Физиология нервных центров и сердечный цикл
Ключевые тезисы:
- Нервный центр — это совокупность нейронов, координирующих сложные рефлекторные акты.
- Свойства нервных центров определяются синаптической передачей и структурой нейронных цепей.
- Сердечный цикл — это последовательность систолы (сокращения) и диастолы (расслабления), обеспечивающая движение крови по градиенту давления.
Свойства нервных центров
Нервный центр — это морфофункциональная совокупность нейронов ЦНС, отвечающая за организацию и регуляцию сложных рефлекторных актов. Его свойства вытекают из особенностей нейронов и синаптической передачи.
Основные свойства
Одностороннее проведение возбуждения
- Обусловлено наличием синапсов. Передача возможна только от пресинаптической мембраны к постсинаптической.
- Даже один синапс в цепи делает проведение односторонним (от чувствительного к двигательному нейрону).
Высокая и избирательная чувствительность к химическим веществам
- Связана с синаптической передачей. Для экономии ресурсов и времени медиаторов синтезируется мало, поэтому чувствительность к ним должна быть крайне высокой.
- Нейроны избирательно чувствительны к определённым медиаторам (например, только к ацетилхолину или норадреналину).
Центральная (синаптическая) задержка
- Время, необходимое для передачи возбуждения через синапсы.
- Чем больше синапсов в рефлекторной дуге, тем дольше задержка и время реакции.
Высокая утомляемость
- Причины:
- Истощение запасов медиатора.
- Снижение энергетических ресурсов (глюкозы).
- Адаптация (привыкание) постсинаптических рецепторов при длительном воздействии.
Практический вывод: перед серьёзной интеллектуальной нагрузкой (экзаменом) необходим сон для восстановления запасов медиатора.
- Причины:
Высокая чувствительность к недостатку глюкозы и кислорода
- Мозгу для работы необходимы глюкоза (топливо) и кислород (окислитель). Интеллектуальная деятельность должна проходить в проветренном помещении и не на голодный желудок.
Пластичность и тонус
- Пластичность — способность некоторых нервных центров (преимущественно корковых) брать на себя функции других, повреждённых центров (например, компенсация потери вестибулярного аппарата с помощью зрения).
- Тонус — фоновая минимальная активность нервных центров в состоянии покоя, необходимая для поддержания жизненно важных функций (например, дыхания).
Свойства, проявляющиеся при взаимодействии структур
- Суммация: формирование ответной реакции на подпороговые раздражители.
- Пространственная: при одновременном поступлении подпороговых импульсов с разных сторон.
- Временная: при поступлении череды подпороговых импульсов по одному пути.
- Центральное облегчение: вовлечение в реакцию большего числа нейронов, чем ожидалось, при одновременной активации нескольких входов (нейроны из "подпороговой каймы" получают достаточный стимул).
- Окклюзия (закупорка): уменьшение числа возбуждённых нейронов при одновременной активации нескольких входов из-за перекрытия их рецептивных полей (один и тот же нейрон возбуждается от разных источников).
- Трансформация ритма: изменение частоты импульсации на выходе из нервного центра по сравнению с входом (может быть повышающей или понижающей).
- Иррадиация возбуждения: распространение возбуждения в пределах ЦНС при нарастании силы стимула.
Принципы координации рефлекторной деятельности
- Принцип реципрокности (сопряжённости): взаимное торможение центров-антагонистов (например, центров сгибателей и разгибателей).
- Принцип доминанты: наличие господствующего очага возбуждения, подчиняющего себе деятельность других центров.
- Принцип общего конечного пути: различные влияния сходятся к одним и тем же мотонейронам спинного мозга (эффекторам).
- Принцип обратной связи:
- Прямая связь: команда от управляющего центра к эффектору.
- Обратная связь: отчёт эффектора о результате выполнения команды.
- Отрицательная: результат действия подавляет свою причину (поддержание гомеостаза, например, регуляция уровня глюкозы).
- Положительная: результат действия усиливает свою причину (может вести к "разбалансировке", например, усугубление сердечной недостаточности).
Физиология кровообращения: Сердечный цикл
Система кровообращения обеспечивает доставку ресурсов к клеткам и удаление продуктов метаболизма. Кровь движется по сосудам благодаря градиенту давления, создаваемому сердцем как насосом.
Цикл сердечной деятельности
Цикл — одна систола (сокращение) и одна диастола (расслабление), последовательно повторяющиеся.
- При ЧСС 75 уд/мин длительность цикла ≈ 0,8 с.
- Систола желудочков: 0,33 с.
- Диастола желудочков: 0,47 с.
Описание цикла для левого сердца (для правого — аналогично, но давление в 3-4 раза ниже).
Систола желудочков (0,33 с)
Исходное состояние: предсердия пусты, атриовентрикулярные клапаны открыты, желудочки наполнены, полулунные клапаны аорты закрыты.
Период напряжения (0,08 с)
- Фаза асинхронного сокращения (0,05 с): начало возбуждения желудочков (зубец Q на ЭКГ). Не все волокна сокращаются одновременно, давление не меняется (~5 мм рт. ст.).
- Фаза изометрического сокращения (0,03 с): все волокна сокращаются синхронно, но объём не меняется (кровь несжимаема). Давление растёт. Когда давление в желудочке превышает давление в предсердии, захлопываются атриовентрикулярные клапаны — это I тон. Давление растёт до 80-85 мм рт. ст.
Период изгнания (0,25 с)
- Когда давление в желудочке превышает давление в аорте (~80 мм рт. ст.), беззвучно открываются полулунные клапаны.
- Фаза быстрого изгнания (0,12 с): давление в желудочке и аорте растёт до максимума (~120 мм рт. ст.).
- Фаза медленного изгнания (0,13 с): давление в желудочке и аорте начинает снижаться (отток крови из аорты превышает приток). Конец фазы и систолы — конец зубца T на ЭКГ.
Диастола желудочков (0,47 с)
Протодиастолический период (0,04 с): сокращения нет, давление в желудочке падает быстрее, чем в аорте. Кровь стремится из аорты обратно в желудочек, что приводит к захлопыванию полулунных клапанов — это II тон.
Фаза изометрического расслабления (0,08 с): клапаны закрыты, желудочек расслабляется, давление в нём падает до минимума.
Период наполнения (0,25 с)
- Когда давление в желудочке становится ниже давления в предсердиях (которые всё это время наполнялись кровью), открываются атриовентрикулярные клапаны.
- Фаза быстрого наполнения (0,08 с): кровь быстро поступает в желудочек, что может вызывать III тон (вибрация стенок).
- Фаза медленного наполнения (0,17 с): давление стабилизируется.
Пресистола (систола предсердий): сокращение предсердий выталкивает дополнительную порцию крови в желудочки, что может вызывать IV тон. Давление ненадолго повышается.
Выводы:
- Работа клапанов сердца пассивна и зависит только от градиента давления по обе стороны от них.
- Звуковая картина (тоны) формируется в основном захлопыванием клапанов (I и II тоны) и вибрацией структур при быстром наполнении (III и IV тоны).
- Понимание сердечного цикла и свойств нервных центров составляет фундамент для клинических дисциплин (кардиологии, неврологии).