Каким же образом передаются сигналы от рецепторов в центральную нервную систему? Существуют ли методы исследования, которые показали бы, что при раздражении воспринимающих приборов сигналы действительно передаются по нервным стволам, и центральная нервная система принимает их от кожи, мышц, внутренних органов и отвечает на них?

Способностью реагировать на возбуждение обладает каждая точка нерва. Слабый электрический ток, давление, действие какого-нибудь химического вещества вызывают раздражение нерва и распространение возбуждения. Но в обычных условиях импульсы никогда не возникают подобным образом. Возбуждение начинается, как правило, с нервных окончаний и по нервному стволу передается в центральную нервную систему.

Раздражение нервного ствола (скальпелем во время операции, лекарственными веществами при промывании глубокой раны, ударом и т. д.) вызывает острую боль, что указывает на возникновение в нем процесса возбуждения.

Во всех случаях прикосновение к нерву чрезвычайно болезненно. По существу обнаженный нерв это тоже рецептор, но измененный и своеобразный, резко отличающийся от обычного. На любое раздражение (легкое прикосновение, нагревание, охлаждение) он всегда отвечает одним лишь болевым ощущением.

Иногда импульс возникает в перерезанном нерве и вызывает ложные ощущения, но такие случаи имеют специальное значение и о них будет сказано в другом месте.

В течение многих лет нервные импульсы оставались загадкой, так как нельзя было обнаружить каких-либо видимых признаков продвижения их по нерву. Даже наблюдения под микроскопом не обнаруживают в нервном волокне заметных изменений. Поэтому физиологи думали раньше, что нервы являются пассивными проводниками, позволяющими возбуждению, возникшему при раздражении, передвигаться от одного конца нерва к другому.

Долгое время считалось, что нервные импульсы — это проходящий сквозь невидимые поры нерва поток особой жидкости, которую называли «животной силой» или «жизненным духом», и поведение которой считалось сходным с поведением воды, бегущей по трубам.

Шли годы. Под напором фактов и новых открытий все эти фантастические построения рассыпались как карточный домик. Начался новый период в истории физиологии.

Нервное волокно стали приравнивать к металлической проволоке, а нервный импульс — к электрическому току.

Однако и это оказалось неправильным, хотя каждый нервный импульс, как это доказано, сопровождается химическими и электрическими изменениями в нервных волокнах.

При помощи специальных электроизмерительных приборов физиологи показали, что электрические изменения в нерве, или, как их называют, токи действия, проносятся по нерву вслед за возбуждением с той же скоростью, как нервный импульс. Работы русских ученых В. Ю. Чаговца, А. Ф. Самойлова, Н. Е. Введенского, И. С. Бериташвили и других немало способствовали выяснению сущности и механизма электрических явлений, возникающих при нервном возбуждении.

В настоящее время мы имеем возможность зарегистрировать токи действия, возникающие в тканях, и тем самым доказать, что возбуждение движется по нерву с определенной скоростью и в определенном направлении. В течение 1 сек. оно пробегает у лягушки от 20 до 40, а у человека от 60 до 100 м. Для того чтобы показать существование токов действия, применяют специальные приборы, усиливающие эти токи во много раз.

При возбуждении одного нервного волокна в нем возникает ток напряжения в 0,0001— 0,0002 в. Естественно, что для того, чтобы уловить этот ток измерительным прибором, необходимо усилить его во много раз. Мощные усилители, построенные на электронных лампах, употребляются во всех физиологических лабораториях; им в значительной степени обязаны мы нашими знаниями о проведении возбуждения в нервном волокне и в нервном стволе. Мы научились регистрировать токи действия, возникающие не только в нервных волокнах, но и в коре головного мозга, в зрительных буграх, проводящих путях мозга и т. д. С этой целью также применяются мощные усилители и специальные записывающие приборы, называемые осциллографами.

 

 

Александр Филиппович Самойлов

 

С помощью всех этих сложных и чрезвычайно чувствительных аппаратов удается записать на фотографической пленке токи действия, возникающие в нервных волокнах при раздражении кожных рецепторов. Если надавить подошвенную подушечку задней конечности кошки металлической пластинкой, то в нерве, отходящем от кожи, сразу возникает поток импульсов, который можно увидеть при помощи специальных усилителей на экране осциллографа.

Это показывает, что рецепторы давления передают соответствующие сигналы в центральную нервную систему.

При каждом сигнале возникает слабый электрический ток, который через усилитель и осциллограф записывается в виде одиночного зубца.

Если слегка коснуться подошвенной подушечки кошки, то в нерве возникает быстрый, но кратковременный взрыв импульсов. Все это явление длится не более одной пятой секунды и тотчас же затухает. Следовательно, в этот раз мы записывали возбуждение рецепторов прикосновения.

Центральная нервная система получает от них непродолжительный, но вполне достаточный для восприятия сигнал.

Иначе обстоит дело при болевом раздражении. Если медленно втыкать острую иглу в подошвенную подушечку кошки, то в чувствительном нерве возникает ряд довольно беспорядочных, медленных импульсов. Эти импульсы отличаются от описанных своей силой и продолжительностью. По-видимому, для того чтобы в центральной нервной системе возникло ощущение боли, необходим «массивный» и длительный залп импульсов. Эта «массивность» позволяет ему проникнуть в такие отделы нервной системы, которые недоступны для короткого разряда.

