«Физиология человека Под редакцией чл.-кор. АМН СССР Г. И. КОСИЦКОГО ИЗДАНИЕ ТРЕТЬЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ Допущено Главным управлением учебных заведений Министерства здравоохранения СССР в качестве учебника для ...»

Мозжечок представляет собой образование, расположенное позади больших полушарий мозга над продолговатым мозгом и мостом мозга. В эволюционном плане он представляет собой очень древнюю структуру. Впервые мозжечок появляется у круглоротых и сохраняет принципиально сходные функции во всем филогенетическом ряду позвоночных (от рыб до человека), будучи связан в первую очередь с моторной координацией.

У млекопитающих и человека физиологическое значение мозжечка особенно возрастает, а его нейронная организация и структура отдельных нервных элементов достигает наибольшей сложности.

Анатомически в мозжечке можно выделить среднюю часть — червь, расположенные по обе стороны от него полушария и боковые флоккулонодулярные доли. Последние филогенетически представляют самую древнюю часть мозжечка — архиоцеребеллум. Полушария мозжечка в свою очередь делятся на переднюю и заднюю доли. Передние доли полушарий и задняя часть червя мозжечка составляют старый мозжечок — палеоцеребеллум. Наконец, филогенетически самая молодая часть мозжечка, связанная двусторонними связями с наиболее новыми образованиями мозга — новой корой,— неоцеребеллум, включает переднюю часть задних долей полушарий мозжечка.

В полушариях мозжечка выделяют верхнюю поверхность, образующую кору мозжечка и скопления нервных клеток — ядра мозжечка. Мозжечок связан с другими отделами ЦНС тремя парами ножек, образованных пучками нервных волокон.

Нейронная организация. Нейронная организация мозжечка отличается исключительной упорядоченностью. Кора мозжечка построена по единому принципу и состоит из 3 слоев. В поверхностном, или молекулярном, слое находятся дендритные разветвления грушевидных клеток (клетки Пуркинье), представляющих собой одни из наиболее сложно устроенных нейронов мозга. Грушевидные клетки имеют чрезвычайно разветвленное дендритное дерево. Дендритные отростки, в особенности в дистальных частях, обильно покрыты шипиками. Многочисленные разветвления дендритов резко увеличивают площадь поверхностной мембраны. Это создает условия для размещения огромного числа синапсов. Подсчитано, что один грушевидный нейрон имеет до 200 000 синапсов. Кроме дендритов грушевидных клеток, в поверхностном слое располагаются так называемые параллельные волокна, представляющие собой аксоны многочисленных вставочных нейронов.

В нижней части молекулярного слоя находятся тела корзинчатых клеток, аксоны которых образуют синапгические контакты с телами грушевидных клеток. В молекулярном слое также имеется некоторое число звездчатых клеток. Далее следует ганглиозный слой, в котором находятся тела грушевидных клеток. В следующем гранулярном слое коры мозжечка находятся тела вставочных нейронов (клеток-зерен, или гранулярных клеток). Аксоны гранулярных клеток поднимаются в молекулярный слой, где они Т-образно разветвляются. В гранулярном слое находятся также клетки Гольджи, аксоны которых направляются в молекулярный слой.

В кору мозжечка поступают только два типа афферентных волокон: лазающие и мшистые (или моховидные). По этим каналам в мозжечок доставляются все сенсорные влияния. Лазающие волокна, являющиеся аксонами нейронов нижних олив, образуют синапсы с основаниями дендритов грушевидных клеток. Каждое лазающее волокно контактирует обычно с одной грушевидной клеткой. Однако возбуждающее действие лазающего волокна столь эффективно, что грушевидная клетка отвечает на одиночный импульс в лазающем волокне ритмическим разрядом потенциалов действия.

В противоположность лазающим волокнам, моховидные волокна характеризуются значительной дивергенцией. Разветвление одного моховидного волокна образуют синапсы примерно на 20 вставочных нейронах, но не контактируют непосредственно с грушевидными клетками. Число вставочных нейронов примерно в 2300 раз превышает число клеток Пуркинье, аксоны их, разветвляясь в молекулярном слое, образуют систему параллельных волокон, оканчивающихся синапсами на более дистальных, покрытых много численными шипами дендритах грушевидных клеток. Указанные синапсы, как и синапсы, образуемые лазающими волокнами, являются возбуждающими.

Мшистые волокна, кроме того, образуют синапсы с корзинчатыми клетками. Аксоны корзинчатых клеток образуют густые сплетения типа корзинок вокруг тел грушевидных клеток, обеспечивающие значительную площадь синаптических контактов. Синапсы между аксонами корзинчатых клеток и телами грушевидных нейронов являются тормозными. Они обеспечивают эффективное торможение возбуждающих влияний, оказываемых на грушевидные клетки через аксодендритные синапсы, образуемые лазающими волокнами и аксонами вставочных нейронов.

Наконец, мшистые волокна образуют синаптические контакты также с клетками Гольджи и звездчатыми клетками. Как и корзинчатые клетки, клетки Гольджи и звездчатые клетки являются тормозными нейронами. Однако аксоны клеток Гольджи заканчиваются не на грушевидных клетках, а на многих тысячах вставочных нейронов.

Схема синаптической организации нейронов коры мозжечка показана на рис. 90.

Если в кору мозжечка входит два типа афферентных волокон: лазающие и мшистые, то покидает ее всего лишь один тип эфферентных волокон, являющихся аксонами грушевидных нейронов (нейроны Пуркинье). Таким образом, грушевидные клетки образуют единственный выход всей сложно организованной нейронной системы, составляющей кору мозжечка. Другим отличительным свойством грушевидных клеток является то, что все они являются тормозными нейронами, т. е. образуют тормозящие синапсы со всеми клетками, с которыми они контактируют. Тормозные постсинаптические потенциалы при активации грушевидных клеток возникают в нейронах собственных ядер мозжечка и в нейронах вестибулярных ядер.

В мозжечок поступает информация из различных сенсорных систем. Афферентные сигналы достигают мозжечка по различным путям, которые можно подразделить на следующие группы: восходящие от спинного мозга (по спинно-мозжечковым трактам), от вестибулярных рецепторов, от нижней оливы и от ретикулярной формации заднего мозга.

Волокна дорсального и вентрального спинно-мозжечковых трактов доставляют в мозжечок информацию о состоянии мышечного аппарата.Спинно-ретикуломозжечковый тракт имеет переключение в латеральном ретикулярном ядре продолговатого мозга. По этому пути в мозжечок поступает информация от кожи и более глубоких тканей.

Важный афферентный вход кора мозжечка получает из нижней оливы, где происходит переключение импульсов, поступающих по нескольким путям, берущим начало как в спинном мозге, так и в структурах головного мозга. Значительную роль при этом играют сигналы, поступающие в его кору из больших полушарий по мшистым и лазающим волокнам.

Наконец, в коруфлоккулонодулярной доли приходят первичные и вторичные вестибулярные афферентные влияния.

Из красного ядра к мозжечку подходят коллатерали руброспинальных аксонов. Нейроны промежуточного ядра мозжечка посылают волокна к клеткам красного ядра.

Синапсы, образуемые этими волокнами на руброспинальных нейронах, являются возбуждающими и характеризуются высокой эффективностью. Поэтому раздражение промежуточного ядра мозжечка вызывает в спинальных мотонейронах ответы, сходные с теми, которые возникают при стимуляции красного ядра (рис. 9 1 ).

Нейроны других мозжечковых ядер образуют возбуждающие синапсы на ретикулоспинальных нейронах продолговатого мозга и моста. Итак, вся информация, приходящая в мозжечок, передается грушевидным клеткам или клеткам Пуркинье, а те в свою очередь оказывают тормозящее влияние на ядра мозжечка (а через них тормозят активность ретикуло- и руброспинальных нейронов) и на нейроны преддверного латерального ядра (ядро Дейтерса), дающие начало вестибулоспинальному тракту. Таким образом, мозжечок может эффективно контролировать значительную часть команд, поступающих в спинной мозг по основным нисходящим трактам. Действительно, после удаления мозжечка ритмика вестибуло-, ретикуло- и руброспинальных нейронов, которая в норме изменяется в соответствии с выполнением определенной части двигательного акта, перестает зависеть от двигательных циклов.

Функции мозжечка Несмотря на исключительную упорядоченность нейронной организации мозжечка, благодаря которой его сравнивают со своего рода нейронной машиной, его функциональная роль раскрыта еще не полностью.

Клинические проявления, развивающиеся при поражении мозжечка, а также эффекты, наблюдаемые при его раздражении или экстирпации, свидетельствуют о важной роли мозжечка в осуществлении статических, статокинетических рефлексов и других процессов управления двигательной активностью, автоматически регулирующих работу двигательного аппарата.

Экспериментальные и клинические наблюдения показывают, что при поражениях мозжечка развиваются разнообразные нарушения двигательной активности и мышечного тонуса, а также вегетативные расстройства. Основные проявления расстройств двигательной системы включают нарушения равновесия и мышечного тонуса: тремор, атаксию и асинергию движений.

Полное удаление мозжечка или его передней доли у животных приводит к повышению тонуса мышц-разгибателей, в то время как раздражение передней доли — к снижению этого тонуса (торможение децеребрационной ригидности).

Через несколько суток после удаления мозжечка тонус разгибателей ослабляется, сменяясь гипотонией, лежащей в основе двигательных нарушений. В этот период животные с удаленным мозжечком не могут не только ходить, но и стоять и в то же время способны хорошо плавать.

Многие клинические проявления, свидетельствующие о мозжечковой недостаточности, связаны с мышечной атонией и неспособностью поддерживать позу. После исследования коленного рефлекса или смещения пассивно висящей конечности нога не возвращается в исходное положение, а раскачивается подобно маятнику.

Одно из наиболее характерных проявлений мозжечковой недостаточности — возникновение тремора. Тремор покоя характеризуется небольшой амплитудой, колебания протекают синхронно в разных сегментах тела. Для мозжечковых повреждений характерна также атаксия: нарушение величины, скорости и направления движений, что приводит к утрате плавности и стабильности двигательных реакций. Целенаправленные движения, например попытка взять предмет, выполняются порывисто, рывками, промахами мимо цели. Атаксический тремор наблюдается при выполнении произвольных движений, будучи наиболее выражен в начале и в конце движения, а также при перемене его направления.

Асинергия проявляется также нарушением взаимодействия между двигательными центрами различных мышц. Так, у больных при выполнении движений не происходит одновременного сокращения мышц, компенсирующих смещение центра тяжести. Делая шаг, больной выносит ногу, не сгибая, впереди туловища, что приводит к падению. В результате асинергии сложные движения как бы распадаются на ряд выполняемых последовательно более простых движений.

