 |
НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Энтеральная нервная система
Энтеральная нервная система
Реферат на тему:
«Энтеральная
нервная система»
План
Введение
Регуляция вегетативных функций в
гипоталамусе
Нейроны гипоталамуса, высвобождающие
гормоны
Распределение и численность
GnRH-секретирующих клеток
Циркадные ритмы
Выводы
Литература
Введение
Местные регуляторные
рефлексы в кишечнике в высшей степени сложны и обеспечиваются огромным числом
нейронов. Энтеральная нервная система содержит более 10 миллионов нервных клеток,
расположенных в стенке кишечника и выполняющих функции сенсорных нейронов,
интернейронов и мотонейронов. Все известные медиаторы присутствуют в этой
системе (а многие из них были впервые обнаружены в кишечнике). Анализ
внутренних рефлекторных цепей существенно затруднен тем, что эти рефлексы очень
сложны и включают множество связей. Функциональный анализ представляет
серьезную проблему даже в таких простых системах, как кишечник лангуста. Когда
Сельверстон и коллеги начинали изучение стоматогастрических ганглиев, состоящих
всего из 30 нейронов, то казалось, что им удастся полностью в них разобраться.
Однако несмотря на значительные успехи, достигнутые путем электрического
отведения от идентифицированных нейронов, и даже на открытие некоторых
основополагающих принципов нейробиологии, полного понимания по-прежнему нет.
То, что казалось на первый взгляд простой системой регуляции работы кишечника,
оказалось не жесткой и статичной, а пластичной и изменчивой структурой.
Регуляция
вегетативных функций в гипоталамусе
Существенная часть
процессов управления в вегетативной нервной системе обеспечивается гормонами.
Секреция гормонов железами (такими, как щитовидные, половые и кора
надпочечников) регулируется релизинг-факторами, секретируемыми в ЦНС
(обсуждается в следующих разделах). В свою очередь, гормоны оказывают обратное
действие на ЦНС, регулируя секрецию релизинг-факторов, и замыкают, таким
образом, петлю обратной связи.
Гипоталамус - это отдел
мозга, который регулирует интегративные вегетативные функции, включая
температуру тела, аппетит, потребление воды, дефекацию, мочеиспускание, частоту
сердечных сокращений, артериальное давление, половую деятельность, лактацию, а
также, в более медленной временной шкале, рост тела. Точность гомеостатических
механизмов обеспечивает возможность каждому из нас поддерживать температуру
тела около 37° С, кровяное давление около 120/80 мм рт. ст., частоту сердечных
сокращений 70 ударов в минуту, потребление и выделение воды на уровне 1,5
литров в день, постоянное продвижение пищи по пищеварительному тракту с
соответствующей секрецией, необходимой для пищеварения и абсорбции на каждом из
уровней. Гипоталамус - это также отдел мозга, в котором эмоции сопрягаются с
вегетативными ответами: мысль о пище приводит к секреции слюны, ожидание
физической нагрузки - к повышению симпатической активности и т. д.
Другой тонко регулируемой
функцией гипоталамуса является генерация в высшей степени точных и регулярных
ритмов. К числу медленных относятся ритмы, контролирующие эндокринную секрецию.
Например, половая и репродуктивная функции осциллируют с недельной
периодичностью, которая зависит от секреции клетками гипоталамуса пептидных
гормонов. Последние, в свою очередь, действуют на железы передней доли
гипофиза, вызывая выделение в кровоток других гормонов.
Нейроны
гипоталамуса, высвобождающие гормоны
Хорошо изученным примером
гормональной секреции нейронов гипоталамуса является секреция релизинг-фактора
гонадотропина (GnRH, то же что LHRH). Основной функцией этих нейронов является
секреция GnRH в «портальную систему» кровеносных сосудов, напрямую соединяющих
гипоталамус с передней долей гипофиза. Нейронально освобождаемый GnRH, таким
образом, избирательно действует на железы, которые не имеют прямой иннервации,
обеспечивая центральной нервной системе возможность контролировать гормональную
секрецию. Выделившийся релизинг-фактор затем разбавляется в крупных сосудах
кровеносной системы, в результате чего уже не может, к примеру, влиять на
синаптическую передачу в вегетативных ганглиях. В передней доле гипофиза
(аденогипофизе) GnRH возбуждает особые клетки, секретируюшие гонадотропин,
гормон, необходимый для обеспечения репродуктивных ритмов и функций.
Это краткое упрощенное
изложение не отражает элегантных экспериментов Хэрриса, который впервые
показал, что локальное выделение релизинг-факторов в гипоталамусе представляет
собой важный регуляторный механизм. Его концепция доставки химических сигналов
через систему кровеносных сосудов путем целенаправленного транспорта была
поистине революционной.