Советский физиолог В. С. Русинов записывал с помощью осциллографа токи действия срединного нерва руки при различных воздействиях на кожу пальцев. Оказалось, что при спокойном положении руки по нерву в центральную нервную систему непрерывным потоком поступают быстрые и частые импульсы. Число их равно приблизительно 70–90 в 1 сек. Оно увеличивается до 200, если к указательному пальцу прикоснуться палочкой или головной булавкой. Иначе обстоит дело при болевых раздражениях, например уколе булавкой. В нерве возникают медленные электрические разряды, число которых не превышает 2–7 в 1 сек.

Химические и электрические изменения в нерве, возникающие при прохождении импульса, показывают, что нерв нельзя рассматривать как пассивный проводник, нечто вроде проволоки или кабеля, по которому распространяется «жизненная сила». Нервные волокна, как показали опыты на животных, активно участвуют в распространении импульса.

Английский электрофизиолог Герберт Гассер сравнивает электрические явления в нервах с тиканьем часов.

И то и другое является лишь внешним выражением каких-то внутренних механизмов. В основе электрических явлений лежат сложнейшие химические реакции, совершающиеся в клетках и волокнах.

По мере прохождения импульса вдоль нервного волокна в нем последовательно возникают электрические и химические изменения. При помощи очень тонких и чувствительных методов установлено, что при возбуждении в нерве значительно усиливается обмен веществ. Потребление кислорода возрастает на 20–30 %, увеличивается выделение углекислоты и аммиака и даже повышается температура, хотя и очень незначительно.

Исследования различных ученых, особенно Гассера и Эрлангера, показали, что проводимость нервных волокон неодинакова и зависит в значительной степени от их диаметра.

При изучении электрической активности смешанных нервных стволов было установлено, что существует три вида нервных волокон: 1) волокна типа А — толстые, диаметром в 16–20 мк, покрытые миелиновой оболочкой нервные проводники, передающие двигательные и чувствительные импульсы со скоростью 90—115 м/сек. По диаметру волокна группы А делятся на пять подгрупп (альфа, бета, гамма, дельта, ипсилон). При возбуждении этих волокон осциллограф отмечает серию быстрых электрических волн; 2) волокна типа В — более тонкие, покрытые тонким слоем миелина, они имеют 2–4 мк в диаметре и передают возбуждение со скоростью до 20 м/сек. Для них характерны медленные, вялые электрические волны; 3) волокна типа С, относящиеся к тонким безмиелиновым волокнам с еще более медленными электрическими потенциалами. Диаметр их равен 2 мк, а скорость проведения 0,6–2 м/сек.

Принято считать, что болевое ощущение передается в центральную нервную систему как по волокнам типа А, так и по волокнам типа С. По волокнам первой группы (так называемым дельта-ипсилон) возбуждение передается со скоростью до 20 м/сек, по волокнам второй группы — медленно, растянуто. Таким образом, чувство боли складывается из двух компонентов «быстрой» и «медленной» боли. Двойственный характер болевого ощущения описан многими исследователями. Нервная вспышка боли возникает мгновенно, вторая имеет довольно длительный скрытый период. Наиболее явственно такой характер боли выявляется при уколе пальца у основания ногтевого ложа.

Локализованное, точно очерченное, болевое раздражение передается по волокнам типа А. Расплывчатое (диффузное) болевое раздражение поступает в нервную систему но тонким волокнам типа С. Благодаря отсутствию оболочки эти волокна легко поддаются выключению при обезболивании новокаином, в то время как волокна типа А, передающие прикосновение, температурные раздражения и частично болевые импульсы, и волокна типа В продолжают сохранять свою чувствительность.

Следует, однако, оговориться, что представление о «двойной», «отсроченной» боли далеко не является общепринятым. Многие видные физиологи считают, что боль едина в своем проявлении.

 

Гуморальная регуляция

 

Каждый организм, безразлично одноклеточный или многоклеточный, является единым целым. Все его органы тесно связаны друг с другом и управляются общим, точным ж слаженным механизмом. Чем выше развит организм, тем сложнее и тоньше устроена, тем большее значение имеет для него нервная система. Но в организме существует и так называемая гуморальная регуляция и координация работы отдельных органов и физиологических систем, Она осуществляется при помощи особых высокоактивных химических веществ, накопляющихся в крови и тканях в процессе жизнедеятельности организма.

Клетки, ткани, органы выделяют в окружающую тканевую жидкость продукты своего обмена. Во многих случаях — это простейшие химические соединения, конечные продукты многоступенчатых внутренних превращений, протекающих в живой материи. Образно выражаясь, это «отходы производства». Но нередко такие отходы обладают необычайной активностью и способны вызвать цепь новых физиологических процессов, образование новых химических соединений и специфических веществ.

К числу более сложных продуктов обмена веществ относятся гормоны, выделяемые в кровь железами внутренней секреции — надпочечниками, гипофизом, щитовидной железой, половыми железами и т. д., и медиаторы — особые вещества, участвующие в передаче нервного возбуждения.

Гормоны являются продуктами обмена веществ желез внутренней секреции. Учение о гормонах представляет одну из наиболее важных и сложных глав физиологии и медицины. Вытяжки из желез внутренней секреции, а также химически чистые препараты гормонов, искусственно полученные в лаборатории, применяются при лечении различных заболеваний. В любой аптеке можно приобрести очищенные, красиво упакованные гормональные препараты.

Но в живом организме клетки желез выбрасывают в кровь не химически чистый гормон, а комплексы веществ, содержащие сложные продукты обмена, тесно связанные с гормонами и усиливающие или ослабляющие их действие. Все эти вещества имеют немаловажное значение для регуляции и координации функций организма. Поступая в кровь, лимфу, тканевую жидкость, они участвуют в так называемой гуморальной регуляции физиологических процессов, осуществляемой через жидкие среды организма.