Разновидностью асинергии можно считать характерный для поражения мозжечка симптом — адиадохокинез — нарушение правильного чередования противоположных движений, например сгибания и разгибания пальцев.

Итак, расстройство равновесия и тонуса скелетной мускулатуры приводит к характерным нарушениям в осуществлении произвольных движений. Особенно сильно затрудняется выполнение задач, связанных с необходимостью точно коснуться какого-либо предмета. Нарушение двигательной координации — астазия — характеризуется появлением качательных и дрожательных движений. Нарушение локомоции — атаксия — проявляется расстройством походки, которая становится неровной, зигзагообразной.

Наступает неадекватное перераспределение мышечного тонуса — дистония. Локальные повреждения небольших участков коры передней доли мозжечка позволили выявить локализацию в ней представительства различных участков скелетной мускулатуры.

Нарушение двигательной координации при поражениях мозжечка объясняется тесными связями его с основными структурами ствола мозга (дающими начало трактам, передающим импульсы в спинной мозг), а также с таламусом и сенсомоторной областью коры больших полушарий.

Одна из главных проекций мозжечка направлена к нейронам ретикулярной формации ствола, особенно к тем из ретикулоспинальных клеток, аксоны которых отличаются наиболее высокой скоростью проведения возбуждения. Учитывая, что последние устанавливают контакты с а- и -мотонейронами, можно заключить, что через ретикулоспинальный путь обеспечивается срочная передача мозжечковых команд непосредственно к этим ключевым элементам спинального управления движениями.

Ретикулоспинальные нейроны находятся под мозжечковым контролем, после устранения которого участие их в центральной регуляции движений резко нарушается.

Связи между мозжечкам и преддверным латеральным ядром (ядро Дейтерса), дающим начало вестибулоспинальному тракту, настолько тесны и характерны, что это вестибулярное ядро функционально можно рассматривать как ядро мозжечка, вынесенное в продолговатый мозг. Значительная часть мозжечкового возбуждающего и тормозящего контроля спинальных центров обеспечивается с помощью вестибулоспинальных нейронов.

Команды из промежуточной коры и промежуточного ядра мозжечка передаются к спинному мозгу через нейроны красного ядра.

Таким образом, нейронная организация мозжечка обеспечивает поступление в его кору разнообразной афферентной информации, в том числе от различных компонентов двигательного аппарата, сложную обработку этой информации в нейронах и синапсах мозжечка и эффективную передачу корригирующих влияний к нейронам стволовых и спинальных центров моторного контроля.

Как было показано Л. А. Орбели, мозжечок играет также важную роль в регуляции вегетативных функций за счет многочисленных синаптических связей с ретикулярной формацией ствола мозга.

ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ МОЗГ

Промежуточный мозг образует стенки I I I желудочка. В процессе эмбриогенеза он формируется вместе с большими полушариями из переднего мозгового пузыря.

Главными структурами промежуточного мозга являются таламус, или зрительный бугор, и гипоталамус, или подбугровая область. Ядра таламуса расположены главным образом в области боковой стенки I I I желудочка; ядра гипоталамуса образуют его нижнюю и нижнебоковую стенки. Верхняя часть I I I желудочка образована сводом и эпифизом (эпиталамус).

В глубине мозговой ткани промежуточного мозга расположены ядра наружных и внутренних коленчатых тел. Наружная граница промежуточного мозга проходит латеральнее коленчатых тел и образована белым веществом внутренней капсулы, отделяющей промежуточный мозг от подкорковых ядер конечного мозга.

ТАЛАМУС

Нейронная организация. Нервные клетки таламуса, группируясь, образуют большое количество ядер: всего различают до 40 таких образований. Топографически все они могут быть подразделены на несколько основных групп: передние, интраламинарные, срединные и задние. В каждой из этих основных групп различают более мелкие ядра, отличающиеся друг от друга как нейронной организацией, так и особенностями афферентных и эфферентных проекций. С функциональной точки зрения принято различать неспецифические и специфические ядра таламуса. Нейроны неспецифических ядер посылают аксоны диффузно ко всей новой коре, в то время как нейроны специфических ядер образуют связи только с клетками определенных корковых полей (рис. 92). Неспецифические ядра являются по своему происхождению более древними и включают срединные и интраламинарные ядра, а также медиальную часть переднего вентрального ядра. Нейроны неспецифических ядер сначала передают сигналы в подкорковые структуры, от которых импульсация поступает параллельно в разные отделы коры. Неспецифические ядра являются продолжением ретикулярной формации среднего мозга, представляя собой ретикулярную формацию таламуса.

На нейронах специфических ядер заканчиваются волокна различных восходящих трактов. Аксоны этих нейронов образуют прямые моносинаптические связи с нейронами сенсорной и ассоциативной коры. К клеткам ядер латеральной группы таламуса, включающих заднее вентральное ядро, поступают импульсы от кожных рецепторов, двигательного аппарата, а также мозжечково-таламического пути.

Другая часть специфических ядер таламуса входит в состав задней группы и образует медиальное и латеральное коленчатые тела. На нейронах латерального коленчатого тела заканчиваются афферентные пути зрительной системы. Нейроны медиального коленчатого тела воспринимают сигналы от нейронов слуховых ядер продолговатого мозга и задних бугров четверохолмия.

Нейроны специфического комплекса ядер посылают по направлению к коре аксоны, почти не имеющие коллатералей. В отличие от него нейроны неспецифической системы посылают аксоны, дающие множество коллатералей. Вместе с тем и волокна, приходящие из коры к нейронам специфических ядер, характеризуются топографической локализованностью своих окончаний в противоположность широко разветвленной системе диффузно оканчивающихся волокон в неспецифических ядрах.

Функции таламуса Все сенсорные сигналы, за исключением возникающих в обонятельном тракте, достигают коры больших полушарий только через таламокортикальные проекции. Таламус представляет собой своего рода ворота, через которые в кору поступает и достигает сознания основная информация об окружающем нас мире и о состоянии нашего тела.

Тот факт, что афферентные сигналы на пути к коре мозга переключаются на нейронах таламуса, имеет важное значение. Тормозные влияния, приходящие в таламус из коры, других образований и соседних таламических ядер, позволяют обеспечить лучшую передачу в кору мозга наиболее важной информации. Торможение подавляет слабые возбуждающие влияния, благодаря чему выделяется наиболее важная информация, приходящая в таламус от различных рецепторов.

Через неспецифические ядра таламуса в кору мозга поступают восходящие активирующие влияния от ретикулярной формации мозгового ствола. Система неспецифических ядер таламуса осуществляет контроль ритмической активности коры больших полушарий и выполняет функции внутриталамической интегрирующей системы.

Электрическое раздражение неспецифических ядер таламуса вызывает в коре больших полушарий периодические колебания потенциалов, синхронные с ритмом активности таламических структур. Реакция в коре возникает с большим скрытым периодом и значительно усиливается при повторении. Таким образом, нейроны коры больших полушарий вовлекаются в процесс активности как бы постепенно. Такая реакция вовлечения коры мозга отличается от специфических ее ответов своей' генерализованностью, охватом обширных областей коры. Активацию нейронов неспецифических ядер таламуса особенно эффективно вызывают болевые сигналы (таламус является высшим центром болевой чувствительности). Импульсы, идущие по путям болевой чувствительности, формируются при раздражении различных областей тела и внутренних органов. Скрытые периоды ответов в таламусе отличаются большой длительностью и вариабельностью.

Наблюдения, проведенные на людях во время хирургических операций, показывают, что повреждения неспецифических ядер таламуса приводят к нарушениям сознания. Это свидетельствует о том, что импульсация, поступающая по неспецифической восходящей системе таламуса, поддерживает уровень возбудимости корковых нейронов, необходимый для сохранения сознания.

Кроме специфических влияний на кору, ряд таламических ядер, в особенности ядра дорсальной группы, оказывает регулирующее воздействие на подкорковые структуры.

Вероятно, через эти ядра осуществляется замыкание путей некоторых рефлексов, осуществляющихся без участия коры больших полушарий мозга. Таким образом, таламус может играть важную роль в качестве надсегментарного центра рефлекторной деятельности.

У таламических животных (у которых удалены мозговые структуры, расположенные выше таламуса) сохраняются локомоция и сложные двигательные рефлексы типа глотания, жевания, сосания. После перерезки мозга ниже таламуса эти функции нарушаются.

ГИПОТАЛАМУС

Нейронная организация. Гипоталамус образован группой небольших ядер, расположенных у основания мозга, вблизи гипофиза. Клеточные ядра, образующие гипоталамус, представляют собой высшие подкорковые центры вегетативной нервной системы и всех жизненно важных функций организма. В эволюционном плане гипоталамус является очень древним образованием. Он хорошо развит уже у наиболее примитивных представителей позвоночных. Организация гипоталамуса сохраняет сходные черты на разных ступенях эволюции, что обусловлено известным постоянством его функций.

Скопление нейронных образований, образующих гипоталамус, может быть подразделено на преоптическую, переднюю, среднюю, наружную и заднюю группы ядер. В преоптическую область входят перивентрикулярное, медиальное и латеральное преоптические ядра. В группу ядер переднего гипоталамуса относят супраоптическое, супрахиазматическое и паравентрикулярное ядра. Средний гипоталамус составляет вентромедиальное и дорсомедиальное ядра. К наружной группе ядер относятся латеральное гипоталамическае ядро и ядро серого бугра. Наконец, в заднем гипоталамусе различают заднее гипоталамическое, перифорникальное, премамиллярное, медиальное мамиллярное, супрамамиллярное и латеральное мамиллярное ядра. Схема главных ядер гипоталамуса представлена на рис. 93. Организация гипоталамуса характеризуется обширными и очень сложными афферентными и эфферентными связями.

Афферентные сигналы в гипоталамус поступают из коры больших полушарий, из таламических структур, ядер базальных ганглиев. Одним из основных эфферентных путей является медильный мозговой пучок, или паравентрикулярная система, и мамиллотегментальный тракт. Волокна этих путей идут в каудальном направлении по стенкам водопровода мозга или сильвиева водопровода, дают многочисленные ответвления к структурам среднего мозга. Аксоны клеток гипоталамических ядер образуют также большое количество коротких эфферентных путей, идущих в таламическую и субталамическую области и в другие подкорковые образования.

Ядра переднего гипоталамуса — супраоптическое и паравентрикулярное, кроме того, связаны с гипофизом особой системой волокон, которые служат не только для проведения электрических сигналов, но и для транспорта продуктов нейросекреции, которые вырабатываются нейронами этих ядер.

Функции гипоталамуса Результаты, полученные с помощью избирательного раздражения или разрушения определенных ядер, показали, что латеральная и дорсальная группы ядер повышают тонус симпатической нервной системы. Раздражения области средних ядер (в частности, серого бугра) вызывают снижение тонуса симпатической нервной системы. Существуют экспериментальные данные о наличии в гипоталамусе центра сна и центра пробуждения.

