Биохимия мозга Введение В нервной системе существует три

Биохимия мозга Введение В нервной системе существует три мозговые системы, которые оказывают широкое и долговременное действие на работу мозга: Гипоталамус Вегетативная нервная система Диффузная модуляторная система

Биохимия мозга Секреторная функция гипоталамуса Гипоталамус обеспечивает поддержание гомеостаза. Гомеостаз – это постоянство внутренней среды организма (температуры, давления крови, содержании сахара в крови и т. д. ). Гомеостазис – процессы регуляции, с помощью которых поддерживается гомеостаз.

Биохимия мозга 1. 2. 3. Секреторная функция гипоталамуса В гипоталамусе выделяют три зоны: латеральную, медиальную, паравентрикулярную. В паравентрикулярной зоне находится три типа нейронов с различными функциями: Нейроны супрахиазменного ядра; Командные нейроны вегетативной нервной системы; Нейросекреторные нейроны.

Биохимия мозга Нейросекреторные нейроны Эти нейроны регулируют функции гипофиза – аденогипофиза и нейрогипофиза. Регуляция нейрогипофиза В паравентрикулярной зоне гипоталамуса находятся два крупных ядра, которые вырабатывают два нейрогормона – вазопрессин (супраоптическое ядро), окситоцин (паравентрикулярное ядро).

Биохимия мозга Нейросекреторные нейроны Окситоцин 1. вызывает сокращение матки во время родов; 2. стимулируют выработку молока молочными железами. Вазопрессин (антидиуретический гормон) регулирует водно-солевой обмен. При недостатке воды в организме происходит выброс вазопрессина в кровь. Гормон воздействует на почки – уменьшая мочевыделение.

Биохимия мозга Регуляция аденогипофиза Аденогипофиз синтезирует различные гормоны, которые регулируют работу желез внутренней секреции (вместе они образуют эндокринную систему организма). Аденогипофиз находится под контролем гипоталамуса. Нейроны мелких ядер гипоталамуса вырабатывают рилизинг-факторы (гипофизотропные гормоны), которые либо активируют (либерины), либо тормозят (статины) секреторную активность различных клеток гипофиза.

Биохимия мозга Пример Одним из гормонов надпочечников (железы внутренней секреции) является кортизол. Кортизол мобилизует энергетические запасы и подавляет иммунную систему, подготавливая организм к переживанию стрессовых состояний (потеря крови, сильные эмоции, возбуждение связанное с экзаменом и т. д. ). Если на организм действует какой-либо стрессовый стимул, то клетки гипоталамуса начинают вырабатывать кортикотропинрилизинг гормон, который поступает в гипофиз и через 15 секунд активирует секреторную активность клеток, синтезирующих гормон кортикотропин (адренокортикотропный гормон).

Биохимия мозга В свою очередь кортикотропин начинает поступать в кровь и через несколько минут активирует клетки надпочечников, которые начинают выбрасывать в кровь гормон кортизол. Кортизол с током крови распространяется по всему организму, в частности, попадает в мозг, где воздействует на различные зоны, включая гипоталамус, где он снижает выброс кортикотропинрилизинг гормона (для того чтобы предотвратить слишком высокую концентрацию гормона кортизола в крови). По схожему механизму действуют и другие гипофизотропные гормоны, которые регулируют выработку гипофизом таких гормонов как тиреотропный гормон (ТТГ), лютеотропин (ЛТ), пролактин, фоллитропин (ФСГ), соматотропин. Таким образом, выброс гипоталамических гормонов может приводить к широким изменениям в физиологии организма и мозга.

Физиология автономной нервной системы Автономная нервная система (АНС) – это комплекс центральных и периферических клеточных структур, регулирующих функциональный уровень внутренней жизни организма. Автономная нервная система реализует свои функции автоматически, без сознательного, произвольного контроля. Соматическая и автономная нервная система формируют основной выход (эфферентную функцию) центральной нервной системы.

Физиология автономной нервной системы Соматическая нервная система имеет единственную функцию – иннервация и регуляция скелетной мускулатуры. Автономная нервная система выполняет более разнообразные задачи, связанные с регуляцией всех остальных органов и тканей организма (гладкой мускулатуры внутренних органов, сердечной мускулатуры, желез внутренней и внешней секреции). Обе системы имеют эфферентные нейроны в мозге, которые посылают команды исполнительным нейронам (мотонейронам), которые в свою очередь иннервируют периферические эффекторные органы.

