Гомеостатические реакции вегетативной нервной системы

Для начала посмотрим, что происходит на уровне спинного мозга. Он гораздо меньше и проще, чем головной, и разобраться в гомеостатических программах, которыми он управляет, заметно легче.

Спинной мозг человека делится на 31 часть (сегмент) от шеи до копчика (рис. 10.1, вверху). Разные сегменты управляют разными «этажами», то есть наше тело (шея, туловище, конечности) условно подразделяется на 31 горизонтально расположенную область. Шейный отдел спинного мозга связан, как это ни странно, с шеей, руками и диафрагмой. Грудной управляет областью грудной клетки и брюшной полости. Поясничный взаимодействует с ногами. Самый нижний, крестцово-копчиковый отдел работает в основном с областью таза.

Помимо прочего, каждый из сегментов постоянно обменивается сигналами с головным мозгом.

Основная масса наших внутренних органов находится в грудной клетке, в брюшной и тазовой полостях. Поэтому с ними взаимодействуют прежде всего грудной и крестцово-копчиковый отделы спинного мозга. Там-то и находится львиная доля вегетативных нервных клеток, которые направляют свои аксоны к внутренним органам.

Как известно, нервная система делится на центральную и периферическую. В состав последней входят сенсорные волокна, связанные с органами чувств, а также аксоны двигательных и вегетативных нейронов. Аксон мотонейрона – двигательной нервной клетки – дотягивается сразу до мышцы (рис. 10.1, внизу). Никаких дополнительных передающих структур или синапсов нет. В моторной сфере все просто и определенно, «раздумий» со стороны мускулов быть не должно. Когда мы выполняем движение, все предварительные операции уже просчитал мозг, мышца же – рядовой исполнитель его команд. Шеф сказал, что поднимаем правую ногу, значит, поднимаем – точка.

Рис. 10.1. Вверху: сегменты спинного мозга и соответствующие им «этажи» тела человека. Внизу: схема организации двигательных и вегетативных нервов. Обратите внимание, что аксон мотонейрона контактирует напрямую с мышечной клеткой, в то время как аксоны центральных вегетативных нейронов формируют синапс в ганглиях (симпатических и парасимпатических) и непосредственно с органами контактируют аксоны ганглионарных клеток

В случае вегетативных нейронов все несколько сложнее и тоньше. Вегетативная нервная система позвоночных, как вы уже знаете, делится на две конкурирующие части: симпатическую и парасимпатическую. Большинство органов получают сигналы от них обеих. При этом аксоны вегетативных нейронов, находящихся в спинном или головном мозге, до органа сразу не доходят. По дороге они формируют связь с еще одной нервной клеткой, которая относится уже к периферической нервной системе. Зоны, в которых эти дополнительные клетки располагаются, называются вегетативные ганглии. Иными словами, кроме головного и спинного мозга, у нас имеются еще маленькие симпатические или парасимпатические «мозги», которые тут и там рассеяны по телу.

Ганглии симпатической системы чаще всего «базируются» рядом со спинным мозгом, а парасимпатической – с органами, к которым они направляются. В ганглиях (нервных узлах) находятся синапсы, а дальше аксон ганглионарной клетки устремляется, например, к сердцу. Соответственно, сердце получает как активирующие, так и тормозные сигналы через симпатическую и парасимпатическую системы. С помощью этих систем можно заставить сердце биться чаще и сильнее либо реже и слабее. Обе системы позволяют подогнать деятельность сердца, во-первых, под текущую задачу, а во-вторых, вернуть его к некоему оптимальному (гомеостатическому) состоянию, если по какой-то причине оно работает слишком активно или, наоборот, слишком слабо.

Активационные и тормозные потоки сигналов вегетативной системы сталкиваются прямо на органе, причем результат их конкуренции во многом зависит от состояния этого органа.

Тут в числе прочего важно четко понимать, что такое внутренний орган. В его состав почти всегда входят гладкие мышечные волокна либо секреторные (железистые) клетки. Первые не похожи на «обычные» (скелетные) мышечные волокна и обнаруживаются в стенках желудка, кишечника, сосудов, мочеточников, бронхов, матки. Вторые образуют, например, поджелудочную или потовые железы. Сердце – и вовсе совершенно особый и уникальный орган. Сердечные мышечные волокна по своим свойствам иные, не такие как гладкие и скелетные. Деятельностью внутренних органов управляет вегетативная нервная система, а сознание – практически нет.

