Рефлекс. Рефлекторная дуга. Нервные центры и их физиологические свойства.

В основе нервного механизма управления организмом лежит рефлекс. Рефлексом называют ответную реакцию организма на изменения внутренней и внешней среды, осуществляемую при участии нервной системы.

Структурной основой рефлекса является рефлекторная дуга – последовательно соединенная цепочка нервных клеток, обеспечивающая осуществление реакции на раздражение. Рефлекторная дуга состоит из афферентного, центрального и эфферентного звеньев, связанных между собой синаптическими соединениями (рис. 4.1).

Афферентная часть дуги начинается рецепторами. Рецепторы – специализированные образования, воспринимающие определенные виды раздражений. Рецепторный потенциал возникает при раздражении рецептора как результат деполяризации и повышения проводимости участка его мембраны. Возникший в рецептивных участках мембраны рецепторный потенциал электротонически распространяется на аксонный холмик рецепторного нейрона, где возникает генераторный потенциал. Чем выше генераторный потенциал, тем выше частота разрядов ПД, распространяющихся к другим нейронам.

В зависимости от сложности структуры рефлекторной дуги различают моно- и полисинаптические рефлексы. В простейшем случае импульсы, поступающие в центральные нервные структуры по афферентным путям, переключаются непосредственно на эфферентную нервную клетку, т. е. в системе рефлекторной дуги имеется одно синаптическое соединение. Такая рефлекторная дуга называется моносинаптической (например, рефлекторная дуга сухожильного рефлекса в ответ на растяжение). При наличие в рефлекторной дуге двух и более синаптических переключений (т. е. три и более нейронов), ее называют полисинаптической.

Рис. 4.1. Дуга спинномозгового рефлекса.

А – двухнейронная рефлекторная дуга; Б – трехнейронная рефлекторная дуга; Р – реиепторный нейрон межпозвоночного ганглия; СМ – спинной мозг; I – мышца; 2 – кожный рецептор; 3 – афферентное нервное волокно; 4 – эфферентное нервное волокно.

Представление о рефлекторной реакции как о целесообразном ответе организма диктует необходимость дополнить рефлекторную дугу еще одним звеном – петлей обратной связи, призванной установить связь между реализованным результатом рефлекторной реакции и нервным центром, выдающим исполнительные команды (рецепторы конечности информируют о результате рефлекторной реакции). Обратная связь трансформирует открытую рефлекторную дугу в закрытую.

Рефлекторная деятельность организма во многом определяется общими свойствами нервных центров. Нервный центр – совокупность структур ЦНС, координированная деятельность которых обеспечивает регуляцию отдельных функций организма или определенный рефлекторный акт. На понятии нервного центра основано современное представление о динамической локализации функций – признается существование четко локализованных ядерных структур нервных центров и менее определенных рассеянных элементов анализаторных систем мозга.

Нервные центры имеют ряд общих свойств:

1. Иррадиация возбуждения. Значительное увеличение силы раздражителя приводит к расширению области вовлекаемых в процесс возбуждения центральных нейронов.

2. Суммация возбуждения. Процесс пространственной суммации афферентных потоков возбуждения обеспечивается наличием на мембране нервной клетки сотен и тысяч синаптических контактов, чьи потенциалы складываются. Процессы временной суммации обусловлены суммацией последовательных ВПСП на постсинаптической мембране.

3. Наличие синаптической задержки. Время рефлекторной реакции зависит в основном от двух факторов: скорости движения возбуждения по нервным проводникам и времени распространения возбуждения с одной клетки на другую через синапс. В нервных клетках высших животных и человека одна синаптическая задержка примерно равна 1 мс. Если учесть, что в реальных рефлекторных дугах имеются десятки последовательных синаптических контактов, становится понятной длительность большинства рефлекторных реакций – десятки миллисекунд.

4. Тонус, определяется тем, что в покое в отсутствие специальных внешних раздражений определенное количество нервных клеток находится в состоянии фоновой активности.

5. Пластичность – возможность нервного центра модифицировать картину осуществляемых рефлекторных реакций. Пластичность нервных центров тесно связана с изменением эффективности связей между нейронами.

6. Конвергенция. Нервные центры высших отделов мозга являются мощными коллекторами, собирающими разнородную афферентную информацию. Количественное соотношение периферических рецепторных и промежуточных центральных нейронов (10:1) предполагает значительную конвергенцию («сходимость») разномодальных сенсорных посылок на одни и те же центральные нейроны. Конвергенция нервных сигналов на уровне эфферентного звена рефлекторной дуги определяет физиологический механизм принципа «общего конечного пути» по Ч. Шерринггону.

7. Свойство доминанты. Доминантным называется временно господствующий в нервных центрах очаг (или доминантный центр) повышенной возбудимости в центральной нервной системе. По А. А. Ухтомскому, доминантный нервный очаг характеризуется такими свойствами, как повышенная возбудимость, стойкость и инертность возбуждения, способность к суммированию возбуждения. Принцип доминанты определяет формирование главенствующего нервного центра в соответствии с ведущими потребностями организма в конкретный момент времени.

В координационной деятельности ЦНС значительна роль взаимодействия рефлексов, которое проявляется в различных эффектах (в облегчении, и в угнетении возбуждения). Примером является реципрокная иннервация мышц-антагонистов. Известно, что сгибание или разгибание конечностей осуществляется благодаря согласованной работе двух функционально антагонистических мышц: сгибателей и разгибателей. Координация обеспечивается организацией антагонистических отношений между мотонейронами сгибателей и разгибателей. Реципрокные функциональные отношения складываются благодаря включению в дугу спинномозгового рефлекса дополнительного элемента – тормозного нейрона (клетка Реншоу).

Для взаимодействия рефлексов характерны также следующие феномены:

Феномен посттетанической потенциации. Раздражая стимулами редкой частоты афферентный нерв, можно получить некоторый рефлекс определенной интенсивности. Если затем этот нерв в течение некоторого времени подвергать высокочастотному ритмическому раздражению (300–400 стимулов в секунду), то повторное редкое ритмическое раздражение приведет к резкому усилению реакции.

Феномен окклюзии – если два нервных центра рефлекторных реакций имеют частично перекрываемые рецептивные поля, то при совместном раздражении обоих рецептивных полей реакция будет меньше, чем арифметическая сумма реакций при изолированном раздражении каждого из рецептивных полей (часть нервных элементов общие и уже задействованы одним из центров).

Феномен облегчения – при совместном раздражении рецептивных полей двух рефлексов можно наблюдать суммарную реакция выше суммы реакций при изолированном раздражении этих рецептивных полей. Это результат того, что часть общих для обоих рефлексов нейронов при изолированном раздражении оказывает подпороговый эффект для вызывания рефлекторных реакций. При совместном раздражении они суммируются и достигают пороговой силы, в результате конечная реакция оказывается больше суммы изолированных реакций.