Анатомия и физиология нервной системы
Источник:
Клиническая фармакология по Гудману и Гилману том 1.
Редактор: профессор А.Г. Гилман Изд.: Практика, 2006 год.
Содержание
Анатомия и общие принципы физиологии вегетативной и соматической нервной системы
Вегетативная нервная система была подробно изучена Ленгли около 100 лет назад. Ее называют также автономной, непроизвольной и висцеральной. Периферический отдел вегетативной нервной системы представлен нервами, ганглиями и сплетениями, иннервирующими сердце, кровеносные сосуды, железы, другие внутренние органы и гладкомышечные образования. Таким образом, структуры вегетативной нервной системы буквально пронизывают весь организм. Эта система отвечает за управление внутренними органами, протекающее без контроля со стороны сознания.
Особенности вегетативной нервной системы
Вегетативная нервная система обеспечивает двигательную иннервацию всех структур организма — кроме скелетных мышц, снабжаемых соматическими нервами. Тела последних нейронов в дуге вегетативного рефлекса располагаются за пределами ЦНС — в вегетативных ганглиях. В этих небольших, но сложных образованиях содержатся аксодендритические синапсы между так называемыми пре- и постганглионарными вегетативными нейронами. В соматической нервной системе таких ганглиев нет, и тела всех нейронов располагаются только в пределах ЦНС. Вегетативные нервы, в отличие от соматических, часто образуют обширные сплетения. Двигательные соматические волокна миелинизированы, а вегетативные постганглионарные волокна, как правило — нет. Наконец, перерыв соматических нервов приводит к полной утрате мышечного тонуса, параличу и атрофии мышц; напротив, внутренние органы обладают определенной автоматией, и их функция сохраняется даже в отсутствие вегетативной иннервации.
Висцеральные афферентные волокна
Эти волокна служат первым звеном вегетативной рефлекторной дуги. За некоторым исключением (например, аксон-рефлексов), вегетативные рефлексы замыкаются в пределах ЦНС. Висцеральные афферентные волокна, как правило, не миелинизированы и направляются в ЦНС в составе блуждающих, внутренностных и других вегетативных нервов. Так, блуждающие нервы на 80% состоят из чувствительных волокон. Чувствительные волокна от сосудов скелетных мышц и от некоторых структур кожи идут в составе соматических нервов. Тела вегетативных чувствительных нейронов залегают в спинномозговых ганглиях и в соответствующих ганглиях черепных нервов (например, в нижних ганглиях блуждающих нервов — узловатых ганглиях). Эфферентное звено вегетативного рефлекса рассматривается ниже.
Висцеральные афферентные волокна отвечают за восприятие чувствительности от внутренних органов (включая боль, в том числе отраженную); сосудодвигательные, дыхательные, висцеросоматические и другие рефлексы; регуляцию и взаимную координацию висцеральных структур. В качестве примера можно привести барорефлекс, начинающийся от барорецепторов каротидного синуса и дуги аорты, и хеморефлекс, начинающийся от хеморецепторов сонных гломусов и аортальных телец. Эти рефлексы играют важнейшую роль в регуляции АД, ЧСС и дыхания. Чувствительные волокна от упомянутых рецепторов идут в продолговатый мозг в составе блуждающих и языкоглоточных нервов.
Медиаторы, отвечающие за передачу возбуждения от чувствительных нейронов, до конца не изучены. В чувствительных волокнах, задних корешках, спинномозговых ганглиях и задних рогах спинного мозга обнаружено так называемое вещество Р.