Что делает симпатическая нервная система и что делает парасимпатическая?

Симпатическая нервная система связана с нагрузкой. Когда она доминирует, это означает, что организм тратит энергию на какой-то стресс, физическую, умственную или эмоциональную активность. Поэтому эту систему называют еще эрготропной (от греческих слов ergon – «действие» и tropos – «направление»), то есть тяготеющей к затратам энергии. Парасимпатическая система – трофотропная (от греческого слова trophe – «питание»), то есть устремленная к накоплению энергии и ресурсов. Ее задача – восстанавливать запасы веществ после нагрузки.

Во сне и симпатика, и парасимпатика работают плохо, обе они отдыхают. Поэтому если поздно вечером вы решили навернуть тазик пельменей, то можете проснуться утром с ними же в желудке. Только немножко потерявшими «товарный вид» и свежесть. Желудок ночью тоже спал вместе с вами, надо же ему когда-то отдыхать. Поэтому перед сном не рекомендуется плотно есть – все равно не переварите.

Ситуация, при которой максимально активна симпатика, – это сильный стресс. Например, некто Виктор Петрович с тяжелым чемоданом опаздывает на поезд и бежит по перрону. Осталась минута, поезд уже призывно гудит, а тут еще, как назло, и колесико у чемодана отвалилось. То, что происходит с несчастным Виктором Петровичем в этот момент, – как раз результат симпатической активации. Парасимпатические эффекты – это обстановка идеального отдыха, «спокойного бодрствования». Представьте, что вы вторую неделю отдыхаете у теплого моря, в отеле «все включено». Вы только что прекрасно позавтракали, лежите под пальмой, волны плещутся, солнышко греет. И ваша самая большая проблема сейчас весьма завидна: «Что бы такого съесть на обед? Рыбки или супа? Ужасно сложный выбор». В этой ситуации, казалось бы, все органы отдыхают, расслабляются. Но на самом деле это не так: огромная система под названием желудочно-кишечный тракт переваривает недавний завтрак и не забывает откладывать в закрома заветный «жирок». Потому что она считает: «Вот наступят черные дни, что делать будем? Надо заранее запастись калориями. Еще спасибо скажешь». Но благодарности она, к сожалению, скорее всего не дождется.

Рис. 10.2. Схема расположения внутри ЦНС симпатических (справа) и парасимпатических (слева) нейронов. Сверху перечислены основные эффекты активации парасимпатических и симпатических нервов. Все внутренние органы (с точки зрения вегетативной иннервации) можно разделить на 4 «этажа»: 1 – органы головы (железы, мышцы зрачка и хрусталика); 2 – грудной клетки (сердце, бронхи); 3 – брюшной полости (ЖКТ); 4 – органы таза (мочеполовая система, нижняя часть ЖКТ). Кроме того, на всех «этажах» есть сосуды и потовые железы

Органы, которые активны во время стресса, возбуждает симпатическая система и успокаивает парасимпатическая. Органы, работающие ради восстановления сил, наоборот, активирует парасимпатика и тормозит симпатика. По классике во время стресса первым активируется сердце. Симпатическая система заставляет его биться чаще и сильнее, парасимпатическая же, соответственно, тормозит. А огромный желудочно-кишечный тракт – слюнные железы, желудок, все 6–8 метров кишечника, печень, поджелудочная железа – все это большое хозяйство активируется парасимпатической системой и тормозится симпатической. Успели запутаться?

Легко запомнить функции отделов вегетативной нервной системы так: слова «стресс» и «симпатика» начинаются на одну и ту же букву – «С». А слова «покой» и «парасимпатика» – на одну и ту же букву «П».

Эти системы конкурируют на уровне органов, но когда дело доходит до ЦНС, они должны независимо оценивать разные параметры, учитывать всевозможные факторы. Поэтому если посмотреть на анатомию нашего мозга, мы увидим, что симпатические и парасимпатические нейроны находятся в разных зонах спинного мозга. Более того, основная часть парасимпатических клеток располагается в головном мозге. Симпатические же области занимают в основном грудные сегменты (рис. 10.2).

Внутри этой зоны можно выделить четыре «этажа», связанных с управлением разными группами внутренних органов. Это органы головы, грудной клетки, брюшной полости, таза. Что есть у нас в голове? Конечно, слюнные и слезные железы, а еще гладкие мышцы, изменяющие диаметр зрачка, форму хрусталика. Что в грудной клетке? Бронхи и сердце. В брюшной полости находится основная часть желудочно-кишечного тракта. В тазовой – нижняя часть ЖКТ, половая и выделительная системы. Плюс на всех этажах есть сосуды и потовые железы.

