Физиология человека и животных

Принципы регуляции гомеостаза
Вегетативная нервная система
Лекция 1

Уолтер Кэннон (1871-1945): гомеостаз - поддержание постоянства внутренней среды организма
(homeo – такой же, сходный;
stasis – стабильность, равновесие).
Первое издание книги – в 1932 г.

Главный принцип регуляции – принцип отрицательной обратной связи
Уменьшение отклонений параметра
от заданной величины
«Установочная точка»
Сравнение реальной величины
с установочной точкой

Регуляция по принципу отрицательной обратной связи в нашем организме
Принцип дублирования влияний регуляторных механизмов
Интерорецепторы: хеморецепторы, механорецепторы, терморецепторы, болевые рецепторы
Сравнивает
показания рецепторов
с установочным значением
Быстрые
Медленные
ГИПОТАЛАМУС
задает установочные точки для многих параметров внутренней среды
Если они различаются –
дает команды регуляторным механизмам
1) химический состав;
2) насыщение О2 и СО2;
3) осмотическое давление;
4) температура;
5) давление крови в сосудах.
Регулятор
Сам же гипоталамус или один из центров ствола головного мозга

П.К. Анохин:
создание теории функциональных систем (1935 г.)
Поведение
Нервная регуляция внутренних органов
Гормональная регуляция
Иммунная регуляция

Парасимпатический отдел
Cимпатический отдел
Вегетативная (автономная) нервная система
Грудной отдел
Поясничный
Крестцовый
Кольцевая мышца радужки
Радиальная мышца радужки
Слезные железы
Слюнные железы
Сердце
Дыхательный тракт
Желудок
Тонкий кишечник
Проксимальный отдел толстого кишечника
Мочевой пузырь
Почки
Дистальный отдел толстого кишечника
Половые органы
Сердце
Дыхательный тракт
Желудок
Тонкий кишечник
Толстый кишечник
Мочевой пузырь
Почки
Слюнные железы
Кровеносные сосуды головы и шеи
Печень
Селезенка
Надпочеч-ники
Кровеносные сосуды туловища и верхних конечностей
Кровеносные сосуды нижних конечностей
Половые органы

Классификация нервных волокон
Миелинизированные
НЕмиелинизированные

Cимпатический отдел
Радиальная мышца радужки
Цепочка паравертерральных симпатических ганглиев
Сердце
Дыхательный тракт
Желудок
Тонкий кишечник
Толстый кишечник
Мочевой пузырь
Почки
Слюнные железы
Кровеносные сосуды головы и шеи
Печень
Селезенка
Надпочеч-ник
Кровеносные сосуды туловища и верхних конечностей
Кровеносные сосуды нижних конечностей
2
1
3
Половые органы
Грудной отдел
Поясничный
Первые нейроны (преганглионарные):
в боковых рогах грудного и поясничного отделов спинного мозга
(до L3)
(«торако-люмбальный отдел»)
Вторые нейроны (ганглионарные):
в паравертебральных и превертебральных симпатических ганглиях
Превертебральные симпатические ганглии:
1 – чревный
2 – верхний брыжеечный
3 – нижние брыжеечные
Клетки мозгового вещества надпочечников иннервируются преганглионарными симпатическими волокнами («симпато-адреналовая система»

Кольцевая мышца радужки
Слезные железы
Слюнные железы
Сердце
Дыхательный тракт
Желудок
Тонкий кишечник
Проксимальный отдел толстого кишечника
Мочевой пузырь
Почки
Дистальный отдел толстого кишечника
Половые органы
Парасимпатический отдел
Крестцовый
Первые нейроны (преганглионарные):
В головном мозге
в среднем мозге (аксоны проходят в составе глазодвигательного (III) нерва);
в мосте (аксоны проходят в составе лицевого (VII) нерва);
в продолговатом мозге (аксоны проходят в составе языкоглоточного (IX) и блуждающего (X) нервов).
В крестцовом отделе спинного мозга
(S2-S4)
«Кранио-сакральный отдел»
Вторые нейроны (ганглионарные):
в парасимпатических ганглиях, которые расположены рядом с иннервируемыми органами или в их стенках
(«интрамуральные ганглии»)

Парасимпатический отдел
Cимпатический отдел
Органы, регулируемые только одним из отделов ВНС
Грудной отдел
Поясничный
Крестцовый
Кольцевая мышца радужки
Радиальная мышца радужки
Слезные железы
Слюнные железы
Сердце
Дыхательный тракт
Желудок
Тонкий кишечник
Проксимальный отдел толстого кишечника
Мочевой пузырь
Почки
Дистальный отдел толстого кишечника
Половые органы
Цепочка паравертерральных симпатических ганглиев
Сердце
Дыхательный тракт
Желудок
Тонкий кишечник
Толстый кишечник
Мочевой пузырь
Почки
Слюнные железы
Кровеносные сосуды головы и шеи
Печень
Селезенка
Надпочеч-ники
Кровеносные сосуды туловища и верхних конечностей
Кровеносные сосуды нижних конечностей
2
1
3
Половые органы