Полагают, что именно этот пептид отвечает за передачу болевой чувствительности от периферических нейронов к нейронам спинного мозга и выше. В чувствительных нейронах были найдены и другие пептиды, включая соматостатин, ВИП и холецистокинин (Lundberg, 1996; Hokfelt et al., 2000). Возможно, какой-то (или какие-то) из этих пептидов участвует в передаче импульсов от чувствительных вегетативных нейронов. Содержащиеся в некоторых нейронах спинного мозга энкефалины (эти нейроны располагаются в студенистом веществе) оказывают антиноцицептивное (противоболевое) действие — видимо, тормозя на пре- и постсинаптическом уровне выделение вещества Р. При этом снижается активность ноцицептивных нейронов спинного мозга, аксоны которых идут к вышележащим центрам. В передаче чувствительной импульсации на уровне спинного мозга участвуют также возбуждающие аминокислотные медиаторы — глутамат и аспартат.
Вегетативные центры
Возможно, чисто вегетативных или чисто соматических высших центров не существует: вегетативные реакции всегда сопровождаются соматическими, и наоборот. Как показывают опыты над спинальными животными и наблюдения за больными, вегетативные рефлексы могут осуществляться и на уровне изолированного спинного мозга; к таким рефлексам относятся потоотделение, изменения АД, сосудистые реакции на изменения окружающей температуры, мочеиспускание, дефекация, эякуляция. Вегетативные центры располагаются и выше спинного мозга — одним из наиболее известных примеров может служить дыхательный центр продолговатого мозга. Основными структурами, отвечающими за интеграцию вегетативных и некоторых связанных с ними функций (терморегуляцию, водно-электролитный баланс, обмен жиров и углеводов, поддержание АД, эмоции, сон, дыхание, половое поведение), считают гипоталамус и ядро одиночного тракта. Афферентные сигналы приходят к этим структурам по спинобульбарным путям. Кроме того, гипоталамус и ядро одиночного тракта получают входы от лимбической системы, стриатума, коры головного мозга и, в меньшей степени, других высших центров. Раздражение ядра одиночного тракта и гипоталамуса сопровождается, с одной стороны, посылкой импульсации по бульбо-спинальным путям к периферическим вегетативным нейронам и мотонейронам, с другой — выбросом гормонов (Andersen and Kunze, 1994; Loewy and Spyer, 1990; см. также гл. 12). Ядра задних и латеральных отделов гипоталамуса связаны преимущественно с симпатическими структурами, а ядра, залегающие в передних отделах и по средней линии в области серого бугра, — с парасимпатическими.
Периферическая вегетативная нервная система
Двигательная часть вегетативной нервной системы подразделяется на два отдела — симпатический, или тораколюмбальный, и парасимпатический, или краниосакральный.
Их строение схематично изображено на рис. 6.1. Медиатором всех преганглионарных нейронов, постганглионарных парасимпатических нейронов и некоторых постганглионарных симпатических нейронов служит ацетилхолин; это так называемые холинергические нейроны (см. обозначения на рис. 6.1). В большинстве же постганглионарных симпатических нейронов медиатором является норадреналин; это адренергические нейроны (см. обозначения на рис. 6.1). Термины холинергический и адренергический были предложены Дейлом в 1954 г. Как уже говорилось, медиаторы афферентных нейронов (см. обозначения на рис. 6.1) окончательно не установлены. Во многих случаях их роль играют вещество Р и глутамат; оба эти вещества присутствуют в высоких концентрациях в задних отделах спинного мозга.
Описание к рис. 6.1. Вегетативная нервная система. А. Волокна одного сегмента спинного мозга - симпатические ,висцеральные, чувствительные, холинергические двигательные соматические и предположительно холинергические заднекорешковые сосудорасширяющие волокна. Знак "*" у последних означает, что ни их природа (чувствительные либо двигательные), ни расположение их тел их нейронов не установлены. Б. Преганглионарные волокна блуждающих нервов идут как к возбуждающим (холинергическим), так и к тормозным (пуринергическим,пептидергическим, преимущественно ВИПергическим, нитрергическим; черные сплошные линии) нейронам межмышечного сплетения. Окончания и тех и других образуют расширения. Чувствительные волокна от слизистой идут как в ЦНС, так и к интрамуральным нейронам. Их медиаторами служат вещество Р или другие тахикины. Имеются и другие вставочные нейроны ,например серотонинергические (изображены серым), модулирующие активность возбуждающих и тормозных нейронов. Окончания холинергических, адренергических и некоторых пептидергических нейронов проходят через круговые мышечные слои к нейронам подслизистого сплетения или непосредственно в слизистую, регулируя секрецию ЖКТ. ВН - внутренностный нерв, ТВН - тазовые внутренностные нервы.