В итоге мы имеем хозяйство большое, хлопотное, и прекрасно, что сознательно ничего не надо контролировать. А то, пожалуй, мы бы только и занимались тем, что говорили: «Так, пятый метр кишечника, почему так слабо работаешь? Поактивнее сокращайся, ощущаю застой!» Но у головного мозга столько творческих задач – не до кишечника… Нейроны на местах лучше справятся с этим, чем головной мозг. Даже на таком уровне делегирование – хорошая идея.

Парасимпатика разделена на две зоны. Большинство соответствующих нейронов находятся в головном мозге, и еще немного – в крестцовых сегментах.

Нейроны, расположенные в крестцовых сегментах, работают с органами таза, а те, что в головном мозге, – с органами головы, грудной клетки и брюшной полости. Как известно, у нас 12 пар черепных нервов. Так вот, третий нерв управляет диаметром зрачка и формой хрусталика, седьмой – слезными железами, седьмой и девятый на пару – слюнными железами. Но самый главный, просто монстр вегетативной регуляции, – это нерв номер 10. Вы его сейчас узнаете: он называется блуждающий, по-латыни – vagus. Когда его описывали анатомы, то были удивлены, насколько широко он ветвится. Блуждающий нерв выходит из головного мозга, спускается вдоль пищевода по шее, и дальше его отростки распределяются по всей грудной клетке и брюшной полости, как будто он действительно заблудился и в связи с этим решил податься во все стороны.

Итак, парасимпатическая система ослабляет работу сердца (уменьшает силу и частоту сердцебиений), снижает кровяное давление, активизирует ЖКТ, сужает зрачок, уменьшает диаметр бронхов. Симпатическая система поступает наоборот: расширяет зрачок и бронхи, тормозит ЖКТ и так далее. Если вы запомнили, что симпатика – это стресс, то ответ на вопрос, а что делает она с бронхами, достаточно логичен: при стрессе нам нужно больше воздуха, значит, надо их расширять. Когда стресс – нужно, чтобы больше информации попадало на сетчатку, – будем расширять зрачок. Понятно, что в такой же ситуации происходит активация работы сердца и увеличивается пульс.

Часть органов, например большинство сосудов тела, имеют более простую иннервацию, с ними работает только симпатическая нервная система, и для них достаточно одних лишь ее влияний. Симпатика сужает сосуды и тем самым поднимает кровяное давление. Потовые железы и надпочечники (точнее, их мозговое вещество, выделяющее адреналин) тоже подчиняются только симпатической системе. Поэтому правильно говорить так: «Большинство органов управляются как симпатикой, так и парасимпатикой, но часть – только симпатическими влияниями». Часть рефлекторных дуг в спинной мозг может и не заходить, а идти через вегетативные ганглии обратно к органу. То есть даже спинной мозг иногда не занимается проблемами управления гомеостазом, и это опять же хорошо.

Большинство симпатических ганглиев находятся недалеко от спинного мозга, рядом с позвоночником. Парасимпатические ганглии – в основном в стенках внутренних органов; по месту расположения они тяготеют к своим «мишеням».

Иногда (например, в случае ЖКТ) это даже не ганглий, а распределенная в пространстве сеть нейронов, опять-таки способная самостоятельно справляться со многими задачами, связанными с гомеостазом. Так что и она – своего рода менеджер с правом принятия решений.

Нервы выходят из спинного мозга и должны протискиваться между позвонками, поэтому состояние позвоночника – очень важный фактор здоровья. Если позвонки из-за сколиоза сдвинулись в сторону, то, к сожалению, есть вероятность, что они нажмут на веточку какого-нибудь нерва. И в результате у человека изменится кожная чувствительность или возникнут проблемы с какой-то мышцей или внутренним органом. С грудных сегментов, например, идет управление желудком, и если соответствующий нерв придавлен, то желудок может начать выделять больше HCl и пищеварительных ферментов, чем требуется. В итоге возникнет гастрит, и пациента станут лечить от болей в эпигастрии, а на самом-то деле его проблема создана защемлением нерва в позвоночнике. Когда говорят, что половина проблем со здоровьем связана со спиной, – это не такое уж и большое преувеличение.