Гуморальная регуляция тесно связана с нервной и образует совместно с ней единый нервно-гуморальный механизм регуляторных приспособлений организма. Нервные и гуморальные факторы столь тесно переплетаются друг с другом, что всякое противопоставление их совершенно недопустимо, как и недопустимо расчленение процессов регуляции в организме на регуляцию ионную, вегетативную, анимальную и т. д. Все эти виды регуляции настолько тесно связаны друг с другом, что нарушение одного из них, как правило, нарушает все другие.

На ранних этапах эволюции, когда нервная система отсутствует, взаимосвязь между отдельными клетками и даже органами осуществляется гуморальным путем. Но по мере развития нервной системы, по мере ее совершенствования на высших ступенях физиологического развития гуморальная система все больше и больше подчиняется нервному аппарату. Образующиеся под влиянием нервных импульсов разнообразные продукты обмена веществ (так называемые метаболиты) в свою очередь могут действовать как раздражители на окончания чувствительных нервов и способны вызвать рефлекторным путем определенные физиологические, а иногда и патологические процессы.

Влияние нервной системы на химические превращения в органах и на образование биологически активных веществ доказано большим числом работ советских физиологов, но далеко не всегда учитывается влияние, которое оказывают химические соединения, образующиеся в организме, на состояние нервной системы. Нельзя забывать, что деятельность нервной системы зависит от кровоснабжения и обмена веществ в самих нервных клетках и нервных волокнах, от химического состава и физико-химических свойств окружающей их тканевой жидкости. Здесь имеет место теснейшая взаимная связь, взаимная обусловленность жизненных явлений.

 

Медиаторы

 

Симпатины. Ацетилхолин

Мысль о том, что передача возбуждения с нервного окончания на клетки органов осуществляется при помощи каких-то химических веществ возникла уже давно. Но доказано это было только в 20-х годах нашего столетия. Вещества, образующиеся при возбуждении, получили название медиаторов, или передатчиков нервного возбуждения.

Они образуются в окончаниях нервов в тот момент, когда нервный импульс приходит в рабочий орган, например, в мышцу или железистую клетку.

Для того чтобы понять, как действуют медиаторы, предпримем небольшую экскурсию в физиологическую лабораторию и проделаем несколько простых, но очень показательных опытов. Проще всего использовать с этой целью лягушку. Не случайно ряд законов жизнедеятельности организма был изучен именно на этом неприхотливом и очень удобном для эксперимента животном. Сердце лягушки можно изучать в течение нескольких суток, питая его вместо крови раствором солей, так называемой жидкостью Рингера. Существует ряд простых способов, позволяющих наблюдать деятельность лягушечьего сердца, при искусственном промывании его жидкостью Рингера.

Эту жидкость после того, как она прошла через сердце, можно собрать в стаканчик и пропустить через сердце другой лягушки.

Напомним, что сердцем управляют два нерва: один, замедляющий его деятельность, — блуждающий нерв, другой, усиливающий и ускоряющий его, — симпатический.

При раздражении блуждающего нерва слабым электрическим током сокращения сердца становятся более слабыми и медленными, в то время как раздражение симпатического нерва усиливает их и учащает.

Теперь после этих предварительных замечаний перейдем к опыту. Начнем с раздражения блуждающего нерва.

Мы сразу заметим, что сердце стало сокращаться медленно, что сила отдельных сокращений уменьшилась. Все это хорошо известно и было открыто много лет назад. Но имеется и кое-что новое в этом опыте. Если жидкостью Рингера, оттекающей от такого сердца, подействовать на свежее сердце другой лягушки, оно тоже начнет медленнее и слабее сокращаться. По-видимому, в жидкости появились какие-то химические вещества, которые подавляют деятельность сердца.

Изменим условия опыта. Будем раздражать симпатический нерв. Сердце ускорит и усилит свою работу, а свежее сердце, на которое мы подействуем жидкостью, оттекающей от первого сердца, тоже начнет сильнее и быстрее сокращаться.

Таким образом, медиаторы, образовавшиеся в нервных окончаниях, передают возбуждение с нерва на рабочий орган. Поэтому они и называются передатчиками нервного возбуждения.

В настоящее время установлено, что вещества, накопляющиеся в физиологическом растворе поваренной соли или в жидкости Рингера при раздражении блуждающего нерва, близки к ацетилхолину, а вещества, образующиеся при раздражении симпатического нерва, — к адреналину.

Однако надо думать, что в регуляции физиологических процессов наряду с ацетилхолином и адреналином принимает участие целый ряд различных химических соединений, связанных с белками и липоидами крови.

Ацетилхолин — медиатор парасимпатической системы, образующийся из холина и уксусной кислоты. В этом процессе участвует синтезирующий фермент — холинацетилаза, активность которого в тканях изменяется под влиянием условий среды и тканевого обмена. Ацетилхолин очень нестоек и срок его существования крайне ограничен. Выполнив свою задачу, ацетилхолин, образовавшийся в нервных окончаниях, мгновенно расщепляется под влиянием фермента холинэстеразы. Ацетилхолин приспособлен для выполнения определенных ограниченных задач в отдельных органах, и избыточное накопление его может вызвать тяжелые болезненные изменения во всем организме.

Иначе обстоит дело с медиаторами симпатического ряда, так называемыми симпатинами. Можно считать установленным, что симпатические реакции в организме протекают при участии адреналина и различных продуктов его превращения. Еще в 1933 г. бельгийский ученый Бакк высказал предположение, что симпатии в одних случаях является адреналином, в других его деметилорованной формой — норадреналином. Советский биохимик А. М. Утевский приходит к выводу, что симпатины представляют сложную систему адреналина, норадреналина и промежуточных продуктов их обмена. Образование симпатинов и их физиологическая активность связаны с окислительно-восстановительными реакциями в тканевом обмене адреналина.