Гипоталамус играет важную роль в терморегуляции. Раздражение задних ядер приводит к гипертермии в результате повышения теплопродукции при интенсификации обменных процессов, а также вследствие дрожи скелетной мускулатуры.

В области средних и боковых ядер имеются группы нейронов, рассматриваемых как центры насыщения и голода. Стимулом для изменения их деятельности являются отклонения в химическом составе притекающей крови.

При голодании в крови происходит снижение содержания аминокислот, жирных кислот, глюкозы и других веществ. Это приводит к активации определенных гипоталамических нейронов и развитию сложных поведенческих реакций организма, направленных на утоление чувства голода.

Приспособительные поведенческие реакции развиваются при недостатке в организме воды, что приводит к появлению чувства жажды вследствие активации гипоталамических зон, расположенных дорсолатерально от супраоптического ядра. В результате резко усиливается потребление воды (полидипсия). Наоборот, разрушение указанных гипоталамических центров приводит к отказу от воды (адипсия).

В гипоталамусе расположены центры, связанные с регуляцией полового поведения.

Опыты с вживлением электродов в эти центры (задний гипоталамус) показали, что при предоставлении животному возможности самораздражения (путем нажатия педали, включающей ток, проходящий через вживленные электроды) оно может проводить самораздражение с высокой частотой в течение длительного времени. Поэтому эти центры были названы центрами удовольствия. Установлено, что они являются компонентом нейронной системы, принимающей участие в регуляции эмоциональной сферы полового поведения.

Гипоталамус принимает участие в процессе чередования сна и бодрствования.

Супраоптическое ядро и супраоптико-гипофизарный тракт связаны с задней долей гипофиза, выделяющей в кровь ряд гормонов. Установлено, что по крайней мере часть этих гормонов (многие из которых являются полипептидами) может выделяться окончаниями нейронов других отделов нервной системы в качестве нейромедиаторов или нейромодуляторов. Задняя доля гипофиза, являющаяся по происхождению производным нервной системы (нейрогипофиз), специализировалась на депонировании и выделении указанных веществ в кровяное русло. Эти вещества продуцируются клетками супраоптического ядра и передаются в кровь по их аксонам в результате генерации потенциала действия в нейрогипофиз подобно тому как потенциалы действия, приходящие в аксональные окончания обычных нервных клеток, вызывают процесс высвобождения медиатора.

Основными гормонами, выделяемыми задней долей гипофиза, являются антидиуретический гормон, регулирующий водный метаболизм, а также гормоны, регулирующие деятельность матки, функцию молочных желез.

По-иному осуществляется связь гипоталамуса с передней долей гипофиза (аденогипофиз), вырабатывающего такие гормоны белковой природы, как адренокортикотропный, фолликулостимулирующий и лютеинизирующий, тиреотропный, гормон роста, и средней долей гипофиза (меланофорный гормон). Регуляция гипоталамусом этой части гипофиза осуществляется через кровь — нейрогуморальным путем. Важнейшие функции гипоталамуса приведены в табл. 6 и 7.

ПЕРЕДНИЙ МОЗГ

ПОДКОРКОВЫЕ ЯДРА

В состав самого рострального отдела ЦНС — переднего мозга входят базальные ганглии и кора больших полушарий мозга.

Базальные ганглии являются структурами ядерного типа, расположены внутри больших полушарий, между лобными долями и промежуточным мозгом. К ним относятся хвостатое ядро и скорлупа, объединяемые под общим названием «полосатое тело», в связи с тем, что скопления нервных клеток, образующих серое вещество, чередуются с прослойками белого вещества. Вместе с бледным шаром (паллидум) они образуют стриопаллидарную систему подкорковых ядер.

Ядра стриопаллидарной системы заметно прогрессируют в процессе эволюционного развития ЦНС позвоночных, достигая особенно высокого совершенства у рептилий и птиц, у которых они становятся основным образованием переднего мозга. У млекопитающих морфофункциональный прогресс переднего мозга связан прежде всего с развитием коры больших полушарий. Тем не менее стриопаллидарная система у млекопитающих остается главным ядерным аппаратом переднего мозга, неотъемлемым компонентом процессов интеграции двигательного поведения и ряда других сложных функций.

Нейронная организация. Подкорковые ядра, входящие в систему базальных ганглиев, отличаются чрезвычайно разнообразным клеточным составом. В бледном шаре имеются крупные нейроны, дающие начало быстропроврдящим аксонам, которые заканчиваются на нервных клетках ядер промежуточного и среднего мозга. Так, окончания этих волокон обнаруживаются в области красного ядра и среди нейронов черной субстанции.

Кроме того, в бледном шаре имеется значительное число мелких нейронов, выполняющих, по-видимому, функции промежуточных элементов.

Хвостатое ядро и скорлупа имеют сходную нейронную организацию. Они содержат главным образом мелкие нейроны с короткими дендритами и тонкими аксонами. Кроме мелких клеток имеется небольшое число (5 % от общего состава) относительно крупных нейронов. Как крупные, так и мелкие нейроны дают начало нервным волокнам, направляющимся в первую очередь к клеткам бледного шара и черной субстанции (рис. 94).

Нейроны ядер стриопаллидарной системы получают сигналы из корыбольших полушарий, таламуса, ядер мозгового ствола, обонятельной луковицы. Схематически они показаны на рис. 95. Кортико-стриальные волокна берут начало практически из всей новой коры и распределяются во всех зонах стриатума. Наибольшее число волокон берет начало от клеток сенсомоторной зоны коры, наименьшее — от клеток зрительной зоны коры.

Окончания кортикальных волокон образуют синапсы преимущественно на дендритных отростках нейронов полосатого тела. Вероятным медиатором в этих синапсах является глутамат. Кортикальные волокна возбуждают нейроны стрнатума.

Проекции из тлламуса берут начало в интраламинарных таламических ядрах.

Таламостриарные проекции устанавливают синаптические контакты с шипиками или основаниями дендритов нейронов скорлупы и хвостатого тела. Это возбуждающие синапсы.

Волокна, поступающие из черной субстанции, оказывают тормозящее влияние на активность нейронов.

Нейроны хвостатого ядра и скорпулы в свою очередь дают начало большому числу очень тонких, слабомиелинизированных волокон, которые уже в пределах этих ядер собираются в тонкие пучки и идут к бледному шару, проходя через толщу всей этой структуры. Направляясь более каудально, волокна из полосатого тела достигают черной субстанции. Значительная часть стриопаллидарных волокон представляет собой коллатеральные ответвления пути к черной субстанции.

Функции подкорковых ядер Представляя собой составную часть экстрапирамидной системы, ядра стриопаллидарного комплекса принимают участие в координации двигательной активности. Электрическое раздражение хвостатого ядра вызывает стереотипные движения головы, дрожательные движения передних конечностей. Обращает на себя внимание сходство эффектов, вызываемых электрическим раздражением ядер стрнопаллидарной системы и аппликацией дофамина. Аппликация дофамина в область полосатого ядра вызывает те же двигательные реакции, что и электрическое раздражение. Вещества, тормозящие синтез дофамина или блокаду дофаминовых рецепторов, устраняют двигательные эффекты в отпет на электрическое раздражение хвостатого ядра.

Главный источник дофаминергических нейронов, аксоны которых образуют синапсы на клетках ядер стриопаллидарного комплекса, находится в черной субстанции. Поэтому патологические изменения, развивающиеся в черной субстанции, ведут к уменьшению содержания дофамина в стриатуме и нарушению его деятельности. Подобные изменения наблюдаются у больных, страдающих паркинсонизмом.

Билатеральные перерезки путей, идущих из черной субстанции в стриатум, вызывают у животных неподвижность, отказ от еды и питья, отсутствие ответов на раздражение из внешнего мира.

Имеются данные, что полосатое тело играет роль в процессах запоминания двигательных программ. Раздражение этой структуры может приводить к нарушению обучения и памяти.

Еще в конце прошлого века В. И. Данилевским было выдвинуто представление о тормозной функции полосатого тела. В дальнейшем было установлено, что стриопаллидарная система оказывает тормозящее влияние на различные проявления двигательной активности и на эмоциональные компоненты двигательного поведения, в частности на агрессивные реакции.

КОРА БОЛЬШИХ ПОЛУШАРИЙ

Кора больших полушарий представляет собой филогенетически наиболее молодое образование мозга. В структурном отношении кора мозга представляет собой слой серого вещества, покрывающего весь мозг и благодаря наличию большого числа складок имеющего очень большую суммарную поверхность. Так, у человека поверхность коры превышает 1500 см2. Такая организация серого вещества обеспечивает размещение громадного количества (свыше 14 млрд.) нервных клеток. Общее число образуемых ими синаптических переключений чрезвычайно велико, что обеспечивает сложнейшие процессы обработки и хранения информации.

В соответствии с историей развития коры больших полушарий выделяют древнюю (архикортекс), старую (палеокортекс) и новую кору (неокортекс). Последняя особенно быстро развивалась в процессе эволюции млекопитающих, что проявляется в значительных отличиях между новой корой приматов и более примитивных видов животных.

К древней коре относят обонятельные луковицы, в которые поступают афферентные волокна от обонятельного эпителия слизистой полости носа, обонятельные тракты, расположенные на нижней поверхности лобной доли, обонятельные бугорки, в которых расположены вторичные обонятельные центры. Старая кора включает поясную извилину, извилину гиппокампа и миндалину. Все остальные области относятся к новой коре.

Нейронная организация. Несмотря на значительную функциональную специализацию различных областей коры, их нейронная структура имеет много общего. Стереотипность нейронной организации коры мозга проявляется в упорядоченном расположении нервных клеток и волокон (рис. 96).

Нервные элементы коры больших полушарий ориентированы послойно, образуя основных слоев. Слой I, наиболее поверхностный, плексиформный или молекулярный, содержит незначительное число нервных клеток. Он образован главным образом сплетением нервных волокон.

Во II слое, называемом наружным зернистым, плотно расположены мелкие (4— 8 мкм) нейроны, тела которых имеют овальную, треугольную или многоугольную форму (клетки-зерна).

В I I I слое расположены пирамидные нейроны разных размеров.

Слой IV, называемый внутренним зернистым слоем, содержит подобно наружному зернистому слою скопление мелких нейронов.

Слой V состоит из гигантских пирамидных клеток, или клеток Беца. Вверх от них отходят длинные дендритные отростки, достигающие поверхностных слоев,— так называемые апикальные дендриты. Базальные дендриты пирамидных клеток занимают боковое положение. Аксоны крупных пирамидных нейронов проецируются к различным ядрам головного и спинного мозга. Самые длинные из них образуют пирамидный тракт, достигающий каудальных сегментов спинного мозга.

Слой VI мультиформный, содержит нейроны веретенообразной и треугольной формы.