«И зачем нам все это?» – справедливо спросите вы. Подобного рода проблемы – плата за наше прямохождение. Как известно, обезьяны встали на задние лапы не очень давно, максимум 10 млн лет назад, а это с эволюционной точки зрения не самый внушительный срок. Встали на ноги, чтобы взять в руки палки и камни и отбиваться от хищников, а потом – пойти завоевывать этот мир. Завоевали, конечно, но платим мы за это высокую цену. Есть целый ряд неприятностей, связанных с прямохождением, которые эволюция до сих пор не решила. Например, кривая спина и варикозное расширение вен ног (из-за застоя крови). Еще проблема – это тяжелые роды, потому что изменилась структура таза. Голова ребенка с трудом проходит сквозь кольцо из тазовых костей (отверстие малого таза). И что делать с этим, непонятно, ведь и голова нужна побольше, чтобы ребенок умнее был, и тазовые кости должны быть твердые. Вот и приходится женщинам мучиться, давая жизнь потомству.

В общем, дабы избежать лишних проблем, относитесь к собственной спине с повышенным вниманием. Позвоночник требует бережности, на деле это довольно хрупкая конструкция.

Ощущения, которые можно определить как «что-то с моими внутренностями не так», часто связаны со смещением позвонков.

Лордозы, кифозы, сколиозы постоянно подстерегают нас из-за распространения сидячего образа жизни. Некоторые люди неправильно сидят рефлекторно, потому что если устроятся попрямее, спина заболит, а если загнутся буквой «зю» – то вроде бы и нормально. У нашего организма есть особенность: когда что-то болит, то функцию, связанную с болью, – сидеть прямо, полностью наступать на поврежденный голеностоп или жевать на ноющем правом нижнем зубе – мы просто перестаем выполнять. Считаем, что здоровы, а на самом деле маскируем проблему: сидим, согнувшись, прихрамываем или используем для жевания левую часть рта. Подумайте, прежде чем давать телу серьезные физические нагрузки. Особенно важно беречь шейные позвонки, они ведь самые маленькие, совсем крохотные. Когда, например, человек встает на голову, становится страшно от того, что с ними может произойти беда. Конечно, если он сначала полгода качал мышцы шеи, скорее всего, ничего не случится. А если только сегодня утром он решил стать йогом и вот уже на голове стоит – караул! Чуть треснет позвонок – и все, пиши пропало. Несостоявшийся йог будет потом долго, очень долго лечиться… И не факт, что сможет восстановиться. Так что, пожалуйста, относитесь к спине понежнее, обращайте внимание на состояние своего позвоночника и при появлении болей обязательно обращайтесь к врачу. А то мало ли что…

Управление вегетативной нервной системой

Поскольку симпатические и парасимпатические сигналы конкурируют на уровне конкретных внутренних органов, то понятно, что их синапсы должны использовать разные медиаторы. Как же без этого будет решаться вопрос их баланса? И если медиатор, скажем, симпатической системы, будет нести активационный сигнал, то парасимпатической, соответственно, – тормозной. Или наоборот – все зависит от органа. На нейромедиаторном уровне мы видим, что парасимпатическая система передает свои сигналы прежде всего с помощью вещества ацетилхолин. Симпатика, как правило, использует уже не раз упоминавшийся норадреналин. Норадреналин и в головном мозге работает во время стресса (о голубом пятне мы говорили в главах, посвященных страху и агрессии). Если мы хотим управлять внутренними органами – а мы точно хотим этого, – надо искать возможности это сделать. Сознательным посылом нельзя сказать сердцу: «Бейся реже». По крайней мере, если вы 20 лет не медитировали где-нибудь в Гималаях. И вот тут таблетка, которая вызывает актуальные для здоровья человека эффекты, очень уместна. Речь идет прежде всего о гипертонии, широко распространенной среди людей старшего возраста. Более того, это заболевание активно «молодеет», и если не справиться с гипертонией вовремя, то инфаркт и инсульт не заставят себя ждать.

Дедушкам и бабушкам приходится всерьез заботиться о сердце, и это неспроста: именно сердечно-сосудистая система является «слабым звеном» нашего организма. Она быстрее всех изнашивается, поскольку постоянно активно работает.