Симпатическая нервная система
Тела преганглионарных симпатических нейронов залегают в боковых рогах спинного мозга между сегментами Thl и L2—L3. Их аксоны идут в составе передних корешков и переключаются на постганглионарных нейронах в симпатических ганглиях, расположенных за пределами ЦНС. Эти ганглии подразделяются на паравертебральные, пре-вертебральные и терминальные.
Паравертебральные ганглии (всего 22 пары) располагаются по бокам от спинного мозга, образуя парный симпатический ствол. Эти ганглии соединены друг с другом посредством межузловых ветвей и со спинномозговыми нервами — посредством соединительных ветвей. Белые соединительные ветви образованы миелиновыми преганглионарными волокнами, выходящими из спинного мозга в составе передних корешков и затем идущими к паравертебральным ганглиям. Часть постганглионарных волокон идет от паравертебральных ганглиев к спинномозговым нервам в составе серых соединительных ветвей; эти волокна обеспечивают симпатическую иннервацию потовых желез, мышц, поднимающих волосы, и сосудов скелетных мышц и кожи. Превертебральные ганглии залегают в брюшной полости и малом тазу рядом с передней поверхностью позвоночника; они в основном входят в состав чревного (солнечного), а также верхнего и нижнего брыжеечного сплетений. Немногочисленные терминальные ганглии лежат вблизи иннервируемых органов; к ним относятся ганглии мочевого пузыря и прямой кишки. Наконец, имеются мелкие промежуточные ганглии, залегающие рядом с симпатическим стволом, но не входящие в его состав. Их число и расположение варьируют, но, как правило, они находятся в непосредственной близости от соединительных ветвей и передних корешков.
Каждое преганглионарное волокно может переключаться на нейронах нескольких симпатических ганглиев. Более того, основной ганглий, в котором переключается то или иное преганглионарное волокно, может не соответствовать сегменту, из которого это волокно выходит. Многие преганглионарные волокна сегментов Th5—Th12 транзитом проходят через паравертебральные ганглии, образуя внутренностные нервы; далее большая часть этих волокон переключается в чревном сплетении, а некоторые иннервируют клетки мозгового вещества надпочечников (см. ниже).
Постганглионарные волокна, выходящие из симпатических ганглиев, иннервируют органы головы, шеи, грудной и брюшной полости. Как уже говорилось, к коже и скелетным мышцам симпатические волокна идут в составе спинномозговых нервов.
В превертебральных ганглиях содержатся тела постганглионарных нейронов, иннервирующих органы брюшной полости и малого таза. Многие волокна из верхних грудных паравертебральных ганглиев образуют сплетения — сердечное, пищеводное и легочное. Симпатическая иннервация органов головы и шеи (сосудов, зрачков, желез, мышц, поднимающих волосы) осуществляется из трех ганглиев шейного отдела симпатического ствола. Преганглионарные волокна идут к этим ганглиям из верхних грудных сегментов спинного мозга (симпатических нейронов в шейных сегментах нет).
Мозговое вещество надпочечников и другие хромаффинные клетки эмбриологически и анатомически аналогичны симпатическим ганглиям; и те, и другие являются производными нервного гребня. Одно из отличий мозгового вещества надпочечников от симпатических ганглиев заключается в том, что в мозговом веществе надпочечников человека и многих животных вырабатывается адреналин (а не норадреналин, как в постганглионарных нейронах). Клетки мозгового вещества надпочечников иннервируются типичными холинергическими преганглионарными волокнами.