Главными эфферентными нейронами коры являются большие пирамидные клетки V слоя, аксоны которых покидают ее пределы.

Более мелкие, короткоаксонные нейроны обеспечивают внутрикорковые связи и выполняют роль возбуждающих и тормозных вставочных нейронов.

Характерную организацию имеют также приходящие в кору афферентные волокна.

Главный афферентный вход в кору больших полушарий образован таламокорти-кальными проекциями. Таламические волокна образуют в коре два основных типа окончаний.

Волокна, приходящие в кору от нейронов специфических (проекционных) ядерталамуса (зрительных, слуховых), доходят до наружного зернистого слоя и оканчиваются густыми разветвлениями внутри I I I и IV слоев.

Добавочные их разветвления обнаруживаются и в VI слое. Благодаря густому ветвлению окончаний проекционных волокон вокруг клеток III и IV слоя обеспечивается возможность эффективно доставлять афферентную информацию в топографически определенные зоны и подвергать ее локальной обработке на уровне вставочных нейронов.

Другой тип окончаний таламокортикальных проекций образуется аксонаминейронов неспецифических ядер таламуса. Они распространяются по широким областям коры и дают коллатералн, проходящие через все кортикальные слои, достигая и самого поверхностного слоя. Таким образом обеспечивается универсальный настроенный механизм, влияющий на уровень возбудимости пирамидных нейронов, и интеграция корковой активности в целом.

В настоящее время обнаружено значительное многообразие типов неспецифических таламокортикальных волокон.

Во многих областях коры обнаруживается конвергенция проекций от нескольких таламических ядер.

Несмотря на известную общность нейронной организации разных отделов коры, более детальный анализ показывает определенные различия, проявляющиеся в ходе волокон, количестве и размерах нейронов, ветвлении дендритов. Эти различия обусловлены неодинаковой функциональной специализацией разных областей коры. На основании цитоархитектонических признаков была построена карта коры, в которой выделены различные корковые поля. На карте в коре больших полушарий человека выделено 11 областей, включающих 52 поля.

Функции древней и старой коры Для обозначения всех корковых образований, не относящихся к новой коре, древнюю и старую кору часто объединяют.

На основании морфологических данных выдвинута точка зрения на древнюю и старую кору как на особую систему переднего мозга, названную обонятельным, или висцеральным, мозгом. Согласно этой точке зрения, обонятельный мозг, помимо функций, связанных с обонянием, ведает реакциями настораживания и внимания, принимает участие в регуляции вегетативных функций. Эта система играет также важную роль в осуществлении инстинктивного поведения (пищевого, полового, оборонительного) и в формировании эмоций.

Помимо обонятельной афферентации в старую кору поступает также импульсация от других сенсорных путей, причем наблюдается значительная конвергенция различных афферентных влияний на одних и тех же нервных элементах.

Раздражение структур старой коры оказывает влияние на сердечно-сосудистую систему и дыхание. Повреждения в области старой коры могут вызвать гиперсексуальность, изменять эмоциональное поведение. Имеются зоны, раздражение которых приводит к реакции насыщения и удовольствия.

При электрическом раздражении миндалины наблюдаются эффекты, связанные с деятельностью пищеварительного тракта: облизывание, жевание, глотание, саливация, изменения желудочной секреции, перистальтики кишечника. Раздражение миндалины влияет также на деятельность и других внутренних органов: почек, мочевого пузыря, матки.

Таким образом, существует тесная связь структур старой коры с вегетативной нерв ной системой, с процессами, направленными на регуляцию внутренней среды организма.

Эта деятельность старой коры протекает при участии гипоталамуса. Древняя и старая кора вместе с гипоталамусом и лимбическоп областью среднего мозга составляют так называемую лимбическую систему, обеспечивающую гомеостаз, самосохранение и сохра Имеются данные, что некоторые области старой коры имеют важное значение в процессах памяти. При удалении миндалевидного комплекса нарушаются отставленные рефлексы. У больных с нарушениями памяти при патоморфологических исследованиях нередко обнаруживаются признаки дегенеративных явлений в гиппокампе.

Электрофизиологические исследования активности нейронов гиппокампа показали, что их ответы на афферентные раздражения отличаются большой продолжительностью.

Большое значение для интенсивности реакции имеет новизна раздражения. Интересной особенностью синаптического аппарата гиппокампа оказалась способность чрезвычайно длительное время удерживать следы предшествующего раздражения. Так, посттетаническая потенциация в ответ на короткое тетаническое раздражение в синапсах пирамидных нейронов гиппокампа может продолжаться недели и месяцы, тогда как в спинном мозге лишь немногие минуты:

Функции новой коры Исследования эффектов удаления различных участков коры, а также последствий их поражения патологическими процессами, прямого электрического раздражения коры с регистрацией электрической активности показали, что различные поля коры больших полушарий тесно связаны с определенными функциями. Так, при применении электрической стимуляции была выявлена возможность получения двигательных реакций при раздражении определенных корковых зон, что привело к представлению о существовании моторной коры. Определение зон, в которые проецируются специфические афферентные системы, позволило выделить сенсорные области коры, представляющие топически организованные проекции различных периферических рецепторных полей. Выявлены обладающие ассоциативной функцией зоны; в которые поступает информация от афферентов различных модальностей. Имеются большие корковые поля, функция которых менее определенна. Так, значительная часть лобных долей (поля 9 и 12) не отвечает на электрическое раздражение и может быть удалена (особенно в правом полушарии) без заметных последствий. Однако двустороннее удаление большей части полей 9 и 12 ведет к значительным психическим нарушениям. Таким образом, зоны, воспринимающие сенсорные сигналы или посылающие эфферентные импульсы к нижележащим центрам, имеют наиболее фиксированную локализацию в коре, в то время как ассоциативные поля связаны главным образом со сложными процессами высшей нервной деятельности и функционируют как целое.

Сенсорные зоны коры больших полушарий Афферентные импульсы, направляющиеся в кору больших полушарий, переключаются на клетках ядер таламуса и оттуда проецируются в определенные корковые поля.

В каждом полушарии выделяются первичные зоны представительства соматической (кожной и мышечно-суставной) и висцеральной чувствительности. Эти зоны обозначаются как I и II соматосенсорные зоны коры. Первая соматосенсорная зона расположена в задней центральной извилине- и имеет значительно большую площадь, чем вторая. К ней поступают волокна от заднего вентрального ядра таламуса. Особенно большую поверхность занимает представительство рецепторов кисти рук, голосового аппарата и лица, значительно меньшую — туловища, бедра и голени. Эти различия отражают различия в количестве рецепторных образований, имеющихся в коже туловища и наиболее чувствительных участков тела — губах, языке, подушечках пальцев.

Вентральнее I соматосенсорной зоны, в латеральной (сильвиевой) борозде, обнаружена // соматосенсорная зона, куда также поступают волокна от клеток заднего вентрального ядра таламуса. Постцентральная область коры часто подвергалась прямому электрическому раздражению у пациентов во время хирургических операций. Результатом такого раздражения были ощущения давления, прикосновения или тепла, ощущаемые на противоположной половине тела.

Удаление участков соматосенсорной области приводит к потере тонкой градации чувствительности той части тела, которая представлена в удаленном участке коры. Кроме того, появляется определенная неловкость и неаккуратность при движениях данной части тела. Таким образом, главная функция соматосенсорной области заключается в интеграции и критической оценке той информации, которая поступает из специфических ядер таламуса. Здесь происходят оценка относительной интенсивности ощущений, определение пространственных взаимоотношений раздражаемых участков тела, выявление сходства и различия ощущаемых раздражений.

Другой четкой первичной проекционной областью коры является внутренняя поверхность затылочной коры в области шпорной борозды. В эту область поступают аксоны клеток наружного коленчатого тела, доставляющие в кору зрительную информацию. В I зрительной области (поле 17) обнаруживается топографически организованное представительство сетчатки. У млекопитающих в связи с бинокулярным зрением первичная зрительная область каждого полушария получает проекции сетчаток обоих глаз.

При этом в каждое полушарие проецируются одноименные половины сетчаток (в левое — обе правые их половины, а в правое — обе левые).

При электрическом раздражении 17-го поля человек испытывает световые ощущения. Поля 18 и 19 связаны с ассоциацией зрительной и других видов чувствительности.

Здесь зрительные, тактильные и отчасти слуховые воздействия подвергаются синтезу, обеспечивая более полное зрительное ощущение. Повреждения полей 18 и 19 приводят к нарушению зрительной оценки, так что, например, написанные или напечатанные слова не воспринимаются. Раздражение 19-го поля вызывает зрительные галлюцинации, движения глаз.

Слуховая зона коры (поля 41 и 42) в основном расположена в латеральной борозде.

Только небольшая часть этой зоны видна на верхнем крае височной доли. В данной области коры звуковые сигналы, попадающие в улитку, воспринимаются как звуки, варьирующие по тону, громкости и качеству.

Сенсорная слуховая область отличается богатством клеточного и волоконного состава, имеет хорошо выраженный слой крупных пирамидных нейронов. Типичным для слуховой коры является также хорошо выраженный слой звездчатых клеток. В слуховую область, кроме слуховых путей, проецируются также вестибулярные афференты.

Электрическое раздражение слуховой области коры у людей с сохраненным сознанием вызывает субъективные ощущения шума в обоих ушах. Благодаря двустороннему представительству поражение височной доли на одной стороне хотя и вызывает нарушения слуха, но не приводит к глухоте.

В слуховой области коры имеется топическое представительство различных частей улитки. Зона, лежащая на периферии первичной слуховой области, образует ассоциативный центр, связанный преимущественно с оценкой значимости звуков. Раздражение этой зоны вызывает слуховые галлюцинации и движения головы в противоположную сторону. Специальные зоны верхнего и среднего височных выпячиваний (конволюций) в левом полушарии связаны с пониманием речи. При их повреждении теряется способность произносить или понимать произнесенные слова.

Моторные зоны коры больших полушарий В коре больших полушарий выделяются зоны, раздражение которых закономерно вызывает четкие, координированные двигательные реакции. У приматов и человека двигательная область расположена в прецентральной извилине (поля 4 и 6). Кроме того, имеется еще и дополнительная двигательная область, располагающаяся на медиальной поверхности коры.

Для двигательной области коры характерна строго топическая организация распределения двигательных функций. Слабое электрическое раздражение определенных точек моторной коры вызывает движение определенных мышц противоположной половины тела. Наиболее дискретные движения и с наименьшим порогом вызываются при стимуляции 4-го поля.