 

Гистамин

Одним из наиболее важных биологически активных веществ, образующихся в организме, является гистамин.

Химическое строение его хорошо изучено, хотя, по-видимому, в организме встречаются и другие, близкие к нему по составу гистаминоподобные вещества. В какой-то степени гистамин является медиатором. Но действие его значительно сложнее и шире, чем передача нервного возбуждения.

Гистамин содержится в спорынье (маточных рожках), из которой его получают для научных и фармакологических целей.

Интерес к гистамину необычайно возрос с тех пор как его удалось выделить почти из всех органов человека и животных. Он постоянно содержится в крови, но количество его не превышает 0,05—0,06 мг/л. Зато из 1 кг бычьего легкого удается извлечь 30 мг, а из 1 кг печени —2,5 мг гистамина. Некоторые авторы утверждают, что 1 кг легких взрослого человека содержит до 70 мг гистамина, а 1 кг кожи человека — 30 мг. Много гистамина в селезенке кролика, в сердце коровы, в нервах человека и животных. Но этот гистамин неактивен. Он связан белками и не в состоянии проявить свое действие пока не освободится из связанной формы. Именно освобождение гистамина играет важнейшую роль в возникновении многих болезненных состояний.

Гистамин образуется в организме из аминокислоты — гистидина. Как известно, из сложного сочетания аминокислот образуются все известные нам белки, в том числе белки человеческого тела.

Под влиянием фермента гистидин-декарбоксилазы аминокислота гистидин превращается в гистамин. Чем активнее фермент, тем интенсивнее он образует гистамин, тем большие количества этого продукта поступают в кровь и ткани. По мере образования гистамин связывается тканями, превращаясь в неактивную форму, либо разрушается ферментом окислителем, известным под названием диаминоксидазы или гистаминазы.

Образование гистамина происходит во многих органах и тканях, например в печени, почках, поджелудочной железе, но особенно интенсивно — в кишечнике, где оно осуществляется при весьма деятельном участии кишечных бактерий.

Небольшое количество гистамина поступает в организм с пищей — молоком, мясом, некоторыми овощами (шпинатом, помидорами и др.).

Хотя свободного гистамина в организме сравнительно немного, действие его необычайно многообразно и охватывает самые различные физиологические процессы и функции. Под влиянием гистамина повышается проницаемость сосудистых стенок, расширяются кровеносные капилляры, суживаются артерии, снижается кровяное давление, усиливается слезотечение, уменьшается выделение мочи.

В нормальном здоровом организме гистамин участвует во многих физиологических процессах, регулируя деятельность органов, стимулируя их в одних случаях и ослабляя в других. Как неотъемлемая составная часть входит он в комплекс биологически активных веществ, циркулирующих в крови или находящихся в тканях. Без участия гистамина не может осуществляться гуморальная регуляция функций.

Гистамин является одним из сильнейших возбудителей желудочной секреции. В клинике внутренних болезней широко применяется гистаминовая проба, которая позволяет решить вопрос о состоянии желез желудка. Если после введения гистамина в кровь желудочный сок не выделяется, значит слизистая желудка атрофирована и железы ее либо вовсе отсутствуют, либо потеряли способность вырабатывать соляную кислоту и переваривающие пищу ферменты. Это позволяет врачу отличить органические изменения в желудке от функциональных.

При подкожной инъекции гистамина резко повышается функция мозгового слоя — надпочечника. Гормон этой железы — адреналин поступает при этом в кровь и вызывает целый ряд характерных явлений. При некоторых опухолях надпочечника — феохромоцитомах — больному вводят под кожу небольшое количество гистамина и, если действительно имеется феохромоцитома, она начинает выбрасывать в кровь свои запасы адреналина, что позволяет безошибочно поставить диагноз этого заболевания.

Каждому из нас приходилось встречать людей особо чувствительных к некоторым обычным, ничем не примечательным воздействиям на организм. Одни из них не выносили запаха хвои, другие — свежего сена, третьи — масляной краски. Сколько раз мы слышим, что один из наших знакомых не переносит творога, земляники, раков и т. д. Стоит им только поесть блюдо, изготовленное из «неугодных» организму продуктов, как кожа у них покрывается сыпью или волдырями, возникает мучительный зуд, отекают отдельные участки тела (лицо, глазницы, кисти рук), а иногда начинаются приступы какого-то странного беспокойства, крапивницы, мигрени, насморка, бронхиальной астмы, лихорадки. Все эти состояния — разнообразные проявления аллергии, в той или иной степени связанные с нарушениями гистаминового обмена.

Под влиянием сложных и многообразных процессов, совершающихся в организме, вызванных некоторыми воздействиями из окружающего нас мира, например охлаждением, перегреванием, ожогом, солнечными лучами, гистамин начинает стремительно освобождаться из связанной формы. Переполненные гистамином тканевые депо, эти «склады», насыщенные неактивным, связанным гистамином, начинают опорожняться. В кровь поступает свободный и весьма агрессивный гистамин. Он повышает проницаемость сосудов, расширяет капилляры, снижает давление крови, усиливает секрецию желудочного сока… Опорожнившиеся гистаминовые депо быстро заполняются вновь образовавшимся гистамином, который может легко освободиться и перейти в кровь. Этому «гистаминовому наводнению» организм противопоставляет мощную систему обороны. Но в некоторых случаях поступление превышает разрушение, и тогда-то возникает многообразное и многоликое болезненное состояние, которое врачи называют аллергическим.