Парасимпатическая нервная система
Тела преганглионарных парасимпатических нейронов залегают в трех отделах ЦНС — среднем мозге, продолговатом мозге и крестцовом отделе спинного мозга. В среднем мозге располагается ядро Эдингера— Вестфаля, волокна от которого идут в составе глазодвигательного нерва к ресничному ганглию. В продолговатом мозге содержатся парасимпатические ядра лицевого, языкоглоточного и блуждающего нервов. Парасимпатические волокна лицевого нерва образуют так называемую барабанную струну; в ее составе идут преганглионарные волокна к нейронам, залегающим в поднижнечелюстном ганглии. Кроме того, парасимпатические преганглионарные волокна лицевого нерва идут в составе большого каменистого нерва к крылонебному ганглию. Преганглионарные парасимпатические волокна языкоглоточного нерва идут к ушному ганглию. Выходящие из ресничного, поднижнечелюстного, крылонебного и ушного ганглиев постганглионарные волокна иннервируют ресничную мышцу, сфинктер зрачка, слюнные и слезные железы, а также слизистую носа, рта и глотки. Некоторые из этих волокон являются сосудорасширяющими. Блуждающие нервы выходят из продолговатого мозга и содержат преганглионарные волокна, переключающиеся, как правило, внутри или в непосредственной близости от иннервируемых органов. В стенке кишечника эти волокна оканчиваются на нейронах межмышечного (Ауэрбахова) и подсли-зистого (Мейсснерова) сплетений. Таким образом, преганглионарные волокна блуждающих нервов очень длинные, а постганглионарные, напротив, очень короткие. Кроме того, в составе блуждающих нервов идет большое количество чувствительных волокон (кроме, по-видимому, болевых) от внутренних органов. Тела соответствующих нейронов залегают преимущественно в нижних ганглиях блуждающих нервов.
Крестцовый отдел парасимпатической нервной системы представлен преганглионарными волокнами, идущими в составе тазовых внутренностных нервов (возбуждающих нервов) от сегментов S2—S4. Они переключаются в ганглиях, лежащих вблизи или в стенке мочевого пузыря, прямой кишки и половых органов. Как видно из рис. 6.1, блуждающие и тазовые нервы обеспечивают парасимпатическую иннервацию органов грудной и брюшной полости и малого таза.
Энтеральная нервная система
Раздражение некоторых ядер блуждающих нервов в продолговатом мозге или некоторых волокон этих нервов приводит не к типичному усилению сокращений ЖКТ, а, напротив, к расслаблению определенных его структур (в частности, сфинктеров). Ксередине 1960-х гг. было доказано, что такое тормозное влияние на моторику ЖКТ (и некоторых других органов) обусловлено не норадреналином, а некими другими медиаторами, выделяющимися нейронами межмышечного и подслизистого сплетений (рис. 6.1). Оказалось, что эти медиаторы вызывают гиперполяризацию и расслабление гладких мышц ЖКТ. В последующем было показано, что роль тормозных медиаторов в ЖКТ и некоторых других органах играют пептиды (например, ВИП), пурины (АТФ) и NO (Bemett,1997). Их эффект может быть опосредован либо активацией гуа-нилатциклазы (под действием N0), либо открыванием калиевых каналов с последующей гиперполяризацией. Применение блокаторов калиевых каналов и ингибиторов NO-синтазы позволило изучить эти механизмы раздельно. Нейроны энтеральной нервной системы выделяют также нехолинергические возбуждающие медиаторы, например вещество Р. Известно, что это вещество служит медиатором в сенсорных системах. Оно может содержаться как в собственных интрамуральных чувствительных нейронах, так и в афферентных окончаниях блуждающих нервов. Энтеральная нервная система не находится под прямым контролем ЦНС: высвобождение медиаторов из внутрикишечных нейронов зависит главным образом от местных рефлексов, хотя на него и влияют преганглионарные волокна блуждающих нервов. Видимо, именно координация сокращения и расслабления кишечника, обеспечиваемая внутрикишечными нейронными контурами, отвечает за рисунок перистальтической волны.