Преобладает симпатическая регуляция
Преобладает парасимпатическая регуляция
Борьба или бегство
Покой и возобновление ресурсов организма

А
А
А
А
С
К
ПА
А – антагонизм; ПА – «псевдоантагонизм»; С – синергизм; К - кооперация
А

Сердце, гладкие мышцы, железы
Парасимпатическая
Cимпатическая
Вегетативная нервная система
Преганглионарные волокна
Постганглионарные волокна
Симпатический ганглий
Парасимпатический ганглий
Ацетилхолин
(Н-холинорецепторы нейронального типа)
Норадреналин
(α- и β-адренорецепторы)
Ацетилхолин
(М-холинорецепторы)
Медиаторы вегетативной нервной системы
ИСКЛЮЧЕНИЯ:
В потовых железах, надкостнице,
а у некоторых млекопитающих (кошка, собака, человек) – и в сосудах скелетных мышц постганглионарные симпатические волокна секретируют ацетилхолин.
В онтогенезе эти волокна сначала развиваются как адренергические, но затем факторы, выделяемые органом-мишенью, вызывают переключение их фенотипа на холинергический

А
В
На постганглионарных волокнах есть расширения (варикозы)
В этих расширениях содержатся пузырьки с медиаторами
1 μm
Симпатические нервные волокна в артерии и вене брыжейки крысы

Экономная работа адренергического синапса

Работа холинергического
синапса
ХАц - холинацетилаза
(транспортируется из тела нейрона)
Холин+АцетилКоА
АХ
АХ
Ацетилхолинэстераза
М-холинорецептор
Холин + ацетат
Переносчик холина (симпорт с Na+)
ХАц
Транспорт в синаптические пузырьки (работает специальный переносчик)

Рецепторы
к внеклеточным регуляторам
Внутриклеточные (ядерные) рецепторы
(к стероидным и тиреоидным гормонам)
Метаботропные:
активация рецептора приводит
к образованию внутриклеточных вторичных посредников
М-холинорецепторы и все адренорецепторы
Мембранные рецепторы – для непроникающих внутрь клетки регуляторных молекул (катехоламинов, ацетилхолина, аденозина, АТФ, пептидов, белковых гормонов и т.д.)
Ионотропные
(рецептор сопряжен
с ионным каналом)
Н-холинорецепторы

Передача сигнала через метаботропные рецепторы, сопряженные
с гетеротримерными ГТФ-связывающими белками (G-белками)
Активация рецептора лигандом
Активированный рецептор связывается с
α-субъединицей G-белка
Изменение конформации α-субъединицы, замена ГДФ на ГТФ, диссоциация G-белка
Активация «эффектора» α-субъединицей
Гидролиз ГТФ до ГДФ, диссоциация α-субъединицы от эффектора, «сборка» G-белка
Синтез вторичного посредника

Первый из вторичных посредников – циклический аденозинмонофосфат (цАМФ)

Усиление гормонального сигнала в каскаде, запускаемом вторичным посредником (цАМФ)
Адреналин

Фосфоинозитидный обмен:
образование двух вторичных посредников –
инозитолтрифосфата и диацилглицерола
Фосфолипаза С
Инозитол-1,4,5-трифосфат (IP3)
1,2-Диацил-глицерол
Фосфатидилинозитол-4,5-дифосфат (PIP2)

α1-адрено-рецептор
G-белок
Фосфо-липаза С
Инозитол-трифосфат
Диацил-глицерол
Протеин-киназа С
Фосфори-лирование белков-мишеней
Эндоплазматический ретикулум
Рецептор инозитолтрифосфата
(Ca2+-канал ЭПР)
Норадреналин
Образование и внутриклеточные мишени инозитолтрифосфата
и диацилглицерола

Адренорецепторы
М-холинорецепторы
α1
α2
β1
β2
М1
М2
М3
М4
М5
Аденилат-циклаза
Фосфо-липаза С
+
+
+
+
+
+
-
-
-
Сужение сосудов
Стимуляция работы сердца
Расширение сосудов, торможение моторики кишечника
Стимуляция пищеварительных желез
Угнетение работы сердца
Стимуляция моторики кишечника
(β-адренорецепторы более чувствительны
к адреналину, чем α-адренорецепторы
Изменение внутриклеточной сигнализации при активации рецепторов вегетативной нервной системы

Адренорецепторы
М-холинорецепторы
α1
α2
β1
β2
М1
М2
М3
М4
М5
Аденилат-циклаза
Фосфо-липаза С
+
+
+
+
+
+
-
-
-
Сужение сосудов
Стимуляция работы сердца
Расширение сосудов, торможение моторики кишечника
Стимуляция пищеварительных желез
Угнетение работы сердца
Стимуляция моторики кишечника
(β-адренорецепторы более чувствительны
к адреналину, чем α-адренорецепторы
Изменение внутриклеточной сигнализации при активации рецепторов вегетативной нервной системы