Нельзя, разумеется, ставить знак равенства между аллергией и гистамином. Проявления аллергии не сводятся к действию одного только гистамина, к гистаминовому отравлению. Но, как правило, без участия гистамина не возникает аллергических явлений.

Фармакологическая промышленность наших дней выпускает свыше 300 препаратов противогистаминного действия. При введении в организм они препятствуют проявлению его токсических свойств. Это очень легко доказать в лабораторном опыте.

Если морской свинке ввести димедрол и после него четырехкратную (смертельную дозу гистамина, свинка останется в живых.

В разных странах Европы и Америки выпускают противогистаминные препараты. В СССР это димедрол, диазолин, за границей антерган, супрастин, пипольфен, антистин и др. Механизм их действия сложен и не всегда ясен.

В основном противогистамины блокируют чувствительные к гистамину тканевые элементы. Они как бы закрывают цель, в которую бьет пуля гистамина. Разные препараты действуют по-разному. Одни из них подавляют ферменты, образующие гистамин из гистидина, другие же активируют разрушение гистамина, третьи препятствуют выходу связанного гистамина «на свободу». В определенной степени все противогистамины влияют на центральную и периферическую нервную систему. Положив таблетку димедрола на язык, мы чувствуем легкую анэстезию, а проглотив ее засыпаем глубоким сном, как от сильно действующего снотворного.

Противогистамины получили огромное значение в связи с проблемой лучевой болезни. Работами многих ученых доказано, что под влиянием ионизирующей радиации (в том числе и космических лучей) в крови и тканях резко нарастает количество гистамина. А там, где имеется гистамин, нужны противогистамины. Выбор препарата в каждом отдельном случае зависит от характера заболевания, от наличия препарата в продаже, а в известной степени от опыта врача и индивидуальных особенностей больного.

Появление противогистаминных препаратов на фармакологическом рынке сыграло огромную роль в лечении целого ряда заболеваний. Однако последние годы принесли неожиданное открытие. Стало известно, что организм вырабатывает собственные, естественные противогистамины. Тонкими лабораторными исследованиями удалось показать, что кровь здорового человека способна нейтрализовать, обезвредить добавленный к ней гистамин. Открытие это принадлежит французскому ученому Парро, который дал описанному им явлению название гистаминопексии, а самый эффект обезвреживания гистамина назвал гистаминопектическим.

В нашей лаборатории И. Л. Вайсфельд подробно изучила гистаминопектический эффект при различных заболеваниях. В настоящее время хорошо известно, что при некоторых заболеваниях (аллергических, нервных,) сыворотка крови теряет способность нейтрализовать добавленный к ней гистамин.

Отсюда был сделан весьма важный вывод. В крови может быть очень немного гистамина (меньше нормы), но из-за отсутствия гистаминопектического эффекта он отличается особой активностью и даже в самых незначительных количествах способен вызвать тяжелые аллергические явления.

* * *

Медиаторы обладают одним удивительным свойством. Они действуют в необычно малых количествах, иногда в разведении 1:100–200 млн. В этом отношении особенно любопытно проследить действие ацетилхолина.

Возьмем обычную медицинскую пиявку и вырежем у нее из спины кусочек мышцы. Если погрузить этот кусочек в раствор ацетилхолина в разведении 1:200 млн., мышца пиявки начнет быстро сокращаться. Она отвечает на незначительное количество ацетилхолина, содержащееся в жидкости Рингера, в крови, в вытяжках из тканей.

Несколько тысячных долей 1 мг гистамина укорачивает отрезок кишки морской свинки, а сердце лягушки начинает вдвое быстрее и чаще сокращаться под влиянием ничтожных количеств адреналина.

Какое же значение имеют медиаторы для передачи нервного импульса? Этому вопросу посвящено бесчисленное количество экспериментальных работ, выполненных во всех лабораториях мира. Еще в 1925 г. казанский физиолог А. Ф. Самойлов высказал предположение, что нервы передают возбуждение на мышцу посредством медиаторов. То, что казалось 25 лет лишь мало обоснованным предположением, сегодня излагается во всех учебниках физиологии как установленный факт. Мало того, в дальнейшем удалось показать, что нервные стволы не являются пассивными проводниками импульсов. При возбуждении они выделяют специфические активные вещества, имеющие большое значение для передачи возбуждения.

Нервные импульсы, возникшие в кожном рецепторе, стремительно проникают через задние корешки в спинной мозг, в зрительные бугры и в кору головного мозга. Возбуждение одних клеток вызывает в свою очередь возбуждение других, третьих и т. д. Возбужденная нервная клетка выделяет специфические продукты обмена веществ (ацетилхолин, симпатии), которые через соответствующие синапсы, действуя на соседние клетки, в свою очередь вызывают в них возбуждение, а иногда и торможение. Таким образом, возникает длинная цепь, по которой нервный процесс передается от клетки к клетке, с нервного окончания на эффектор и т. д. А использованный медиатор разрушается и становится неактивным.

Нервные окончания (химиорецепторы) сразу реагируют на изменение химического состава окружающей их среды. В них возникает процесс возбуждения, и залпы импульсов начинают поступать по чувствительным нервным волокнам в спинной мозг, зрительные бугры, в клетки больших полушарий головного мозга.

 

Мозговой барьер

 

Одновременно, наряду с «телеграфной» передачей по нервам от рецепторов, идут более медленные «письменные» донесения через кровь об опасности, о раздражении, о повреждении. Медиаторы накопляются в центральной нервной системе. Через особую защитную систему головного и спинного мозга, так называемый гемато-энцефалический (крове-мозговой) барьер, проникают они в кровь и мозг.