Особенности симпатической, парасимпатической и соматической иннервации
Симпатические волокна подходят почти ко всем структурам организма; парасимпатическая же иннервация гораздо более ограничена. Для симпатической иннервации характерна выраженная дивергенция. Преганглионарное симпатическое волокно перед переключением на постганглионарном нейроне может пройти через несколько паравертебральных узлов и порой образует синапсы на нескольких постганглионарных нейронах. В некоторых ганглиях соотношение между преганглионарными волокнами и постганглионарными нейронами достигает 1:20. Это создает условия для широкой дивергенции возбуждения. С другой стороны, один постганглионарный нейрон может иннервироваться несколькими преганглионарными волокнами.
Напротив, парасимпатические ганглии находятся в непосредственной близости от иннервируемых органов или в их стенке. Соотношение между преганглионарными волокнами и постганглионарными нейронами в некоторых органах, по-видимому, составляет 1:1. Все это препятствует дивергенции возбуждения. С другой стороны, в подслизистом сплетении кишечника соотношение между преганглионарными волокнами и постганглионарными нейронами достигает 1:8000. Таким образом, указанные особенности парасимпатической иннервации нельзя считать универсальными.
Тела соматических мотонейронов залегают в передних рогах спинного мозга. Их аксоны делятся на множество конечных ветвей, каждая из которых иннервирует одну мышечную клетку; благодаря этому один мотонейрон может иннервировать более 100 мышечных клеток. Это так называемая двигательная единица. В области окончания аксона миелиновая оболочка исчезает, аксон ветвится и образует обширную сеть над специализированной поверхностью мембраны мышечной клетки — двигательной концевой пластинкой. В окончании аксона в изобилии содержатся митохондрии и синаптические пузырьки. Благодаря трофическим влияниям соматических нервов в тех ядрах мышечных клеток, которые находятся непосредственно в области синапса, экспрессируются гены, отвечающие за синтез специализированных синаптических белков (Hall and Sanes, 1993; Sanes and Lichtman, 1999).
Гистология вегетативной иннервации
В области иннервируемых органов (железистых или гладкомышечных структур) постганглионарные вегетативные волокна образуют густую сеть, или концевое сплетение. Эта сеть состоит из конечных ветвлений постганглионарных парасимпатических (холинергических), симпатических (адренергических) и чувствительных волокон, часто заключенных в общую оболочку, образованную шванновской клеткой. Эта оболочка периодически прерывается, и в области этих перерывов эфферентные волокна образуют расширения, заполненные синаптическими пузырьками. На конечных ветвях аксонов имеется несколько таких расширений, расположенных на различных расстояниях друг от друга.
В области соприкосновения мембран гладкомышечных клеток имеются нексусы, или щелевые контакты. Они представляют собой своего рода протоплазматические мостики, по которым возбуждение беспрепятственно переходит с одной клетки на другую. Благодаря этому гладкомышечные слои в электрическом отношении ведут себя как единое целое — функциональный синцитий.
Анатомическая и функциональная организация симпатических ганглиев чрезвычайно сложна (гл. 9). В этих ганглиях преганглионарные волокна теряют миелиновую оболочку и многократно делятся, образуя множество окончаний диаметром 0,1—0,3 мкм. Эти окончания, за исключением непосредственно области синаптических переключений, окружены оболочкой из шванновских клеток. Подавляющее большинство синапсов в симпатических ганглиях относятся к аксодендритическим. Видимо, один и тот же аксон может образовывать синапсы с несколькими дендритами.
