Физиология

Работа мышцы, при которой происходит перемещение груза и движение костей в суставах, называется динамической. Работа мышцы, при которой мышечные волокна развивают напряжение, но почти не укора­чиваются (это происходит, когда мышца сокращается в изометрическом режиме), на­зывается статической. Примером является работа по удержанию груза. Статическая работа более утомительна, чем динамиче­ская. Работа может совершаться и в услови­ях удлинения мышцы (опускание груза), тогда она называется уступающей работой. Следует подчеркнуть, что утомление изолированной скелетной мышцы при ее прямом раздражении является лабораторным феноменом. В естественных условиях утомление двигательного аппарата при дли­тельной работе развивается более сложно и зависит от большого числа факторов. Обу­словлено это, во-первых, тем, что в организме мышца непрерывно снабжается кровью и, следовательно, получает с ней определенное количество питательных веществ (глюкоза, аминокислоты) и освобождается от продук­тов обмена, нарушающих нормальную жизнедеятельность мышечных волокон. Во-вторых, в целом организме утомление зависит не только от процессов в мышце, но и от процессов, развивающихся в нервной системе, участвующих в управлении двигательной деятельностью. Так, например, утомление сопровождается дискоординацией движений, возбуждением многих мышц, которые не участвуют в совершении работы. И. М. Сеченов (1903) показал, что восстановление работоспособности утомленных мышц руки человека после длительной работы по подъему груза ускоряется, если в период отдыха производить работу другой рукой. Временное восстановление работоспо­собности мышц утомленной руки может быть достигнуто и при других видах двигатель­ной активности, например при работе мышц нижних конечностей. В отличие от простого покоя такой отдых был назван И. М. Сеченовым активным. Он рассматривал эти факты как доказательство того, что утомление развивается прежде всего в нервных центрах.

Гистологически тип терморецепторов до конца не выяснен, полагают, что ими могут быть немиелинизированные окончания дендритов афферентных нейронов. Терморецепторы можно разделить на специфические и неспецифические. Первые возбуждаются лишь температурными воздействиями, вторые отвечают и на механиче­ское раздражение. Большинство терморецепторов име.ет локальные рецептивные поля и реагирует повышением частоты генерируемых импульсов, устойчиво длящимся все время действия стимула. Повышение частоты импульсации происходит пропорционально изменению температуры, причем постоянная частота у тепловых рецепторов наблюдается в диапазоне от 20 до 50 °С, а у Холодовых — от 10 до 41 °С. Дифференциальная чувстви­тельность терморецепторов велика: достаточно изменить температуру на 0,2 °С, чтобы вызвать длительные изменения их импульсации. В определенных условиях холодовые оецепторы могут быть возбуждены и теплом (выше 45 °С). Этим объясняется возникновение острого ощущения холода при быстром погружении в горячую ванну. В настоящее время считают, что наиболее важным фактором, определяющим актив­ность терморецепторов, связанных с ними центральных структур и ощущения человека, является абсолютное значение температуры, а не ее изменения. В то же время интенсив­ность в начале температурных ощущений зависит от разницы температуры кожи и температуры действующего на нее раздражителя, его площади и места приложения. Так, в первый момент кажется холодной вода температуры 25 °С, если до этого руку держали в воде температуры 27 °С. Аналогичное ощущение возникает в первый момент при переносе руки из воды, нагретой до 34 °С в воду температуры 31 °С. Однако уже через несколько секунд становится возможной истинная оценка абсолютной тем­пературы.