Интенсивность и временные
параметры стимулов кодируются в виде рецепторных потенциалов, возникающих в
чувствительных окончаниях сенсорных клеток. Рецепторные потенциалы могут быть
деполяриэационными или гиперполяризационными; они возрастают по амплитуде с
увеличением интенсивности раздражителя и достигают состояния насыщения при
более высоких уровнях стимула. Во время длительного раздражения рецепторные
потенциалы адаптируются, что проявляется в снижении их амплитуды. Адаптация
может происходить как быстро, так и медленно. Она обусловлена механическими,
электрическими или биохимическими процессами, происходящими в различных типах
клеток. Рецепторы, которые адаптируются медленно, кодируют длительность
стимула. Быстро адаптирующиеся рецепторы специализируются на выявлении
изменений параметров раздражителя.
Распределение и
численность GnRH-секретирующих клеток
GnRH-секретируюшие клетки
рассредоточены по всему гипоталамусу и не образуют четко локализованных ядер
или скоплений. Среди них выделяются лишь GnRH-секретирующие клетки,
расположенные вблизи передней доли гипофиза (в срединном возвышении
гипоталамуса), которые, как показано в предыдущем разделе, обеспечивают
секрецию гонадотропина гипофизом. Высвобождение самих релизинг-факторов
обеспечивается гормонами, такими как гормоны половых желез, образующими
обратную связь с мозгом, и синоптическими входами, использующими различные
медиаторы, включая норадреналин, дофамин, гистамин, глутамат и ГАМК Характерной
особенностью GnRH-секретирующих клеток является их небольшая численность: 1300
у крысы и 800 у мыши. Однако крысы и мыши (да и люди тоже) просто вымерли бы
без этих немногочисленных и разрозненных клеток мозга. Второе замечательное
свойство этих клеток связано с их онтогенетическим развитием. У эмбрионов крыс
с 10 по 15 дни развития клетки-предшественники впервые появляются в участке
обонятельной плакоды. Это регион, из которого впоследствии развивается
обонятельный эпителий. После деления, клетки мигрируют вдоль аксонов
обонятельного нерва и достигают гипоталамуса. Проводящие пути и молекулярные
механизмы миграции GnRH-секретирующих клеток были изучены на эмбрионах,
новорожденных опоссумах и в культурах клеток. Поскольку все эти клетки могут
быть надежно помечены антителами, специфичными к GnRH, их можно количественно
учитывать как в месте их происхождения, так и по ходу миграции. Нейроны других
типов тоже мигрируют вдоль тех же аксональных путей, что и GnRH-ceкретирующие
клетки. Однако, не достигнув гипоталамуса, они отклоняются в сторону, попадая в
совершенно другие области мозга.
Наряду с
GnRH--секретируюшими клетками в гипоталамусе существуют особые популяции
нейронов, секретирующих другие гормоны, необходимые для обеспечения вегетативных
функций. Обмен веществ, функция щитовидной железы, абсорбция солей в почках, а
также рост зависят от релизинг-факторов, которые секретируются в портальную
систему и воздействуют через нее на переднюю долю гипофиза.
Особые нейроны
гипоталамуса, расположенные в супраоптическом и паравентрикулярном ядрах
напрямую иннервируют заднюю долю гипофиза. Их окончания высвобождают в кровь
антидиуретический гормон (ADH), называемый также вазопрессином, и окситоцин.
Следовательно, регуляция абсорбции воды почками и сокращений матки напрямую
зависит от импульсной активности нейронов гипоталамуса.
Циркадные ритмы
Особо важную роль в
жизнедеятельности животных имеют циркадные ритмы, контролирующие суточный цикл
и цикл сон--бодрствование. В отсутствие каких-либо внешних сигналов, 24-часовые
ритмическиециклы поддерживаются внутренними часами в течение продолжительного
времени (недели и месяцы) как у беспозвоночных, так и у позвоночных), и даже в
эксплантатах и культурах нейронов). Внутренний механизм синхронизации может
быть изменен (или «навязан») воздействием регулярно чередующихся световых и
темновых стимулов. Вегетативные функции находятся под сильным влиянием
биологических часов, которые действуют на шишковидную железу и секрецию
мелатонина.
Сведения о клеточных и
молекулярных механизмах, позволяющих нейронам обеспечивать регулярные суточные
циклы, были получены как на беспозвоночных, так и на позвоночных. Например, в
зрительных путях ракообразных существует скопление секреторных нервных клеток,
называемое глазным стебельком (eyestalk). В этой структуре можно поддерживать
ритмы метаболической активности, секреции и импульсных разрядов, даже если
изолированный орган поддерживается в культуре. На такой органотипическои
культуре было проведено отведение электрической активности пейсмекерных клеток,
охарактеризованы пептиды, выделяемые этими клетками, и проанализированы
механизмы их действия. Более того, было показано, что ритм активности
пейсмекерных нейронов в культуре может быть изменен путем навязывания
чередующихся световых и темновых периодов.