Здесь, в V слое коры находятся особенно крупные пирамидные клетки — гигантские пирамидные нейроны, превосходящие своими размерами пирамидные нейроны всех остальных корковых полей. Аксоны гигантских пирамидных нейронов образуют наиболее быстро проводящие проекции пирамидного тракта. Эти волокна достигают каудальных сегментов спинного мозга, а их окончания образуют возбуждающие синапсы непосредственно на мотонейронах передних рогов. Поскольку моносинаптические контакты между окончаниями аксонов пирамидных нейронов и мотонейронами наиболее важны для управления тонкими движениями, в первую очередь пальцев, после повреждения пирамидного тракта или 4-го поля коры дискретные движения в ответ на стимулы, приложенные к моторной коре, или произвольные команды значительно нарушаются.

Различные мышцы представлены в строго определенной последовательности впереди центральной борозды. Как и в случае соматосенсорной коры, мышцы разных частей тела представлены неравномерно. Указанное распределение хорошо совпадает с выраженностью моносинаптическихсвязей между пирамидными клетками коры и мотонейронами.

Наибольшее число синапсов окончания пирамидных волокон образуют на мотонейронах, иннервирующих мышцы пальцев, лицевую мускулатуру, язык. Поражение моторной коры вызывает параличи и парезы, особенно заметно проявляющиеся в кистях рук, стопах.

мимической мускулатуре, мышцах, связанных с артикуляцией.

Аксоны нейронов двигательной коры не только образуют кортико-спинальный тракт, но и направляются к различным ядрам экстрапирамидной системы, к которой относятся эфферентные проекции, идущие к нервным клеткам ряда стволовых структур: красному ядру и ретикулярным ядрам (дающим начало ретикулоспинальному тракту). Таким образом, кроме кортико-спинальных нейронов, в двигательной коре имеются также кортикорубральные, кортико-ретикулярные и другие эфферентные нейроны. В двигательную область коры также поступает сенсорная информация, причем у приматов большое значение имеет афферентация от мышц и сосудов. По современным представлениям вход от мышечных афферентов в моторную кору настолько специфичен, что обеспечивает осуществление рефлексов, замыкающихся через пирамидные клетки непосредственно на мотонейронах спинного мозга.

Через систему ассоциативных волокон двигательная область коры связана со многими зонами противоположного полушария, что обеспечивает поступление зрительных, слуховых и других сенсорных сигналов, имеющих важное значение для управления произвольными движениями.

Наиболее развитые и топически организованные входы двигательная кора получает из вентролатерального ядра таламуса, клетки которого моносинаптически и полисинаптически связаны с пирамидными нейронами.

Электрические явления в коре больших полушарий Коре головного мозга свойственна постоянная электрическая активность, являющаяся результатом генерации синаптических потенциалов и импульсных разрядов в отдельных нервных клетках.

Генерация в коре электрических колебаний была обнаружена Р. Катоном и А. Данилевским. Возможность регистрации биопотенциалов непосредственно от поверхности головы животных была показана В. Правдич-Неминским в 1925 г. В 1929 г. Г. Бергер зарегистрировал электрическую активность от поверхности головы человека — электроэнцефалограмму (ЭЭГ).

В настоящее время различные параметры ЭЭГ хорошо описаны и играют большую роль в оценке состояния различных областей новой коры (рис. 97). В спокойном состоянии у человека в большей части коры больших полушарий регистрируется регулярный ритм с частотой около 8—13 Гц в секунду (альфа-ритм) (рис. 97, II). В состоянии активной деятельности он сменяется частыми (более 13 в секунду) колебаниями небольшой амплитуды (бета-ритм) (рис. 97, I ). Во время сна он сменяется медленными (0,5—3,5 в секунду) колебаниями (дельта-ритм) (рис. 97, I I I, IV, V).

Аналогичные изменения происходят при активации восходящих путей, проецирующихся в кору. Таким образом, ЭЭГ позволяет судить о функциональном состоянии коры, например о глубине наркоза, о наличии в определенных ее зонах патологических процессов.

Для анализа деятельности корковых структур, в особенности у животных, возможно отведение потенциалов от отдельных нервных клеток. С помощью этого метода удалось охарактеризовать свойства пирамидных и вставочных нейронов, особенности протекания В них синаптического возбуждения и торможения, действия на их мембрану различных медиаторов.

Большой интерес представляет исследование особенностей активности индивидуальных клеток коры во время выполнения различных функциональных задач. Регистрация активности пирамидных нейронов моторной зоны коры во время выполнения обезьяной произвольных движений (рис. 98) позволила уточнить характер импульсации этих клеток в связи с двигательной функцией.

Кора большого мозга является местом образования условных рефлексов, играющих важнейшую роль в наиболее тонком и точном приспособлении организма к условиям окружающей среды.

Важной особенностью нейронной организации коры головного мозга является то, что ее нервные клетки образуют особые «элементарные функциональные единицы», представляющие собой колонки, ориентированные перпендикулярно к поверхности. Такие колонки нервных клеток включают все слои коры.

Колончатая организация корковых клеток подтверждается как морфологическими, так и физиологическими исследованиями. Колонкам корковых нейронон присуща тонкая функциональная специализация. Так, в соматосенсорной коре каждая колонка иннервирует только одно спинальное моторное ядро и получает строго определенные, топографически раздельные кожные и проприоцептивные сигналы с конечности, иннервируемой этим ядром. В пределах колонки можно выделить нейроны с малыми рецептивными полями, отвечающие коротким латентным периодом, и полимодальные нейроны, сложно отвечающие на разнообразные стимулы. Установлено, что нейроны внутри радикальных колонок имеют топографию частичного перекрытия. Благодаря наличию возвратных коллатералей колонки взаимодействуют между собой, например, по типу латерального торможения.

КООРДИНАЦИЯ ДВИЖЕНИЙ

Движение — основная форма активности животных и человека, их взаимодействия с внешней средой. В основе двигательной деятельности лежат процессы координации движений (управления движениями). Они осуществляются в результате сложного взаимодействия различных отделов ЦНС на основе как врожденных, так и выработанных связей, с участием многих рецепторных систем (см. гл. 16). Сущностью координации движений является такая пространственная и временная организация процессов возбуждения в мышечном аппарате, которая обеспечивает выполнение двигательной задачи.

Нервные механизмы двигательной деятельности, участие в ней тех или иных отделов ЦНС изучаются в основном в опытах на животных. Однако объектом исследования естественных движений является преимущественно человек. Это связано с двумя обстоятельствами. Во-первых, человек в зависимости от задачи исследования может воспроизводить любую требуемую форму двигательной деятельности. Во-вторых, движения человека являются проявлением его поведения и трудовой деятельности и поэтому представляют особый интерес как с теоретической точки зрения вследствие их сложности и дифференцированности, так и с практической — в связи с их значением для медицины, физиологии труда, космонавтики, эргономики, физиологии спорта.

Методы исследования движений человека. Изучение движений человека требует методических приемов, которые были бы безвредными и не нарушали самих двигательных актов.

Существует два основных подхода к исследованию движений. Первый из них — анализ механических параметров движений — траектории, скорости, ускорения, развиваемой силы, второй — непосредственное изучение работы мышц при совершении двигательных актов.

При анализе механических параметров движения может быть использован принцип циклографии — регистрации последовательных моментов движения путем киносъемки движущегося человека или его фотографирования через равные промежутки времени на неподвижную пластинку. Если на суставах или точках, соответствующих положению центров тяжести звеньев тела, укреплены метки, то по такой записи — циклограмме можно восстановить траекторию движения. Существует метод циклограмметрии, который дает возможность по циклограммам рассчитать скорость и ускорение, а при учете массы звена — и развиваемую при движении силу. В настоящее время вычислительная техника позволяет автоматизировать подобные исследования.

Для регистрации механических параметров движения (механограмм) используют также технику превращения неэлектрических величин в электрические с помощью различных датчиков — магнитных, емкостных, тензометрических и др. Так, с помощью тензодатчиков можно непосредственно измерять-и регистрировать силу, прилагаемую к тому или иному инструменту, или реакции опоры при ходьбе, с помощью резистивных датчиков — регистрировать изменения суставных углов при движении. Электронные дифференциаторы позволяют одновременно с записью перемещения получать запись скорости и ускорения.

Анализ работы мышц при совершении двигательного акта осуществляется с помощью электромиографии, т. е. регистрации потенциалов действия, возникающих в мышце при ее возбуждении. При электромиографическом изучении движений обычно используют накожные электроды, укрепляемые над исследуемой мышцей. Многоканальный электромиограф дает возможность одновременно записывать электромиограммы нескольких мышц. Между амплитудой зубцов электромиограммы и развиваемой мышцей силой существует примерно линейная зависимость. Поэтому электромиограммы, в сопоставлении с регистрируемыми синхронно механограммами, позволяют судить о силе сокращения мышц и о распределении их активности в последовательных фазах двигательного акта.

С помощью описанных выше методов изучены такие сложные естественные двигательные акты, как ходьба, бег, многие рабочие и спортивные движения. Эти методы используются в клинике при исследовании нарушений двигательной функции вследствие поражения нервной системы или опорно-двигательного аппарата.

Общие принципы управления движениями. Управление движениями у животных и человека осуществляется нервной системой. По мере филогенетического развития степень и форма участия разных отделов мозга в управлении двигательными функциями существенно менялись. Различны и сами формы двигательной деятельности организмов, ведущих разный образ жизни. У человека двигательные функции достигли наивысшей сложности в связи с переходом к прямостоянию (что осложнило задачу поддержания позы), специализацией передних конечностей на совершение трудовых и других особо тонких движений, использованием двигательного аппарата для коммуникации (речь).

В управление движениями человека включены высшие формы Деятельности мозга, связанные с сознанием, что дало основание называть их произвольными. Однако несмотря на сложность и дифференцированность двигательной функции, в ее организации может быть выделен общий фактор, от которого в большой степени зависит иннервационная структура движений. Это — биомеханические свойства двигательного аппарата, значение которых для координации движений показано Н. А. Бернштейном.

Важнейшим биомеханическим свойством опорно-двигательного аппарата позвоночных животных и человека является наличие в скелете большого количества степеней свободы вследствие его многозвенности и двух-, трехосности многих суставов. Большое количество степеней свободы обеспечивает чрезвычайное многообразие двигательных возможностей, но при этом делает управление движениями весьма сложной задачей.

В каждом движении используются лишь некоторые из степеней свободы, но ЦНС должна постоянно контролировать (ограничивать) все остальные, чтобы обеспечить устойчивость позы. На конечный результат движения влияют не только силы, развиваемые мышцами, но и силы инерции масс участков тела, вовлекаемых в движение, эластическое сопротивление мышц-антагонистов и связок. Движение смещает различные звенья двигательного аппарата и положения тела, а следовательно, по ходу движения изменяются моменты упомянутых сил. Вследствие изменения суставных углов меняются и моменты мышечных сил. На ход движения влияет также сила тяжести звеньев тела, моменты которой также меняются в процессе движения. В практической деятельности человек вступает во взаимодействие с предметами внешнего мира — различными инструментами, перемещаемыми грузами и т. д., и ему приходится преодолевать силы тяжести, трения, инерции, упругости, возникающие в процессе этого взаимодействия. Немышечные силы вмешиваются в процесс движения и делают необходимым непрерывное согласование с ними деятельности мышечного аппарата. Необходимо учитывать также изменение моментов мышечных сил по ходу движения, а также нейтрализовать действие непредвиденных помех движению, которые могут возникать во внешней среде.