Стимуляция и торможение образования вторичных посредников происходят в результате взаимодействия рецепторов
с разными G-белками

Адренорецепторы
М-холинорецепторы
α1
α2
β1
β2
М1
М2
М3
М4
М5
Аденилат-циклаза
Фосфо-липаза С
+
+
+
+
+
+
-
-
-
Сужение сосудов
Стимуляция работы сердца
Расширение сосудов, торможение моторики кишечника
Стимуляция пищеварительных желез
Угнетение работы сердца
Стимуляция моторики кишечника
(β-адренорецепторы более чувствительны
к адреналину, чем α-адренорецепторы
Изменение внутриклеточной сигнализации при активации рецепторов вегетативной нервной системы

Стимуляция и торможение образования вторичных посредников – происходят в результате взаимодействия рецепторов с разными G-белками
Образование одного и того же вторичного посредника может приводить как стимуляции, так и к торможению работы клетки
(это зависит от типа клетки)
НА
НА
Кардиомиоцит
Гладкомышечная клетка
Увеличение силы сокращений
Расслабление

Пресинаптические рецепторы симпатических и парасимпатических постганглионарных нервных волокон
NE – норадреналин
Ach – ацетилхолин

Пресинаптичесие рецепторы медиаторов ВНС можно разделить на три типа
Пресинаптические рецепторы симпатических и парасимпатических постганглионарных нервных волокон
NE – норадреналин
Ach – ацетилхолин

Множественность медиаторов постганглионарных парасимпатических волокон
Основные «помощники» ацетилхолина в постганглионарных парасимпатических волокнах: вазоактивный интестинальный пептид (ВИП), оксид азота (NO), соматостатин, АТФ, опиоидные пептиды

Ко-медиаторы симпатической нейропередачи:
АТФ и нейропептид Y
АТФ взаимодействует
с ионотропными P2X рецепторами и вызывает быстрое сокращение гладкой мышцы.
Действие АТФ ускоряет развитие симпатических эффектов на органы-мишени
NPY секретируется при высокой активности СНС.
Он вызывает медленное и длительное сокращение сосудов (полезно при стрессе).
Расширение симпатического волокна
Гладкомышечная клетка сосуда
Сокращение сосуда
АТФ
НА
NPY

Тоническая активность вегетативной нервной системы
В покое частота разрядов постганглионарных нейронов составляет всего 1-2 имп/сек
Симпатическая активность, зарегистрированная
в почечном нерве бодрствующего кролика
Благодаря тонической активности влияние вегетативных нервов на органы-мишени может не только увеличиваться, но и уменьшаться («двунаправленная регуляция»)
Тонические симпатические влияния
Тонические симпатические влияния
Тонические парасимпатические влияния
Более сильное сужение сосудов
Расширение
Увеличение частоты сокращений
Уменьшение частоты
Немного суженное состояние
Чем длиннее стрелка, тем выше частота импульсации нейронов

Строение вегетативной рефлекторной дуги, замыкающейся на уровне спинного мозга
Дуга простого висцерального
рефлекса включает:
1 – чувствительный нейрон
(лежит в спинальном ганглии)
2 – интернейрон спинного мозга
3 – преганглионарный нейрон
4 – нейрон вегетативного ганглия
От экстерорецепторов (например, болевых рецепторов кожи)
От интерорецепторов

Регуляция вегетативных функций нервными центрами головного мозга
Продолговатый мозг
Мост
Гипофиз
Гипоталамус
Регуляция водно-солевого обмена
Регуляция пищевого поведения
Регуляция температуры тела
Контроль сокращений
мочевого пузыря
Пневмотаксический центр
Учащение сокращений сердца, сужение сосудов
Торможение сердца
Дыхательный центр
«Раздельная» регуляция вегетативных функций
«Комплексная» регуляция вегетативных функций

Раздражение нервных центров гипоталамуса с помощью микроэлектродов сопровождается возникновением у животных поведенческих реакций: пищевого поведения, оборонительного поведения или бегства, полового поведения, терморегуляторных реакций и др.
На уровне гипоталамуса происходит сопряжение регуляции вегетативных функций и поведения

Интегративные функции гипоталамуса обеспечиваются
вегетативными, соматическими и гормональными механизмами
Рассмотрим это на примере регуляции температуры тела

Интегративные функции гипоталамуса обеспечиваются
вегетативными, соматическими и гормональными механизмами.
Гипоталамус - главный нервный центр, отвечающий за регуляцию внутренней среды организма

Гипоталамус - главный нервный центр, отвечающий за регуляцию внутренней среды организма

Клод Бернар (Claude Bernard) (1813-1878)
Уолтер Кэннон
(Walter Bradford Cannon) (1871-1945)
Внутренняя среда организма: кровь, тканевая жидкость, лимфа.
“Постоянство внутренней среды есть условие свободной, независимой жизни.”
Гомеостаз - поддержание относительного постоянства внутренней среды организма
(homeo – такой же, сходный; stasis – стабильность, равновесие).

Адренорецепторы
Адрено-рецепторы
в сердце
в других органах