Еще в конце прошлого столетия знаменитый немецкий микробиолог Эрлих указал, что некоторые краски не проникают из крови в нервную ткань. В настоящее время хорошо известно, что не все вещества, введенные в кровь извне или накопившиеся в ней в процессе обмена веществ, попадают в центральную нервную систему. Установлено, что одни вещества свободно проходят через гематонэнцефалический барьер, другие задерживаются им, третьи проникают в минимальных количествах и могут быть открыты только при помощи очень тонких методов исследования.

Одним из основоположников современного представления о гемато-энцефалическом барьере является академик Лина Соломоновна Штерн, более 50 лет разрабатывающая эту проблему, сначала в Швейцарии, а затем в Советском Союзе.

Для того чтобы показать существование барьера ставят такой опыт. Белому кролику вводят в вену 20–25 мл 1 %-ного раствора синей краски, так называемой трипановой сини. Через несколько минут все тело кролика синеет. Синими становятся нос, уши, глаза, губы, лапки. Если постричь шерсть, то видно, что вся кожа кролика окрасилась в синий цвет, а если такого кролика убить и подвергнуть анатомическому обследованию, то окажется, что краска проникла во все его органы — в мышцы, печень, почки, кишки, легкие и т. д. Не попала она только в мозг кролика. Как бы тщательно мы не обследовали белый, оставшийся неокрашенным, мозг такого кролика, ни одной крупинки краски мы в нем не найдем: краска в мозг не проникла. На своем пути она встретила какую-то преграду, какое-то препятствие, которое помешало ей попасть в нервные клетки и спинномозговую жидкость.

Этим препятствием и является гемато-энцефалический барьер — тонкий физиологический механизм, охраняющий нервную систему изнутри со стороны крови точно так же, как от всяких внешних воздействий она защищена прочным костным скелетом, точнее черепом и позвоночным столбом.

 

 

Лина Соломоновна Штерн

 

Исследования последних лет как в СССР, так и за рубежом показали, что гемато-энцефалический барьер имеет огромное значение для всей жизнедеятельности головного и спинного мозга, так как незначительные изменения химического состава и биологических свойств спинно-мозговой жидкости оказывают подчас огромное влияние на состояние нервных клеток.

Значение барьера чрезвычайно велико. Он как бы оберегает мозг человека и животных от всяких случайностей, создает для нервных клеток постоянные и неизменяющиеся условия, не пропускает в центральную нервную систему различные яды, которые могут оказаться для нее смертельными. Такие яды нередко образуются в организме при целом ряде заболеваний или случайно попадают в кровь, например при отравлениях. Если бы в организме не было гемато-энцефалического барьера, центральная нервная система зависела бы от всяких случайностей и неожиданностей. Из сложного комплекса защитных сил организма выпало бы важнейшее звено. Ядовитые продукты, образовавшиеся в процессе обмена и почему-либо не обезвреженные организмом, беспрепятственно проникали бы в мозг и отравляли его клетки. Центральная нервная система была бы легко доступна для бактерий и их токсинов, а также и для всяких других чужеродных веществ, случайно попавших в организм.

Точная и бесперебойная работа головного мозга, высшая нервная деятельность, состояние здоровья, возникновение болезни в значительной степени зависят от проницаемости барьера. Многие заболевания мозга (сифилис мозга, прогрессивный паралич, столбняк, воспалительные изменения мозговых оболочек и многие другие) не поддаются лечению, так как введенные в кровь лекарственные вещества обычно задерживаются барьером.

Конечно, наивно было бы думать, что гемато-энцефалический барьер является абсолютной преградой, как бы плотной дверью, закрывающей вход в центральную нервную систему. Непроницаемость его относительная и зависит в значительной степени от количества и концентрации находящихся в крови веществ, от состояния организма, от внешних воздействий и ряда других причин, обусловленных раздражениями, поступающими из внешней или внутренней среды.

Способность барьера избирательно пропускать в центральную нервную систему одни вещества и задерживать другие, совершенно поразительная его приспособляемость к потребностям нервных клеток, тончайшее регулирование состава и свойств внутренней среды мозга — все это важно не только для мозга, но и для всего организма в целом. Состояние барьера, его повышенная или пониженная проницаемость, его способность регулировать питание мозга, состав спинномозговой жидкости, приток и отток тканевой жидкости находятся под постоянным контролем центральной нервной системы. Тканевые элементы, образующие гемато-энцефалический барьер (в основном стенки мозговых капилляров), снабжены огромным количеством рецепторов. Эти рецепторы, относящиеся преимущественно к химию- и осморецепторам, при изменении химического состава, физико-химических и биологических свойств омывающей их жидкости — крови и спинно-мозговой жидкости — посылают соответствующие сигналы в центральную нервную систему. При этом по принципу рефлекторной связи возникает обратный поток импульсов, который регулирует проницаемость барьера и тем самым способствует сохранению или изменению состава тканевой жидкости, окружающей нервные клетки и волокна.

При некоторых физиологических и патологических состояниях, сопровождающихся нарушением гемато-энцефалического барьера, в спинно-мозговой жидкости накопляется значительное количество различных химических веществ, влияющих на состояние мозга. В свою очередь, возбужденные или заторможенные клетки центральной нервной системы выделяют в окружающую тканевую жидкость все новые и новые порции продуктов своего обмена веществ (частично типа ацетилхолина, адреналина, симпатинов). Это способствует в одних случаях распространению возбуждения по всей нервной системе или по определенным ее отделам, в других случаях ее торможению.