Все описанное выше делает принципиально необходимым участие в управлении движениями коррекций по ходу движения на основании показаний рецепторов.

Таким образом, в управлении движениями можно выделить два основных механизма.

С одной стороны, при осуществлении любого движения в ЦНС на основе врожденных связей и связей, выработанных в процессе предыдущего двигательного опыта, формируется некоторая пространственно-временная структура возбуждения мышц, соответствующая данной двигательной задаче и исходному положению двигательного аппарата.

С другой стороны, важнейшим компонентом управления движениями является внесение по его ходу коррекций в первоначальную структуру мышечного возбуждения. Для характеристики этих двух механизмов используют терминологию кибернетики, называя первый из них программой, второй — коррекциями на основе обратных связей.

Участие рецепции в регуляции движений было известно давно. Еще И. М. Сеченов в 1891 г. писал о «согласовании движений с чувствованием». Существенные сведения о роли проприорецепции были получены Фёрстером (1902) и Шеррингтоном (1906).

В сенсорном обеспечении движений участвуют, кроме органов зрения и рецепторов мышц, также кожные и суставные рецепторы, вестибулярный аппарат.

Относительная роль программ и обратных связей в разных движениях может быть неодинаковой. Так, быстрые движения осуществляются преимущественно на основе программы, медленные, особенно точные — с использованием обратных связей. При обучении новым движениям по мере выработки навыка роль программы возрастает. При осуществлении даже привычных движений в необычной ситуации, например в невесомости, увеличивается роль обратных связей.

Форма участия мышц в осуществлении двигательных актов весьма многообразна.

Анатомическая классификация мышц (например, сгибатели и разгибатели, синергисты и антагонисты) не всегда соответствует их функциональной роли в движениях. Так, некоторые двухсуставные мышцы в одном суставе осуществляют сгибание, в другом — разгибание. Антагонист может возбуждаться одновременно с агонистом для обеспечения точности движения и его участие помогает выполнять двигательную задачу. В связи с этим, учитывая функциональный аспект мышечной координации, в каждом конкретном двигательном акте целесообразно выделить основную мышцу (основной двигатель), вспомогательные мышцы (синергисты и другие мышцы, помогающие выполнить двигательную задачу) и стабилизаторы (мышцы, фиксирующие суставы, не участвующие в движении).

Реализация общих принципов управления движениями может быть рассмотрена на примере конкретных двигательных актов.

Ходьба и бег. Ходьба является наиболее обычной формой локомоции человека. Она относится к циклическим двигательным актам, т. е. таким, при которых последовательные фазы движения периодически повторяются.

Для удобства описания и изучения каждый цикл ходьбы подразделяют на периоды:

двухопорный период, когда обе ноги стоят на опоре; одноопорный период для правой ноги и переносный для левой, снова двухопорный и затем одноопорный для левой ноги и переносный для правой. Во время опорной фазы происходит перекатывание стопы с пятки на носок. В опорных реакциях ходьбы выделяют передний и задний толчки, первый — при переносе нагрузки на опорную ногу, второй — при отталкивании ноги от опоры. В осуществлении ходьбы участвуют мышцы стопы, голени, бедра и тазового пояса (рис. 99).

Сопоставление изменений межзвенных углов в тазобедренном, коленном и голеностопном суставах с распределением во времени активности мышц показывает, что кинематика ходьбы является результатом взаимодействия мышечных и немышечных сил. Так, задний толчок, т. е. отталкивание стопы от опоры в результате подошвенного сгибания стопы, осуществляется напряжением задней группы мышц голени, а опускание стопы после соприкосновения пятки с опорой — под влиянием силы тяжести. Определенные фазы движения в коленном суставе также происходят под влиянием немышечных сил:

сгибание в начале фазы переноса осуществляется по инерции в результате заднего толчка, последующее разгибание — сначала вследствие силы тяжести, а затем под влиянием инерции в результате активного движения бедра.

Анализ работы мышц при ходьбе показывает, что в разные фазы шага они сокращаются в разных режимах — концентрическом, т. е. с укорочением (например, мышцы, осуществляющие подошвенное сгибание стопы в опорном периоде), эксцентрическом, т. e. с удлинением (например, сгибатели коленного сустава, тормозящие разгибание в конце переносного периода), изометрическом, т. е. без изменения длины (мышцы тазобедренного сустава во время переката через пятку). В последнем случае наблюдается одновременное напряжение мышц-антагонистов, и их функциональная задача при этом заключается в фиксации сустава. В некоторые фазы ходьбы движение имеет баллистический характер, т. е. соответствующая мышца активна лишь в начале перемещения звена, а затем движение продолжается по инерции.

Повторяемость параметров движений в последовательных циклах при ходьбе не абсолютная: они обладают некоторой вариативностью. Наименьшая вариативность у кинематической картины ходьбы, наибольшая — в работе мышц, проявляющаяся в вариативности электромиограмм. Это отражает корригирующую деятельность ЦНС, которая в каждом шаге вносит в стандартную иннервационную структуру ходьбы поправки, необходимые для обеспечения относительного постоянства ее кинематики.

Бег отличается от ходьбы тем, что нога, которая находится позади, отталкивается от опоры раньше, чем другая нога опускается на нее. В результате в беге имеется безопорный Период — период полета. В беге благодаря большим, чем при ходьбе, скоростям перемещения более значительную роль играют баллистические компоненты движения — перемещение звеньев ноги по инерции.

РАБОЧИЕ ДВИЖЕНИЯ

Рабочими движениями в широком смысле слова могут быть названы самые различные целенаправленные движения и действия, совершаемые как в процессе труда, так и в повседневной жизни.

У человека основным рабочим органом является рука, причем для выполнения двигательной задачи обычно наиболее важно положение кисти, которая в результате движения должна в определенный момент оказываться в определенном месте пространства.

Благодаря большому количеству степеней свободы верхней конечности кисть может попасть в нужную точку по разным траекториям и при различных соотношениях углов в плечевом, локтевом и лучёзапястном суставах. Это многообразие возможностей позволяет выполнять двигательную задачу начиная движение из различных исходных поз.

' Электромиографическое исследование ряда рабочих движений показало сложную картину работы мышц, однако в этой картине часто можно выделить устойчивые сочетания активности нескольких мышц, используемые в различных движениях. Это так называемые Синергии, основанные на врожденных или выработанных в процессе двигательного опыта связях, которые, являясь устойчивыми компонентами движений, упрощают управление сложными двигательными актами.

При совершении одного и того же, даже простого движения организация мышечной Деятельности в сильной степени зависит от вмешательства немышечных сил, в частности внешних по отношению к человеку. Так, при ударе молотком, когда к массе предплечья добавляется масса молотка и, следовательно, возрастает роль инерции, разгибание предплечья совершается по типу баллистического движения — мышцы-разгйбатёли активны только в начале разгибания, которое дальше совершается по инерции, а в конце притормаживается мышцами-антагонистами. Аналогичное по кинематике движение При работе напильником, когда основная внешняя сила — трение, совершается путем непрерывной активности мышцы на протяжении всего разгибания (рис. 100).

Если в первом из этих Двух движений преобладает роль программы, то во втором велика роль обратных связей.

У млекопитающих животных и человека поддержание позы обеспечивается тем же механизмом сокращения мышц, что и движение. Отличие заключается в том, что при «позной» деятельности мышц сила их сокращения обычно невелика, режим близок к изометрическому, а длительность сокращения значительна, В «позной» деятельности мышц участвуют преимущественно низкопороговые, медленные, устойчивые к утомлению двигательные единицы.

Поза и движение не существуют самостоятельно, поскольку движение всегда происходит в условиях некоторой позы, а смена поз осуществляется путем движения.

Одна из основных задач «позной» деятельности мышц — удержание в нужном положении суставов и звеньев тела в поле силы тяжести (удержание головы от свисания, голеностопных суставов от тыльного сгибания при стоянии и др.). Кроме того, «познан»

активность может быть направлена на фиксацию суставов, не принимающих участия в данном движении. В трудовой деятельности удержание позы бывает связано с преодолением внешних сил.

Типичный пример позы — стояние человека. Сохранение равновесия при стоянии возможно в том случае, если проекция центра тяжести тела находится в пределах площади, занимаемой на плоскости опоры стопами (рис. 101). При стоянии вертикаль, идущая через общий центр тяжести тела, проходит тензодатчиков (рис. 102). Мышцы голени противодействуют отклонениям тела, возвращая его в вертикальное положение (рис. 103). Таким образом, поддержание позы — это активный процесс, осуществляющийся, как и движение, с участием обратных связей от рецепторов. Среди последних в поддержании позы важную роль играет вестибулярный аппарат.

Поза стояния у человека энергетически относительно экономна, так как моменты силы тяжести невелики вследствие близости проекции центра тяжести тела от осей основных суставов ног. Менее экономно стояние у многих животных, например, у кошки и собаки, которые стоят на полусогнутых конечностях.

Поддержание постоянной позы — только частный случай «позной» активности мышц. Обычно в процессе двигательной деятельности происходит смена поз, так как движение связано с изменением положения центра тяжести тела и его звеньев. Сохранение устойчивости при движениях обеспечивается тем, что перераспределение «позной»

активности мышц обычно предшествует движению.

К понятию позы примыкает понятие мышечного тонуса. Термин «тонус» многозначен, в применении к скелетным мышцам им обозначают комплекс явлений. В покое мышечные волокна обладают тургором, определяющим их сопротивление давлению и растяжению. Это составляет тот компонент тонуса, который не связан со специфической нервной активацией мышцы, обусловливающей ее сокращение. Однако в естественных условиях большинство мышц обычно в некоторой степени активируются нервной системой, в частности, для поддержания позы («позный тонус»). Полное расслабление мышцы, когда электромиографическим методом с помощью как накожных, так и внутримышечных электродов в ней не регистрируется никаких потенциалов действия, достигается только в условиях полного покоя и при исключении задачи поддержания позы в поле силы тяжести (исследуемая часть тела лежит на опоре).

Другой важный компонент тонуса — рефлекторный, который определяется рефлексом на растяжение. При исследовании человека он выявляется по сопротивлению растяжению мышцы при пассивном повороте звена конечности в суставе. Этот прием широко используется в медицине. Если в процессе такого исследования записать электромиограмму, то в растягиваемой мышце регистрируется электрическая активность, свидетельствующая об активации двигательных единиц. У здорового человека рефлекс на растяжение путем пассивного движения наблюдается только в процессе самого растяжения и притом при достаточно большой скорости растяжения. Тонический компонент рефлекса на растяжение, т. е. активность в растянутой мышце, обычно отсутствует, о чем можно судить по отсутствию колебаний потенциала на электромиограмме.

