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.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
