Подразнення парасимпатичних нервів збільшує виведення з сечею хлоридів шляхом зменшення їх реабсорбції в канальцях нирок.

Рефлекторна регуляція здійснюється з екстеро- та інтерорецепторів. При больових подразненнях виникає різке зменшення діурезу (олігурія) аж до повного його припинення (анурія). Це пов'язано з сильним звуженням приносних артеріол і зменшенням фільтраційного тиску. Кора мозку викликає зміну роботи нирок або безпосередньо через вегетативні нерви, або через нейрони гіпоталамуса.

Гуморальна регуляція

Гуморальна регуляція здійснюється мінералокортикоїдами – альдостероном і дезоксикортикостероном, антидіуретичним гормоном, глюкокортикоїдами і тироксином (табл. 10.1).

Мінералокортикоїди (альдостерон, дезоксикортикостерон) діють на клітини висхідного коліна петлі Генле і дистальної частини канальців нефрона. Під впливом цих гормонів підсилюється процес повторного всмоктування Na+, Сl-, і одночасно зменшується реабсорбція К+ і Н+. Всмоктування Na+ збільшує осмотичний тиск плазми крові. За натрієм всмоктується вода, об'єм крові збільшується. Механізм дії мінералокортикоїдів пов'язаний з підвищенням потужності натрієвого насоса завдяки активації утворення специфічних білків.

Регулятором реабсорбції Na+ є також натрійуретичний гормон. Це пептид, який утворюється в передсердях при перерозтягненні їх кров'ю. У нирках він сприяє зменшенню реабсорбції Na+, а отже, і води.

Таблиця 10.1. Регуляція процесів реабсорбції та секреції в ниркових канальцях

Чинник	Ефект	Механізм
Вазопресин (антидіуретичний гормон)	підсилює реабсорбцію Na+ у висхідному відділі петлі Генле, Н2O в дистальному відділі	активація аденілатциклази (цАМФ), гіалуронідази
Альдостерон	підсилює реабсорбцію Na+, секрецію К+ у дистальних ниркових канальцях	утворення специфічних Na- транспортуючих білків, активація Na+/ К+-насоса
Натрійуретичний гормон	зменшує реабсорбцію Na+
Паратгормон	гальмує канальцеву реабсорбцію фосфору, бікарбонатів, активує реабсорбцію Са2+	активація аденілатциклази (цАМФ)

Вазопресин (АДГ), який виробляється в нейросекреторних клітинах супраоптичного й паравентрикулярного ядер гіпоталамуса, у стані гранул транспортується по аксонах нейросекреторних нейронів і виділяється в капіляри нейрогіпофіза (задня частка), змінює проникність стінок кінцевого відділу дистальної частини канальців і збиральних трубочок і, тим самим, збільшує всмоктування води й зменшує утворення сечі. Утворення АДГ збільшується при зростанні осмотичного тиску крові. При зменшенні секреції АДГ діурез збільшується (розвивається хвороба "нецукровий діабет"). Механізм дії АДГ пов'язаний з активацією синтезу гіалуронідази – ферменту, що викликає деполімеризацію гіалуронової кислоти, яка входить у склад міжклітинної речовини стінок збиральних трубочок.

Це призводить до збільшення пористості стінок і полегшення транспорту води.

Характер впливу антидіуретичного гормону в нирках залежить від типу рецепторів, з якими він взаємодіє. Розрізняють V1- та V2-рецептори вазопресину в нирках. У2-рецептори розташовані в мембранах клітин збірних трубочок та у товстій висхідній частині петлі Генле. Шляхом взаємодії з цими рецепторами вазопресин збільшує реабсорбцію води у збірних трубочках та натрію у петлі Генле, діурез зменшується. V1-рецептори знаходяться на мембранах клітин судин ниркового клубочка та в юкстамедулярних нефронах у тій частині, яка заглиблюється в мозкову речовину. Взаємодія вазопресину з цими рецепторами гальмує його антидіуретичні ефекти.

Розгадка криється в активації різних систем вторинних посередників. Реабсорбція води з просвіту канальця здійснюється через апікальну мембрану за рахунок наявності в ній аквапоринів. При зв'язуванні гормону з V2-рецепторами активується цАМФ-залежний механізм, який сприяє процесам вмонтовування білкових молекул аквапорину в мембрану. Під час взаємодії вазопресину з V1- рецепторами активується фосфоінозитидний механізм і пригнічується утворення цАМФ.

Тироксин стимулює діурез, пригнічуючи реабсорбцію води. Це пов'язано з тим, що він забезпечує швидке окислення білків, яке призводить до значної екскреції води і солей.

Глюкокортикоїди – кортизон і гідрокортизон – стимулюють реабсорбцію Na+, посилюють виведення К відіграють вирішальну роль у регуляції виділення води – володіють потужною діуретичною дією.

У пересадженій нирці не функціонують нервові механізми регуляції, оскільки порушено проведення збудження аферентними й еферентними волокнами, але регуляція здійснюється завдяки гуморальній та внутрішньонирковій ауторегуляції.

На сечоутворення впливає ряд інших гуморальних факторів (табл. 10.2).

Таблиця 10.2. Головні ефекти гормонів на видільну функцію нирок

Процеси сечоутворення	Збільшують	Зменшують
Клубочкова фільтрація	Простагландини: Е12; l2, d2, а2 Атріопептид Прогестерон Глюкокортикоїди Окситоцин Глюкагон Т3 та Т4 Паратгормон Хоріонічний гонадотропін	Ангіотензин-ІІ Вазопресин Норадреналін Адреналін Лейкотрієни С4, D4
Канальцева реабсорбція води	Вазопресин Пролактин Ангіотензин-ІІ Інсулін Естроген Хоріонічний гонадотропін	Простагландини Е1,2 і F2α Атріопептид Кініни Паратгормон Кальцитріол т3 і т4