Нарушения тонуса при ряде заболеваний проявляются в увеличении ответа на растяжение, снижении порога скорости, появлении тонического компонента тонуса (мышечная гипертония). При некоторых заболеваниях наблюдается, наоборот, снижение рефлекторного тонуса (гипотония).

ВЫРАБОТКА ДВИГАТЕЛЬНЫХ НАВЫКОВ

Совершенствование двигательной функции человека в процессе онтогенеза происходит как вследствие продолжающегося в первые годы после рождения созревания отделов нервной системы и врожденных механизмов, участвующих в координации движений, так и в результате обучения, т. е. формирования новых связей, ложащихся в основу программ тех или иных конкретных двигательных актов. Координация новых, непривычных движений имеет характерные черты, отличающие ее от координации тех же движений после обучения.

Выше уже говорилось, что обилие степеней свободы в опорно-дигательном аппарате, влияние на результат движения сил тяжести и инерции осложняют выполнение любой двигательной задачи. Связанные с этим трудности особенно влияют на выполнение новых движений. На первых этапах обучения двигательный аппарат справляется с этими трудностями, нейтрализуя помехи путем развития дополнительных мышечных напряжений.

Мышечный аппарат жестко фиксирует суставы, не участвующие в движении, активно тормозит инерцию быстрых движений. Такой путь преодоления помех, возникающих в ходе движения, энергетически невыгоден и утомителен. Использование обратных связей еще несовершенно — коррекционные посылки, возникающие на их основе, несоразмерны и вызывают необходимость новых коррекций.

На электромиограммах видно, что мышцы-антагонисты даже тех суставов, в которых совершается движение, активируются одновременно, в циклических движениях мышцы почти не расслабляются. Возбуждены также многие мышцы, не имеющие прямого отношения к данному двигательному акту. Движения, совершаемые в таких условиях, напряжены и неэстетичны (например, движения человека, впервые вышедшего на.коньках на лед).

Как показал в своих исследованиях Н. А. Бернштейн, по мере обучения вырабатывается такая структура двигательного акта, при которой немышечные силы включаются в его динамику, становятся составной частью движения. Излишние мышечные напряжения при этом устраняются, движение 'становится более устойчивым против помех.

На электромиограммах видна концентрация возбуждения мышц во времени и пространстве: периоды активности работающих мышц укорачиваются, а количество мышц, вовлеченных в возбуждение, уменьшается. Это приводит к экономизации мышечной деятельности, а движения делаются более плавными, точными и непринужденными.

Ведущую роль в обучении движениям играет рецепция, особенно проприорецепция.

В процессе этого обучения обратные связи используются не только для коррекции движения по его ходу, но и для коррекции программы следующего движения на основе ошибок предыдущего.

УТОМЛЕНИЕ

При длительной физической работе наступает утомление, которое, в частности, проявляется в изменении координации мышечной деятельности. Возбуждение каждой работающей мышцы становится менее концентрированным во времени. В работу вовлекаются другие мышцы, сначала синергисты, компенсирующие снижение силы основных мышц, а затем, по мере нарастания дискоординации — и другие мышцы, в частности антагонисты. Движения становятся все менее точными, темп их замедляется.

Картина мышечной активности во время движений, совершаемых на фоне утомления, во многом напоминает картину, наблюдаемую при выполнении новых, непривычных движений.

КРОВОСНАБЖЕНИЕ МОЗГА И ЛИКВОР

КРОВОСНАБЖЕНИЕ МОЗГА

Кровоснабжение головного мозга обеспечивается двумя сонными и двумя позвоночными артериями, которые образуют артериальный круг большого мозга (виллизиев круг); от него отходят артериальные ветви, питающие мозговую ткань.

Непрерывное снабжение головного мозга кровью — основное условие его нормальной деятельности. Никакие другие клетки так быстро, как нервные, не перестают функционировать при прекращении или резком уменьшении кровоснабжения; временное обескровливание мозга приводит к обморочному состоянию. Причиной такой чувствительности мозга к кровоснабжению является большая потребность его в кислороде и питательных веществах, в частности в глюкозе.

При усиленной работе коры больших полушарий головного мозга, в частности при решении арифметических задач, чтении и т. д.,увеличивается ее кровоснабжение вследствие расширения мозговых сосудов. Это наблюдалось у людей, у которых в результате перенесенной травмы имелось отверстие в костях черепа, сквозь которое можно было регистрировать пульсацию мозга и его кровенаполнение. Это же отмечалось с помощью современных электронных приборов (реоплетизмографы и др.), позволяющих исследовать кровоснабжение мозга без повреждения черепа. В хронических опытах на животных можно наблюдать кровообращение мозга непосредственно, заменив естественную крышку черепа на искусственную прозрачную — из пластмассы.

ЛИКВОР

Внутри мозга и под его оболочками имеются большие пространства, заполненные спинномозговой жидкостью, или ликвором (Liquor cerebrospinalis). Ликвор заполняет мозговые желудочки, центральный канал спинного мозга и подпаутинное пространство (cisterna subarachnoidalis) как головного, так и спинного мозга.

Желудочковый и подпаутинный ликвор сообщаются между собой посредством отверстий: непарного foramen Luschka и парных foramina Mageinlie, расположенных в области продолговатого мозга.

Количество ликвора у человека равно 120;—150 мл, причем большая его часть приходится на подпаутинные пространства и только 20—40 мл содержится в желудочках.

Ликвор прозрачен и бесцветен. Удельный вес его 1,005—1,007; реакция слабо щелочная и рН близок к рН крови (7,4). В ликворе содержится очень небольшое количество клеток — лимфоцитов (1—5 мкл). Ликвор по своему составу отличается от крови и лимфы меньшим содержанием белков (содержание белков в крови около 7—8%, в лимфе — 0,3—0,5%, а в ликворе только 0,02%). Содержание неорганических солей в ликворе примерно такое же, как в плазме крови. В ликворе отсутствуют ферменты и иммунные тела.

Ряд данных говорит о том, что образование ликвора происходит в результате активной секреции клеток, выстилающих сосудистое сплетение желудочков мозга.

Так как количество ликвора более или менее постоянно, а его образование происходит непрерывно, следовательно, непрерывным должно быть и его всасывание. Отток ликвора происходит главным образом в венозную систему из подпаутинных пространств.

Ликвор — внутренняя среда мозга, поддерживающая его солевой состав и осмотическое давление. Кроме того, ликвор является гидравлической подушкой мозга, создающей надежную механическую защиту нервных клеток.

Нарушение циркуляции ликвора ведет к расстройствам деятельности ЦНС. Значение ликвора состоит в том, что он в известной мере является'питательной средой мозга.

На это указывает большое содержание сахара в ликворе желудочков (где ликвор образуется) по сравнению с ликвором подпаутинного пространства 1где он всасывается).

Значение ликвора заключается еще и в том, что с его током удаляются из мозга и поступают в кровь продукты распада, образующиеся в процессе обмена веществ тканей мозга.

ГЕМАТОЭНЦЕФАЛИЧЕСКИЙ БАРЬЕР

Состав ликвора в большей степени зависит от свойств так называемого гематоэнцефалического барьера (Л. С. Штерн). Таким барьером являются стенки капилляров, разделяющие кровь и ликвор, а также, возможно, некоторые нейраглиальные клетки — астроциты. О наличии этого барьера свидетельствует ряд фактов, в частности различие в составе крови и ликвора. Многие вещества, находящиеся в крови или искусственно вводимые в кровь, совершенно отсутствуют в ликворе, между тем как другие вещества, близкие к первым по своему химическому строению, содержатся как в крови, так и в ликворе в равных или почти равных концентрациях Это свидетельствует о том, что мембраны, разделяющие кровь и ликвор, обладают избирательной проницаемостью.

В норме из крови в ликвор не проходят и, следовательно, задерживаются барьером соединения йода, соли азотной кислоты, соли салициловой кислоты, метиленовая синь, все коллоиды, иммунные тела, антибиотики (пенициллин и стрептомицин). Легко проходят через барьер в ликвор алкоголь, хлороформ, стрихнин, морфин, столбнячный токсин (этим, по всей вероятности, объясняется быстрое действие на нервную систему этих веществ после их поступления в кровь).

В связи с тем что многие лекарственные или биологически активные вещества не проходят в ликвор и потому не оказывают влияния на нервные центры, Л. С. Штерн рекомендовала вводить их непосредственно в ликвор, минуя гематоэнцефалический барьер. Для этого производят субокципитальный или люмбальный прокол и вводят лекарственные вещества непосредственно в ликвор.

Этот способ введения лекарственных веществ использовали при лечении некоторых инфекционных заболеваний мозга в том случае, если лекарственные средства, например антибиотики, не проходили через гематоэнцефалический барьер, а также при необходимости непосредственного воздействия некоторых химических веществ на ЦНС для изменения ее деятельности.

Характер действия на организм некоторых веществ при их введении в кровь или ликвор может быть совершенно различен. Если в кровь вводится вещество, которое не проникает через гематоэнцефалический барьер, то реакция организма на его введение будет зависеть только от того, как на введенное вещество реагируют периферические органы.

Если же это вещество вводится непосредственно в ликвор, реакция на его введение в первую очередь зависит от действия вещества на нервные центры. Этим объясняется, например, следующий факт: введение АТФ в кровь влечет за собой падение артериального давления вследствие расширения артерий и артериол: при введении же этого вещества непосредственно в ликвор субокципитальным проколом происходит повышение артериального давления в результате возбуждающего действия АТФ на сосудодвигательный центр продолговатого мозга. В последнее время получены данные, свидетельствующие о возможности естественной регуляции функционального состояния мозга путем изменения состава ликвора. Биологически активные вещества, действующие на нервные и глиальные клетки ЦНС, могут выделяться самими нервными клетками (нейросекреция) либо поступать из крови через гематоэнцефалический барьер. Как показала Л. С. Штерн, избирательное изменение проницаемости гематоэнцефалического барьера для некоторых биологически активных веществ, имеющихся в крови, может быть способом регуляции функционального состояния мозга. Так как проницаемость гематоэнцефалического барьера регулируется ЦНС, то в данном случае имеет место один из способов, с помощью которых мозг может регулировать собственное функциональное состояние.

НЕРВНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ВЕГЕТАТИВНЫХ ФУНКЦИЙ

Со времени французского физиолога Биша — с начала XIX столетия — функции организма разделяют на анимальные, или соматические, и вегетативные. К анимальным, или соматическим, функциям относятся восприятие внешних раздражений и двигательные реакции, осуществляемые скелетной мускулатурой. Вегетативными функциями называют те, от которых зависит осуществление обмена веществ в целостном организме (пищеварение, кровообращение, дыхание, выделение и т, д.), а также рост и размножение.