Примеры циркадных ритмов,
генерируемых клетками в культуре.
У теплокровных ключевой
структурой в гипоталамусе для генерации ритма внутренних часов является
супрахиазматическое ядро (SCN). Важным входом этого ядра является проекция
глаза. После разрушения супрахиазматического ядра у крыс теряется способность
настраивать эндогенный ритм на частоту чередования световых и темновых
периодов. Двигательная активность, потребление воды, циклы сна-бодрствования и
гормональной секреции нарушаются. Если трансплантировать эмбриональные ткани
гипоталамуса, содержащие SCN, хозяину, ритмическая активность которого была
предварительно нарушена путем полного удаления SCN, то ритм его деятельности
восстанавливается с новым периодом, соответствующим генотипу донора.
В нейронах
супрахиазматического ядра частота спонтанных потенциалов действия увеличивается
в течение дня и снижается ночью. За счет какого механизма устанавливается этот
ритм? Этот вопрос был исследован на срезах SCN, поддерживаемых в культуре
(органотипические срезы). Показано, что основным медиатором, используемым
нейронами этого ядра, является ГАМК. Ером и коллеги показали, что нейроны SCN в
срезах отвечают на ГАМК деполяризацией и повышением частоты разрядов в течение
дня. Та же концентрация ГАМК, апплицированная ночью, вызывает гиперполяризацию
и снижение частоты разрядов. Следовательно, как и в развиваюшейся ЦНС, ГАМК
может быть как возбуждающим, так и тормозным медиатором. Тип ответа зависит от
уровня внутриклеточной концентрации хлора. Если концентрация хлора внутри
клетки низка, то хлорный потенциал равновесия (ЕCl) более отрицателен, чем
потенциал покоя. Открывание ГАМК-чувствительных каналов позволяет ионам хлора
входить в клетку и гиперполяризовать мембрану. С увеличением внутриклеточной
концентрации хлора, ЕCl сдвигается в сторону более положительных, по сравнению
с потенциалом покоя, значений. В результате ГАМК вызывает движение ионов хлора
из клетки наружу и увеличивает деполяризацию (см. также Gribkoff et al. как
альтернативную схему генерации ритма). Неизвестно, является ли изменение
внутриклеточной концентрации хлора единственным механизмом, ответственным за
генерацию ритма в нейронах SCN, и каков механизм, ответственный за изменения
этой концентрации.
С помощью генетических
методов были выявлены общие белки, которые в царстве животных связаны с
периодичностью. Гены и белки, контролирующие циркадные ритмы, идентифицированы
и клонированы у дрозофилы. У многих видов два таких белка, известные как per
(period, период) frq (frequency, частота), были обнаружены в пейсмекерных
областях, таких как супрахиазматическое ядро. У мух выключение гена per
приводит к исчезновению циркадного ритма. Последующее включение этого гена
восстанавливает ритм. Хотя пока не выявлено прямых связей между регуляторными
белками и уровнем внутриклеточного хлора, важно то, что теперь мы можем
пытаться объяснить циркадные ритмы с точки зрения генов и ионных концентраций
на хорошо установленных группах нейронов.
Выводы
Вегетативная нервная
система регулирует важнейшие функции всех внутренних органов и, в свою очередь,
регулируется с помощью гормональных и сенсорных обратных связей.
Парасимпатические эффекты
более сфокусированы по сравнению с диффузными эффектами симпатической
активации.
АХ является основным
медиатором, используемым для передачи в вегетативных ганглиях, в
парасимпатических нервных окончаниях и в некоторых симпатических нервных
окончаниях.
Норадреналин является
основным медиатором для большинства симпатических окончаний. К числу других
медиаторов относится ацетилхолин, пептиды и АТФ.
Одна и та же молекула
(например, LHRH, называемая также GnRH) может действовать и как медиатор в
синапсах, и как гормон в мозге.
Анализ эффектов,
вызываемых вегетативной нервной системой, сложен ввиду разнообразия рецепторов
и большого числа пептидов и непептидных медиаторов.
Адреналин выделяется в
качестве гормона из мозгового слоя надпочечников в кровеносную систему,
достигая рецепторов в клетках-мишенях, на которые не действует выделяемый из
нервных окончаний медиатор.
Гипоталамус является областью
мозга, управляющей общей активностью вегетативной нервной системы, а также
регулирующей секрецию гормонов.
Гипоталамус, в свою
очередь, подвержен влиянию высших центров ЦНС и гормонов.
Литература
1. Пенроуз Р. НОВЫЙ УМ КОРОЛЯ. О
компьютерах, мышлении и законах физики.
2. Грегори Р.Л. Разумный глаз.
3. Леках В.А. Ключ к пониманию
физиологии.
4. Гамов Г., Ичас М. Мистер Томпкинс
внутри самого себя: Приключения в новой биологии.
| |