Еще в конце 70-годов прошлого столетия в сетчатке глаза животных были открыты светочувствительные пигменты, которые на свету обесцвечиваются. В палочках сетчатки человека и многих животных содержится пигмент родопсин, или зрительный пурпур, сос­тав, свойства и химические превращения которого подробно изучены в последние десяти­летия. В колбочках найден пигмент йодопсин. В колбочках имеются также пигменты хлоролаб и эритролаб; первый из них поглощает лучи, соответствующие зеленой, а вто­рой — красной части спектра. Имеются, возможно, и другие пигменты. Родопсин представляет собой высокомолекулярное соединение (молекулярная масса 270 000), состоящее из ретиналя — альдегида витамина А и белка опсина. При действии кванта света происходит цикл фотофизических и фотохимических превращений этого вещества: ретиналь изомеризуется, его боковая цепь выпрямляется, связь ретиналя с белком нарушается, активируются ферментативные центры белковой молекулы. При этом вначале образуются некоторые промежуточные вещества — люмиродопсин и мета-родопсин, после чего ретиналь отщепляется от опсина. Под влиянием фермента, назван­ного редуктазой ретиналя, последний переходит в витамин А. При затемнении глаз происходит регенерация зрительного пурпура, т. е. ресинтез родопсина. Для этого процесса необходимо, чтобы сетчатка получала цис-изомер вита­мина А, из которого образуется ретиналь. Если же витамин А в организме отсутствует, образование родопсина резко нарушается, что и приводит к развитию упомянутой выше куриной слепоты. Фотохимические процессы в сетчатке происходят весьма экономно, т. е. при действии даже очень яркого света расщепляется только небольшая часть имеющегося в палочках родопсина. При действии света интенсивностью 100 лк через 5 с в каждой палочке расщепля­ется всего около 0,006% родопсина. Поглощение света родопсином и его расщепление различны в зависимости от длины волны действующих на него световых лучей. Родопсин, экстрагированный из сетчатки глаза человека, обнаруживает максимальное поглощение световых лучей с длиной волны около 500 нм, т. е. в сине-зеленой части спектра. Эти лучи в темноте кажутся наиболее яркими. Сравнение поглощения родопсином света с разной длиной волны и чувствитель­ности глаза человека в темноте к различным цветам спектра обнаруживает полное их совпадение. Структура йодопсина близка к родопсину. Йодопсин представляет собой также со­единение ретиналя с белком опсином, который образуется в колбочках и отличается от опсина палочек. Поглощение света родопсином и йодопсином различно. Йодопсин в наибольшей сте­пени поглощает желтый свет с длиной волны около 560 нм.

Реиннервация мышцы вследствие регенерации нервных волокон приводит к исчезновению холинорецептивных каналов области внепостсинапти-ческой мембраны. Эти данные свидетельствуют о том, что нервные волокна регулируют синтез белков, образующих хемовозбудимые холинорецепторные каналы. В денервированной мышце резко падает также активность ряда ферментов, в частности АТФ-азы, играющей важную роль в процессе освобождения энергии, заклю­ченной в фосфатных связях АТФ. В то же время при денервации значительно усилены процессы распада белков. Это приводит к характерному для атрофии постепенному уменьшению массы мышечной ткани. Все дегенеративные изменения в денервированной мышце начинаются тем раньше, чем на меньшем расстоянии от мышцы перерезают двигательный нерв. Это позволяет предположить, что определенные вещества («трофические агенты»), вырабатываемые в нервных клетках, продвигаются по нервным волокнам от проксимальных участков к дистальным и выделяются нервными окончаниями. Чем больший отрезок нерва оста ется соединенным с мышцей, тем дольше она получает важные для ее обмена вещества. Перемещение этих веществ осуществляется благодаря движению нейроплазмы, скорость которого 1—2 ммч. -

На электроретинограмме большинства животных, регистрируемой при освещении глаза в течение 1 —2 с, различают несколько характерных волн ( 216). Первая волна а представляет собой небольшое по амплитуде электроотрицательное колебание. Оно переходит в быстро нарастающую и медленно убывающую электроположительную волну b, имеющую значительно большую амплитуду. После волны b, нередко наблюдается медленная электроположительная волна с. В момент прекращения светового раздра­жения появляется еще одна электроположительная волна d. Электроретинограмма чело­века имеет аналогичную форму с тем лишь отличием, что на ней между волнами а и b отмечается кратковременная волна х. Волна а отражает возбуждение внутренних сегментов фоторецепторов (поздний рецепторный потенциал) и горизонтальных клеток. Волна b возникает в результате активации глиальных (мюллеровских) клеток сетчатки ионами калия, выделяющимися при возбуждении биполярных и амакриновых нейронов; волна с — клеток пигментного эпителия, а волна d — горизонтальных клеток. Амплитуда всех волн электроретинограммы увеличивается пропорционально лога­рифму силы света и времени, в течение которого глаз находился в темноте. Только волна d (реакция на выключение) тем больше, чем длительнее действовал свет. Электроретинограмма хорошо отражает также такие свойства светового раздражи­теля, как его цвет, размер и длительность действия. Поскольку на ней в интегральном виде отражена активность практически всех клеточных элементов сетчатки (кроме ганг-лиозных клеток), этот показатель широко используется в клинике глазных болезней для диагностики и контроля лечения при различных заболеваниях сетчатки.