В соответствии с этим разделением функций различают соматическую и вегетативную нервную систему. Соматическая нервная система обеспечивает экстероцептивные сенсорные и моторные функции организма. Вегетативная нервная система обеспечивает регуляцию деятельности внутренних органов, сосудов и потовых желез, а также трофическую иннервацию скелетной мускулатуры, рецепторов и самой нервной системы.

Вегетативная нервная система отличается от соматической локализацией своих ядер в ЦНС, очаговым выходом волокон из мозга, отсутствием сегментарности их распределения на периферии и малым диаметром волокон. Помимо этого, для вегетативной нервной системы характерно, что ее волокна, направляющиеся из мозга к внутренним органам, обязательно прерываются в периферических вегетативных ганглиях, образуя синапсы на нейронах, расположенных в этих ганглиях. Аксоны ганглионарных нейронов оказывают влияние на внутренние органы.

Ганглии являются не только образованиями, передающими импульсы из ЦНС на органы и ткани. Они представляют собой вынесенные на периферию рефлекторные центры, способные регулировать функции внутренних органов в известной мере независимо от ЦНС посредством периферических рефлексов, замыкающихся в этих ганглиях.

Вегетативная нервная система делится на симпатический и парасимпатический отделы. Они отличаются по локализации центров в мозге, по характеру влияний на внутренние органы, а также тем, что ганглии парасимпатического отдела расположены в самих иннервируемых ими органах (интрамурально), в то время как ганглии симпатического отдела локализованы в пограничном стволе (truncus sympaticus).

Выделяя регуляцию вегетативных функций, надо отметить, что в целостных реакциях организма сенсорные, моторные и вегетативные компоненты тесно связаны между собой.

Соматические компоненты реакций организма, осуществляемые скелетной мускулатурой, в отличие от вегетативных могут быть произвольно вызваны, усилены или заторможены; они находятся в течение всего хода реакции под контролем сознания.

Вегетативные же компоненты, как правило, произвольно не контролируются. На этом основании вегетативную нервную систему называют автономной, или непроизвольной. Однако представление об автономности вегетативной нервной системы является весьма условным.

Многочисленные опыты К. М. Быкова и сотрудников, показавшие возможность условнорефлекторной регуляции всех внутренних органов и всех вегетативных функций, позволяют считать, что кора больших полушарий регулирует деятельность всех органов, иннервированных вегетативной нервной системой, и координирует их деятельность в соответствии с текущими потребностями организма, в зависимости от характера его реакций при изменениях внешней и внутренней среды организма. Это обстоятельство свидетельствует о принципиальной возможности произвольного управления вегетативными функциями, что удается осуществить после специальной целенаправленной тренировки (например, по системе индийских йогов).

ОБЩИЙ ПЛАН СТРОЕНИЯ

И ОСНОВНЫЕ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ВЕГЕТАТИВНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ

Центры вегетативной нервной системы расположены в мозговом стволе и спинном мозге. 1. В среднем мозге находятся мезэнцефальные центры парасимпатического отдела вегетативной нервной системы; вегетативные волокна от них идут в составе глазодвигательного нерва. 2. В продолговатом мозге расположены бульварные центры парасимпатического отдела нервной системы; эфферентные волокна от них проходят в составе лицевого, языкоглоточного и блуждающего нервов. 3. В грудных и поясничных сегментах-спинного мозга (от I грудного до II — IV поясничного) находятся тораколюмбальные центры симпатического отдела вегетативной нервной системы: вегетативные волокна от них выходят через передние корешки спинномозговых сегментов вместе с отростками моторных нейронов. 4. В крестцовых сегментах спинного мозга находятся сакральные центры парасимпатического отдела вегетативной нервной системы, волокна от них идут в составе тазовых нервов.

Таким образом, центры вегетативной нервной системы расположены в четырех отделах ЦНС. Ядра, находящиеся в мезэнцефальном, бульварном и сакральном отделах, образуют парасимпатическую часть вегетативной нервной системы, а находящиеся в тораколюмбальном отделе — ее симпатическую часть.

Все уровни вегетативной нервной системы подчинены высшим вегетативным центрам, расположенным в промежуточном мозге — в гипоталамусе и полосатом теле. Эти центры координируют функции многих органов и систем организма. Они в свою очередь подчинены коре больших полушарий, которая обеспечивает целостное реагирование организма, объединяя его соматические и вегетативные функции в единые акты поведения.

Симпатические нервные волокна имеют значительно более широкое распространение, чем парасимпатические. Симпатические нервы иннервируют фактически все органы и ткани организма; напротив, парасимпатические же нервы не иннервируют скелетную мускулатуру, ЦНС, большую часть кровеносных сосудов и матку.

Распространение волокон парасимпатического отдела вегетативной нервной системы представлено на рис. 104. Ко многим органам парасимпатические волокна проходят в составе блуждающих нервов, которые иннервируют бронхи, сердце, пищевод, желудок, печень, тонкий кишечник, поджелудочную железу, надпочечники, почки, селезенку, часть толстого отдела кишечника.

Распространение волокон симпатического отдела вегетативной нервной системы показано на рис. 105. Верхние сегменты симпатического отдела вегетативной нервной системы посылают свои волокна через верхний шейный симпатический узел к органам головы; следующие сегменты посылают их через нижележащие симпатические узлы к органам грудной полости и верхним конечностям; далее следует ряд грудных сегментов, посылающих волокна через солнечное сплетение и верхний брыжеечный узел к органам брюшной полости,- и, наконец, от поясничных сегментов волокна направляются через нижний брыжеечный узел в основном к органам малого таза и нижним конечностям.

ДВУХНЕЙРОННАЯ СТРУКТУРА ЭФФЕРЕНТНЫХ

СИМПАТИЧЕСКИХ И ПАРАСИМПАТИЧЕСКИХ ПУТЕЙ

Периферическая часть всех эфферентных симпатических и парасимпатических нервных путей построена из двух последовательно расположенных нейронов. Тело первого нейрона находится в ЦНС, его аксон направляется на периферию и оканчивается в том или ином нервном узле. Здесь находится тело второго нейрона, на котором аксон первого нейрона образует синаптические окончания. Аксон второго нейрона иннервирует соответствующий орган. Волокна первого нейрона называют преганглионарными, второго — постганглионарными.

Двухнейронная структура периферических эфферентных симпатических и парасимпатических путей является типичным признаком, отличающим их от соматических нервных волокон. На пути вегетативных нервов после выхода их из ЦНС, как правило, имеется только один перерыв нервного волокна, т. е. один синапс.

Из этого правила, однако, имеются некоторые исключения. Так, постганглионарные симпатические волокна, идущие к гладким мышцам желудочно-кишечного тракта, преимущественно оканчиваются не на мышечных волокнах, а на парасимпатических ганглиозных клетках, находящихся в стенке желудка и кишок. По-видимому, они снижают активность этих клеток и таким путем оказывают тормозящее влияние на гладкую мускулатуру. В данном случае, следовательно, имеется трехнейронная структура периферического пути. Исключением из отмеченного выше правила является также тот факт, что хромаффинные клетки мозгового слоя надпочечников иннервированы не постганглионарными, а преганглионарными симпатическими волокнами. Хромаффинные клетки, образующие под влиянием импульсов, поступающих к ним по симпатическим волокнам, адреналин, как бы заменяют постганглионарный нейрон, с которым они имеют общее происхождение. В данном случае имеется однонейронная структура эфферентного симпатического пути.

ГАНГЛИИ ВЕГЕТАТИВНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ

Ганглии симпатического отдела вегетативной нервной системы в зависимости от их локализации разделяют на вертебральные (иначе их называют паравертебральными) и превертебральные. Вертебральные симпатические ганглии расположены по обе стороны позвоночника, образуя два пограничных ствола (их называют также симпатическими цепочками). Вертебральные ганглии связаны со спинным мозгом нервными волокнами, которые образуют белые соединительные ветви — rami communicantes albi. По ним к ганглиям идут преганглионарные волокна от нейронов, тела которых расположены в боковых рогах тораколюмбального отдела спинного мозга (рис. 106). Аксоны постганглионарных симпатических нейронов направляются от узлов к периферическим органам либо по самостоятельным нервным путям, либо в составе соматических нервов. В последнем случае они идут от узлов пограничных стволов к соматическим нервам в виде тонких серых соединительных веточек — rami communicantes grisei (серый их цвет обусловлен тем, что постганглионарные симпатические волокна не имеют миелиновых оболочек).

В ганглиях пограничного ствола прерывается большинство симпатических преганглионарных нервных волокон; меньшая их часть проходит через пограничный ствол без перерыва и прерывается в превертебральных ганглиях.

Превертебральные ганглии распространяются на большем, чем ганглии пограничного ствола, расстоянии от позвоночника; вместе с тем они находятся в некотором отдалении и от иннервируемых ими органов. К числу превертебральных ганглиев относят солнечное сплетение, верхний и нижний брыжеечные узлы. В них прерываются симпатические преганглионарные волокна, прошедшие без перерыва узлы пограничного ствола.

Ганглии парасимпатического отдела вегетативной нервной системы расположены внутри органов или вблизи них (ресничный узел gangl. ciliare, ушной узел — gangl.

oticum и некоторые другие). Аксон первого парасимпатического нейрона, находящегося всреднем мозге, продолговатом мозге или в сакральном отделе спинного мозга, доходит до иннервируемого органа не прерываясь. Второй парасимпатический нейрон расположен внутри этого органа или в непосредственной близости от него — в прилежащем узле.

Внутриорганные волокна и ганглии образуют сплетения, богатые нервными клетками, расположенные в мышечных стенках многих внутренних органов, например сердца, бронхов, средней и нижней третей пищевода, желудка, кишечника, желчного пузыря, мочевого пузыря, а также в железах внешней и внутренней секреции.

Вегетативные ганглии играют важную роль в распределении и распространении проходящих через них нервных влияний. Число нервных клеток в ганглиях в несколько раз (в верхнем шейном симпатическом узле — в 32 раза, в ресничном узле — в 2 раза) эффекта даже при большой силе раздражения. Раздражение ритмическими стимулами преганглионарных волокон вызывает возбуждение постганглионарных нейронов вследствие временной суммации постсинаптических возбуждающих потенциалов.

Одностороннее проведение нервных импульсов в межнейронных синапсах, перекрытие зон влияния отдельных входящих в узел преганглионарных волокон, наличие временной и пространственной суммации и окклюзии показывают, что нейроны и синапсы ганглиев вегетативной нервной системы обладают такими же свойствами, что нейроны и синапсы ЦНС.