Физиология автономной нервной системы Однако существуют существенные различия между автономной и соматической нервной системой. 1. Все мотонейроны соматической НС находятся внутри ЦНС (в составе вентральных рогов спинного мозга или ствола мозга). 2. Все эффекторные нейроны автономной НС находятся за пределами ЦНС в разнообразных нервных ганглиях.

Физиология автономной нервной системы В нервных ганглиях находятся постганглионарные нейроны, которые, в свою очередь, управляются преганглионарными нейронами, которые находятся в сером веществе спинного мозга (боковые рога) или в стволе мозга. Таким образом, соматическая моторная система управляет мышцами по моносинаптическому пути, а АНС использует дисинаптический путь.

Физиология автономной нервной системы АНС подразделяется на симпатическую (СНС) и парасимпатическую (ПНС) нервную систему. СНС и ПНС оказывают разное (чаще всего противоположное) влияние на организм и используют разные пути, которые отличаются как по структуре, так и по используемым медиаторам.

Место расположения преганглионарного постганглионарного нейрона 1) Грудной отдел СМ; 2) Поясничный отдел СМ СНС 1) Крестцовый отдел СМ; ПСН 2) Ствол мозга (ядра черепно-мозговых нервов) Медиатор Эффект Норадреналин Состояние 1) Симпатические «борьбы и стволы рядом со бегства» СМ; 2) Узлы симпатических сплетений брюшной полости и таза Парасимпатические Ацетилхолин Состояние сплетения рядом с «отдыха и иннервируемыми восстановл органами ения»

СНС ПНС Сердце Увеличение частоты и силы сердечных сокращений Уменьшение частоты и силы сердечных сокращений Кровоток Кровь отливает от кожи и внутренних органов к мышцам и мозгу Перераспределение кровотока к пищеварительному тракту Пищеварительная система Ослабление Усиление Дыхательная система Увеличение частоты дыхания и усиление газообмена Уменьшение частоты дыхания Защитные реакции Мобилизация защитных реакций (иммунные механизмы, механизмы свертывания крови) Гормональная система Включение гормональных реакций, характерных для стресса (глюкокортикоиды, адреналин). Активизация деятельности ЦНС Увеличение содержания сахара в крови Уменьшение содержания сахара в крови Расширение зрачков Сужение зрачков

Физиология автономной нервной системы Не все органы получают двойную иннервацию. В частности, кровеносные сосуды кожи и потовые железы иннервируются только СНС. Слезные железы иннервируются только ПНС. Высшим центром автономной нервной системы является гипоталамус, где расположены эрготропные (СНС) и трофотропные (ПНС) ядра. Ядро блуждающего нерва является другим важным регуляторным центром АНС. Это ядро интегрирует сенсорную информацию от всех внутренних органов и координирует деятельность других вегетативных ядер ствола мозга (ядра языкоглоточного, лицевого и глазодвигательного нерва).

Физиология автономной нервной системы Сравнение активности СНС и ПСН СНС – это система тревоги, «защиты» , мобилизации резервов, необходимых для активного взаимодействия организма с внешней средой. Она обеспечивает быструю, «аварийную» мобилизацию энергетических ресурсов. ПНС – это система текущей регуляции физиологических процессов, обеспечивающая гомеостаз организма. Она непрерывно корригирует сдвиги, вызванные влиянием деятельности СНС, восстанавливает и сохраняет гомеостаз.

Диффузная модуляторная система мозга В мозге находится несколько нейронных систем, которые имеют диффузные связи со структурами мозга, оказывая на них модулирующий эффект. Они могут регулировать уровень возбудимости больших ансамблей нейронов, уменьшая или увеличивая их возбудимость, синхронную активность и т. д. Несмотря на то, что диффузные модуляторные системы различаются по структуре и функциям, они имеют несколько общих принципов организации:

Диффузная модуляторная система мозга 1. 2. 3. 4. 5. Принципы организации диффузных систем: Основой системы является немногочисленный набор нейронов (несколько тысяч); Нейроны этих систем находятся, в основном, в стволе мозга; Каждый нейрон может воздействовать на большое количество нейронов, так как они имеют аксоны, которые очень сильно ветвятся, образуя до 100 000 контактов с постсинаптическими нейронами; Аксонные окончания этих нейронов выбрасывают медиаторы не только в синаптическую щель, но и в межклеточную жидкость, благодаря чему также достигается диффузное воздействие на нейроны. Медиаторы этих систем действуют через метаботропные рецепторы мембран.