Возникновение серии импульсов в нервном или мышечном волокне сопровождается обогащением протоплазмы Na+ и потерей К+. Для гигантского аксона кальмара диамет­ром 0,5 мм подсчитано, что во время одиночного нервного импульса через каждый квадратный микрон мембраны в протоплазму поступает около 20 000 Na+ и столько же К+ покидает волокно. В итоге при каждом импульсе аксон теряет около одной миллион­ной общего содержания калия. Хотя эти потери очень незначительны, при ритмическом следовании импульсов, суммируясь, они должны были бы привести к более или менее заметным изменениям концентрационных градиентов. Особенно быстро такие концентрационные сдвиги должны были бы развиваться в тонких нервных и мышечных волокнах и мелких нервных клетках, обладающих малым по отношению к поверхности объемом цитоплазмы. Этому, однако, противодействует натриевый насос, активность которого возрастает при повышении внутриклеточной кон­центрации ионов Na+.

Эфферентная регуляция активности обонятельной луковицы изучена еще недоста­точно, хотя имеется много морфологических предпосылок, свидетельствующих о возмож­ности таких влияний. Особенность обонятельного анализатора состоит, в частности, в том, что его аффе­рентные волокна не переключаются в таламусе и не переходят на противоположную сторону большого мозга. Выкодящий из луковицы обонятельный тракт состоит из нескольких пучков, которые направляются в разные отделы переднего мозга: переднее обонятельное ядро, обоня­тельный бугорок, препириформную кору, периамигдалярную кору и часть ядер миндале­видного комплекса. Связь обонятельной луковицы с гиппокампом, пириформной корой и другими отделами обонятельного мозга осуществляется через несколько переключе­ний. Электрофизиологические исследования и опыты на животных с условными рефлек­сами показали, что наличие значительного числа центров обонятельного мозга (rhinen-cephalon) не является необходимым для опознания запахов. Поэтому большинство областей проекции обонятельного тракта можно рассматривать как ассоциативные центры, обеспечивающие связь обонятельной системы с другими сенсорными системами и организацию на этой основе ряда сложных форм поведения — пищевой, оборонитель­ной, половой и т. д. Чувствительность обонятельного анализатора человека чрезвычайно велика: один обонятельный рецептор может быть возбужден одной молекулой пахучего вещества, а возбуждение небольшого числа рецепторов приводит к возникновению ощущения. В то же время изменение интенсивности действия вещества (порог различения) оцени­вается людьми довольно грубо (наименьшее воспринимаемое различие в силе запаха составляет 30—60 % от его исходной концентрации). У собак эти показатели в 3—6 раз меньше.

Как отмечалось, начало мышечного сокращения приурочено к первой трети восходя­щего колена потенциала действия, а именно к моменту, когда внутренний потенциал волокна возрастает с исходных —90 мВ до примерно —50 мВ. Этот потенциал является пороговым для возникновения механического ответа. Предполагают, что именно при достижении указанного уровня деполяризации концентрация свободных ионов Са2+ в миофибрилле достигает критической величины, необходимой для начала взаимодействия актиновых и миозиновых нитей. Процесс освобождения Са2+ прекращается после окончания пика потенциала дей­ствия. Тем не менее сокращение продолжает нарастать до тех пор, пока активация каль­циевого насоса ретикулума не вызовет снижения концентрации ионов Са2+ в миоплазме. Тогда сокращение сменяется расслаблением. Таким образом, последовательность событий, ведущих к сокращению, а затем рас­слаблению мышечного волокна, представляется в следующем виде: раздражение — воз­никновение потенциала действия — проведение его вдоль клеточной мембраны и в глубь волокна по трубочкам—освобождение Са2+ из боковых цистерн саркоплазматического ретикулума и диффузия его к миофибриллам— взаимодействие («скольжение») актино­вых и миозиновых нитей, приводящее к укорочению миофибриллы — активация кальцие­вого насоса—- снижение концентрации свободных ионов Са2+ в саркоплазме — рас­слабление миофибрилл.