Сердце сокращается раз в секунду или даже чаще, и так всю жизнь. Представьте, если бы вам надо было постоянно отжиматься и бесконечно существовать в таком режиме: «Упал – отжался, упал – отжался». Ни сна, ни отдыха. Отжиматься раз в секунду в течение 50 лет, а лучше – 100. Представили? Тяжело! А сердце работает именно так, поэтому неудивительно, что оно изнашивается. Вполне ожидаемо изнашиваются и сосуды, по которым все время под серьезным давлением течет кровь. Поэтому, конечно, потребность в лекарственных препаратах, которые имитировали бы эффекты симпатики и парасимпатики, колоссальна. Сотни миллионов людей во всем мире, а может быть, даже миллиарды, используют такие препараты практически ежедневно. Прежде всего – чтобы контролировать деятельность сердца, а также для управления работой бронхов, кишечника, половой системы и так далее. Человек, конечно, хитро устроенное существо, но не идеальное…

Вещества, влияющие на гомеостаз

Растения в ходе своей эволюции создали большое количество токсинов, влияющих на симпатические и парасимпатические синапсы. Растения вырабатывают их, чтобы «отбиваться» от травоядных животных, чтобы они их меньше ели, а лучше бы – вообще не ели. Проглотил один раз – отравился, запомнил, как этот цветочек или травка выглядят, и больше никогда не прикасаешься. Еще и детям-внукам не велишь.

Народная медицина такие «отравляющие» эффекты растений использует для лечения. Если, например, взять вещество, останавливающее сердце, и сильно его разбавить, можно получить препарат против гипертонии, который будет заставлять сердце просто работать немного слабее. Токсин, вызывающий судороги, тоже можно разбавить – и получить психостимулятор. На основе токсинов растений были созданы первые лекарства, с помощью которых можно регулировать гомеостаз и помогать нашему организму решать различные проблемы.

Вещества, которые функционируют как медиаторы в тех же синапсах, влияя на те же белки-рецепторы, называют агонистами. А те, которые работают «наперекор», то есть мешают медиаторам решать специфические задачи, – антагонистами.

Вот примеры некоторых из этих соединений.

Вещество мускарин (токсин мухомора) имитирует эффекты парасимпатической системы. Понятно, что большая доза мускарина остановит сердце. Даже само название «мухомор» говорит, что это вещество едва ли полезно для мух… да и для людей тоже.

Атропин – известный токсин пасленовых растений, таких как белена, белладонна, дурман. Атропин мешает работать ацетилхолину, это классический его антагонист. Он может вызвать такое мощное сердцебиение, что орган буквально выйдет из строя. Почему? Потому что на сердце сходятся симпатические и парасимпатические влияния. И если атропином выключить парасимпатику, то симпатические влияния резко усилятся. Баланс будет катастрофически нарушен, сердце начнет биться с частотой 150–200 ударов в минуту. В этом случае хорошего самочувствия точно не жди, да и до инфаркта недалеко. Атропин при закапывании в глаза сильно расширяет зрачки, что, наверное, видел каждый.

Никотин – вещество, тоже похожее на ацетилхолин. Но специфика нашего организма такова, что в основном влияет он на головной мозг. В последней главе мы еще вернемся к никотину и механизмам его действия.

Норадреналин и адреналин на уровне химической формулы очень похожи, отличие только в небольшой метильной группе. Норадреналин – медиатор симпатики, а еще – голубого пятна. Адреналин – главный гормон мозгового вещества надпочечников. При введении в качестве лекарственных препаратов они действуют примерно одинаково, вызывая симпатические эффекты. Вместе с тем адреналин, в отличие от норадреналина, расширяет коронарные сосуды (сосуды сердца), а это порой очень важно. Когда перед врачом стоит цель лечить гипертонию, нужны молекулы, мешающие адреналину и норадреналину, то есть их антагонисты. Из этих важнейших веществ (например, атенолола) изготовляют жизненно важные лекарства.

Используют в клинике и вещества, подобные норадреналину, – из них получаются кардиостимуляторы. Препараты с такими свойствами нужны для того, чтобы сердце билось активнее. А еще агонисты норадреналина и его рецепторов необходимы, чтобы расширять бронхи при астме, и с этой целью их выпускают в специальных баллончиках для ингаляции. Наконец, такие вещества требуются, чтобы сужать сосуды слизистой носовой полости при насморке. Известные многим нафтизин и галазолин весьма похожи на норадреналин: они помогают избавиться от реакции воспаления и тормозят выделение слизи.

С помощью лекарственных препаратов, влияющих на вегетативную нервную систему, мы помогаем нашему организму поддерживать гомеостаз, поскольку на уровне просто волевого усилия это не получается.

Не просто так взять и приказать: «Насморк, ну-ка прекратись! Нос, хватит генерировать сопли!» – а вот с помощью нафтизина можно…