Однако, накопляясь в центральной нервной системе, биологически активные вещества изменяют свое действие.

Тироксин, симпатины и различные так называемые симпатикотропные вещества уже не вызывают характерных симпатических реакций, описанных выше. Действие их приближается к парасимпатическому, т. е. напоминает эффект, наблюдаемый при раздражении блуждающего нерва. В то же время ацетилхолин, гистамин и другие парасимпатикотропные вещества, проникая в мозг, действуют как возбудители симпатического отдела вегетативной нервной системы.

Работы многих авторов, в том числе и наши, показали, что проницаемость гемато-энцефалического барьера неодинакова в различных отделах мозга. Некоторые вещества, введенные в кровь, могут быть обнаружены в разных количествах в коре мозга, мозжечке, подкорковых образованиях и т. д. Особый интерес представляет адреналин, который у здорового, нормального человека проникает только в определенные участки ретикулярной формации.

Возбуждая так называемые адренергические клетки этого отдела нервной системы, он вызывает характерный симпатический эффект. Но в тех случаях, когда при нарушении проницаемости барьера, вызванном теми или другими причинами, адреналин, как бы прорвав плотину, наводняет другие отделы мозга, действие его приобретает противоположный — парасимпатический характер.

Еще И. М. Сеченов отметил, что нервные центры и нервные стволы реагируют различно, иногда противоположно, на действие одних и тех же химических веществ.

Своеобразную реакцию нервных центров на химические раздражения подробно изучили и описали Л. С. Штерн и ее сотрудники (Г. Н. Кассиль, Я. А. Росин, Г. Я. Хволес и др.). В последние годы появился ряд работ как у нас, так и за рубежом, подтверждающих существование противоположной реакции между центральными и периферическими элементами нервного аппарата.

Если бы симпатикотропные вещества, накопляясь иногда в крови в очень больших количествах, непрерывно возбуждали симпатические нервные центры, это привело бы к сильнейшему перевозбуждению всего симпатического отдела вегетативной нервной системы и к нарушению регуляции функций. Точно так же ацетилхолин и другие парасимпатикотропные вещества, проникая из крови в мозг, вызывали бы сильнейшее перевозбуждение парасимпатической нервной системы. На самом же деле все эти необычайно активные вещества (гормоны, медиаторы, ионы), проникая в мозг, способны вызвать противоположный эффект и тем самым восстановить нарушенное равновесие.

Центральные нервные аппараты вмешиваются в физиологические процессы не только рефлекторным путем, но и получив соответствующие сигналы через жидкие среды организма.

На этом примере можно еще раз убедиться, что все жизненные процессы в организме регулируются единым сложным многоступенчатым механизмом. Этот механизм состоит из различных звеньев — нервного, гуморального, гормонального, ионного и т. д. Но нервная регуляция является основной, ведущей, а все другие виды регуляции — подчиненными.

 

Химические передатчики боли

 

Вопрос о химических передатчиках боли еще далеко не может считаться решенным. Неоднократно высказывалось предположение, что в основе болевого ощущения лежит накопление в тканях специфических химических соединений, раздражающих нервные окончания.

Известный советский биохимик С. Д. Балаховский считает, что в результате травмы или других причин в клетках возникает комплекс химических или физико-химических процессов, который он называет «предварительной фазой болевого явления». Это приводит к освобождению и появлению в тканях каких-то веществ, в обычных условиях связанных с белками и потому неактивных. Освобождаясь от связанного состояния и поступая в тканевую жидкость, вещества подобного рода становятся физиологически активными и способны вызвать возбуждение в соответствующих рецепторах. Процесс возбуждения передается от рецепторов по нервным волокнам в нервные центры, где и воспринимается и «переживается» как боль.

Медленное возникновение болевого чувства, о котором уже говорилось выше, именно и объясняется наличием «болетворных» веществ, для образования которых требуется какой-то промежуток времени.

Веществом, вызывающим боль, является, по мнению многих исследователей (С. Д. Балаховского, Н. И. Гращенкова, X. С. Коштоянца, Люиса, Розенталя и др.) гистамин.

Можно привести немало экспериментальных данных, подтверждающих участие гистамина в возникновении боли. Значительные количества свободного гистамина удается обнаружить в коже при травме, нарушении целости кожного покрова, при ожогах и т. д. Содержание гистамина в крови, как показали многочисленные исследования, в том числе и наши, резко повышается при болях, например при невралгиях, мигрени и т. д.

Для успокоения боли были предложены некоторые противогистаминные препараты. Механизм их действия хорошо понятен. Если боль возникает вследствие появления свободного гистамина или увеличения концентрации ацетилхолина, то вещества, нейтрализующие гистамин и ацетилхолин, должны снять чувство боли. И, действительно, в ряде случаев боль ослабевает под влиянием противогистаминов.

Установлено, что можно снизить повышенную болевую чувствительность в зонах Гэда (см. стр. 166), если инъицировать в них противогистаминные препараты. Это свидетельствует о том, что и происхождение зон Гэда в какой-то степени связано с накоплением гистамина. Однако надо думать, что здесь мы имеем дело с некоторым упрощением проблемы. Немецкий фармаколог Флекенштейн показал, что, помимо гистамина, существует немало веществ, которые при введении их в толщу кожи вызывают острую боль. Так, например, формальдегид, монохлорацетон, монобромацетон, хлористый калий, эфиры монобромуксусной и монойодуксусной кислот, бромциан, акролеин, аллилгорчичная кислота при введении их даже в очень больших разведениях (1:400 000) могут вызвать совершенно нестерпимое болевое ощущение.