Диффузная модуляторная система мозга Выделяют четыре диффузных модуляторных систем: (1) норадреналинэргическая (голубое пятно), (2) серотонинэргическая (ядра шва), (3) дофаминэргическая (черная субстанция), (4) ацетилхолинергическая (ядра перегородки).

Норадреналинэргическая система мозга Голубое пятно – это парное ядро, которое находится в левой и правой части моста мозга. Каждое ядро содержит примерно 12 000 нейронов. Медиатор – норадреналин. Аксоны нейронов собираются в несколько трактов, которые направляются практически во все части мозга – кору больших полушарий, таламус, гипоталамус, мозжечок, средний мозг и спинной мозг.

Норадреналинэргическая система мозга Нейроны голубого пятна имеют самые разветвленные аксоны в мозге. Один нейрон может образовывать до 250 000 синапсов в мозге. Голубое пятно участвует в многообразных функциях: регуляция внимания, возбуждения, регуляция цикла сон-бодрствование, обучение и память, тревожность и чувство боли, настроение и мозговой метаболизм. Благодаря большому количеству контактов, голубое пятно может влиять практически на все мозговые структуры.

Норадреналинэргическая система мозга Нейроны голубого пятна возбуждаются в ответ на новые, неожиданные внешние стимулы. Они также активны и в спокойном состоянии человека. Предполагается, что голубое пятно участвует в общем возбуждении мозга, которое наблюдается во время интересных внешних событий.

Норадреналинэргическая система мозга Так как норадреналин может увеличивать чувствительность нейронов коры к слабым сенсорным стимулам, предполагается, что голубое пятно может увеличивать общую способность мозга к реагированию на внешние стимулы, увеличивать скорость и эффективность обработки информации в нервной системе.

Серотонинэргическая система (ядра шва) Девять ядер шва содержат нейроны, которые секретируют медиатор серотонин. Каждое из ядер посылает аксоны в разные структуры мозга. Ядра шва в продолговатом мозге иннервируют спинной мозг. Здесь они модулируют передачу информации в проводящих путях СМ, участвующих в восприятии боли, а также влияют на активность спинальных мотонейронов и интернейронов.

Серотонинэргическая система (ядра шва) Ядра шва в мосте и среднем мозге иннервируют большую часть головного мозга (наподобие голубого пятна). Нейроны ядер шва наиболее активны в состоянии бодрствования, когда организм возбужден и активен. Их активность сильно уменьшается во время сна. Голубое пятно и ядра шва являются частью восходящей возбуждающей ретикулярной формации мозга.

Серотонинэргическая система (ядра шва) 1. 2. 3. Предполагается, что ядра шва вовлечены в контроль цикла «сон-бодрствование» , а также в контроль протекания различных фаз сна; контролируют настроение и различные типы эмоционального поведения (агрессию и формирование социальных отношений в популяции), участвуют в когнитивных процессах (LSD вызывает галлюцинации через влияние на серотонинэргические нейроны).

Дофаминэргическая система К дофаминэргической системе относятся черная субстанция и вентральное ядро тегментума. Черная субстанция через дофамин воздействует на стриатум. Предполагается, что дофамин облегчает инициацию моторного ответа на внешние стимулы.

Дофаминэргическая система Рядом с черной субстанцией находится вентральное ядро тегментума, которое через медиатор дофамин воздействует на фронтальную кору и лимбическую систему. Предполагается, что это ядро вовлечено в систему подкрепления, с помощью которой закрепляется адаптивное поведение.

Ацетилхолинергическая система К ацетилхолинергической системе относятся ядра перегородки и базальные ядра Мейнерта. Ядра перегородки через медиатор ацетилхолин воздействуют на гиппокамп. Базальные ядра Мейнерта через медиатор ацетилхолин воздействуют на неокортекс. Функции этих ядер изучены слабо. Известно, что во время болезни Альцгеймера наблюдается дегенерация клеток этих ядер.

Ацетилхолинергическая система Предполагается, что холинергическая система: 1. вовлечена в регуляцию состояния бодрствования (вместе с серотонинэргической и норадреналинэргической системой), 2. играет специфическую роль в обучении и памяти.