Действие вегетативных нервов на внутренние органы
Зная реакции различных органов на раздражение вегетативных нервов и интенсивность естественных тонических влияний на эти органы, можно предсказывать эффекты вегетотропных средств. В большинстве случаев симпатический и парасимпатический медиаторы (норадреналин и ацетилхолин) можно считать антагонистами: если один из этих медиаторов тормозит некую функцию, то другой, как правило, стимулирует. Большинство внутренних органов иннервируются обоими отделами вегетативной нервной системы, и уровень функциональной активности этих органов в каждый момент времени определяется соотношением между симпатическими и парасимпатическими влияниями. В то же время, несмотря на распространенные представления об антагонизме симпатического и парасимпатического отделов, взаимодействие между этими отделами может быть гораздо сложнее. Так, влияния симпатических и парасимпатических нервов на ЧСС и ширину зрачка действительно прямо противоположны — в этом случае можно говорить о функциональном антагонизме. Однако эффекты этих нервов на мужские половые органы дополняют друг друга, обеспечивая полноценную половую функцию. Регуляция сосудистого тонуса обеспечивается преимущественно (хотя и не исключительно) симпатическими влияниями на артериолы. Эффекты, оказываемые симпатическими (адренергическими) и парасимпатическими (холинергическими) нервами на внутренние органы, перечислены в табл. 6.1.
Основные функции вегетативной нервной системы
Регуляторные влияния вегетативной нервной системы жизненно важны для организма. Как правило, эти влияния осуществляются без участия сознания. Вегетативная нервная система полностью или частично управляет такими процессами, как дыхание, кровообращение, пищеварение, терморегуляция, метаболизм, потоотделение и секреция ряда гормонов. Как указывали Клод Бернар (1878—1879), Джон Ленгли (1898,1901) и Уолтер Кеннон (1929,1932), постоянство внутренней среды организма в значительной мере обеспечивается вегетативной нервной системой.
Симпатическая нервная система и мозговое вещество надпочечников не необходимы для существования в постоянных благоприятных условиях. Однако при любом стрессе роль симпатоадреналовой системы становится совершенно очевидной. Без участия этой системы невозможны: поддержание температуры тела при изменениях температуры окружающей среды, повышение уровня глюкозы в крови при внезапно возросших потребностях в энергии, компенсаторные реакции кровообращения на кровопотерю, гипоксию, возбуждение и физическую нагрузку и многие другие приспособительные реакции организма.
В норме имеется постоянный симпатический тонус, степень которого различна для разных органов и в разные моменты времени. Тем самым осуществляется приспособление к непрерывно меняющимся условиям окружающей среды. В определенных условиях может активироваться вся симпатоадреналовая система. Примером могут быть реакции ярости или страха, в которых участвует почти весь организм. В этих случаях растут ЧСС и АД, у некоторых животных происходит выброс эритроцитов из селезенки, кровоток перераспределяется от кожи и ряда внутренних органов в пользу скелетных мышц, повышается уровень глюкозы в крови, расширяются бронхиолы и зрачки — типичная картина реакции типа борьбы или бегства. Многие их этих изменений либо непосредственно обусловлены действием выбрасываемого мозговым веществом надпочечников адреналина, либо усиливаются им (см. ниже). Кроме того, благодаря поступлению сигналов к высшим нервным центрам происходит, с одной стороны, выбор оптимальных реакций, сдругой — сохранение в памяти информации о стрессовом событии.
Парасимпатическая нервная система, напротив, приспособлена для тонкой местной регуляции. Хотя считается, что ее основное назначение — это накопление ресурсов и регуляция деятельности органов в условиях покоя, устранение парасимпатических влияний несовместимо с жизнью. Так, перерезка блуждающих нервов вскоре приводит к смертельной пневмонии. Причиной является нарушение движений ресничек эпителия дыхательных путей и, как следствие, восходящего тока слизи, с которым из легких удаляются патогенные агенты. Активация парасимпатической нервной системы приводит к снижению ЧСС и АД, повышению моторики и секреции ЖКТ, усилению всасывания питательных веществ, сужению зрачка (при этом ограничивается световое воздействие на сетчатку), мочеиспусканию и дефекации. Парасимпатические рефлексы часто характеризуются высокой скоростью.