Все эти вещества обладают способностью подавлять окислительные процессы в эпителиальных клетках. Непосредственной причиной болевого ощущения является почти полное прекращение тканевого дыхания в коже, подвергшейся действию указанных веществ. В то же время химические соединения, подавляющие гликолиз, т. е. анаэробное образование молочной кислоты (как, например, натриевые соли тех же монобромуксусной и монойодуксусной кислот), но не влияющие непосредственно на тканевое дыхание, даже при введении их в разведениях 1: 1000 не вызывают боли.

Флекенштейн считает, что возникновение боли тесно связано с подавлением процессов усвоения (ассимиляции) и преобладанием процессов распада (диссимиляции). Все, что повышает распад (застой крови, недостаточное снабжение тканей кровью, механические воздействия, тепло), усиливают боль. Все, что снижает потребность тканей в кислороде (покой, холод, усиление кровотока), уменьшает боль.

В дальнейшем было показано, что при нанесении на обнаженный сосочковый слой кожи болевое ощущение могут вызвать ацетилхолин, гистамин, гипер- и гипотонические растворы хлористого натрия, хлористый калий, растворы соляной и молочной кислот, креатинин, триптофан и др.

Как ни странно, до сих пор очень мало учитывалось существование зависимости между дыханием тканей и болевым ощущением, хотя хорошо известно, что сильнейшие боли возникают при закупорке сосудов, при резком малокровии тканей, вызванном спазмом артерий, при сужениях венечных сосудов сердца, при мышечных болях, обусловленных уменьшением кровоснабжения мышц, т. е. во всех случаях, когда нарушается доставка кислорода тканями и тем самым угнетается тканевое дыхание. Профессор В. Ф. Чиж свыше 50 лет назад говорил, что «боль есть первая реакция по отношению к ядам, отнимающим кислород». Он считал, что нервные клетки отвечают болевой реакцией на кислородное голодание.

Интересное соображение в одной из своих последних работ высказал С. Д. Балаховский. По его мнению, гистамин может вызвать нарушение окислительных процессов в тканях. Как и многие другие из перечисленных выше веществ, гистамин угнетает некоторые окислительные ферменты типа дегидраз и благодаря этому нарушает тканевое дыхание. Следовательно, участие гистамина в возникновении болевого ощущения не прямое, а косвенное, осуществляемое через сложную систему тканевых окислительных ферментов. Анализ болевых ощущений показывает, что боль вызывает в основном нарушение или поражение ткани гладкой, сердечной и скелетной мускулатуры. Мы уже указывали, что боль, возникающая при недостаточном кровоснабжении мышечной ткани, и, следовательно, значительно сниженном потреблении кислорода, связана с накоплением болевого фактора, описанного Льюисом под названием фактора Р.

Тонкими электрофизиологическими исследованиями установлено, что при недостатке кислорода нервные волокна начинают посылать в центральную нервную систему беспорядочные импульсы, сходные с импульсами при сильных болевых раздражениях. Недостаток кислорода, вызванный самыми различными причинами, в частности нарушением целости тканей, приводит к накоплению в тканях разнообразных продуктов патологического обмена веществ, в том числе органических кислот. Состав тканевой жидкости изменяется, отмечается сдвиг рН как в кислую, так и в щелочную сторону, что неизбежно приводит к возникновению сосудистой реакции. Просвет мелких сосудов и капилляров в одних случаях расширяется, в других — суживается. Это способствует дальнейшему нарушению снабжения тканей кислородом и возникновению чувства боли.

Продукты нарушенного обмена оказывают в свою очередь непосредственное влияние на тонус сосудов, изменяют их проницаемость. Совершенно естественно, что при этом происходит усиленное освобождение из связанных форм гистамина и ацетилхолина. Можно думать, что ферменты — гистаминаза и холинэстераза — становятся менее активными, что также способствует накоплению медиаторов в тканях. Вследствие измененной проницаемости сосудов в тканевую жидкость начинают поступать в значительном количестве различные электролиты — натрий, калий, кальций, изменяется их нормальное взаимоотношение. Тканевое дыхание все больше и больше подавляется и нарушается. Болевое ощущение, возникшее вследствие нарушения целости тканей, усиливается.

Таким образом, накопление гистамина и ацетилхолина в поврежденной, подвергшейся определенному разрушающему воздействию ткани представляет в возникновении боли явление вторичное, усиливающее, сохраняющее и поддерживающее болевое ощущение. В сложном и многообразном процессе, вызывающем боль, гистамин и ацетилхолин принимают определенное участие, но ни в коем случае их нельзя считать единственными передатчиками боли. В основе местного болевого ощущения лежит, по-видимому, подавление тканевого дыхания, связанное с нарушением тканевого обмена. При этом могут накопиться различные недоокисленные и не расщепившиеся продукты, в том числе, как показали наши исследования, адреналиноподобные вещества, влияющие на просвет сосудов.

Спазм сосудов, как указывалось выше, вызванный этими веществами, тоже способствует развитию боли. Поэтому очень трудно сказать в каждом отдельном случае, какими веществами вызвано чувство боли. В одних случаях они зависят от преимущественного накопления гистамина, и тогда помогают противогистаминные препараты; в других — от накопления адреналина и, особенно, норадреналина, тогда на помощь приходят так называемые симпатолитические вещества типа эрготамина. Врач должен уметь выявить причину боли у данного больного, отдифференцировать факторы, вызывающие боль (первичные) от факторов компенсации (вторичных) и помочь страдающему человеку в преодолении болевого ощущения.