Особенности показателей вегетативной регуляции и функционального состояния у лиц с разным уровнем двигательной активности

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 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 вещества, подавляющие работу сердца.

Изменим условия опыта. Будем раздражать симпатический нерв. Сердце ускорит и усилит свою деятельность, а под воздействием оттекающей от него жидкости свежее сердце тоже начнет сильнее и быстрее сокращаться.

Следовательно, медиаторы, образовавшиеся в нервных окончаниях, передают возбуждение с нерва на рабочий орган. Поэтому они и называются передатчиками нервного возбуждения. Эти опыты были поставлены в начале 20-х годов нашего столетия австрийским ученым Леви, впоследствии Нобелевским лауреатом, и послужили началом учения о химической передаче нервного возбуждения.

В настоящее время установлено, что вещества, накапливающиеся 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.

Наряду с другими биологически активными веществами, медиаторы, поступая в кровь, принимают участие в регуляции и координации физиологических процессов. Из этого следует, что необходимо различать их роль в медиации и регуляции.

Ацетилхолин -- медиатор парасимпатической системы является сложным эфиром холина и уксусной кислоты. Он образуется при участии синтезирующего фермента -- холинацетилазы, активность которого в клетках изменяется под влиянием условий среды и тканевого обмена. Ацетилхолин нестоек, и срок его существования крайне ограничен. Выполнив свою задачу, ацетилхолин, образовавшийся в нервных окончаниях, мгновенно расщепляется под влиянием фермента холинэстеразы на свои составные части (уксусную кислоту и холин). До сих пор принято было считать, что ацетилхолин приспособлен для выполнения ограниченных задач и действие его сводится к передаче возбуждения с нерва на эффекторную клетку. Но теперь, в значительной степени работами нашей лаборатории, установлено, что неиспользованный при передаче возбуждения ацетилхолин поступает из органов и тканей в кровь и принимает активное участие в гуморальной регуляции функций. Его действие на клетки сходно с действием парасимпатических нервов. В крови он захватывается эритроцитами и разносится током крови по всему организму. При определенных физиологических ситуациях ацетилхолин переходит из эритроцитов в жидкую часть крови и вызывает парасимпатические реакции. Количество свободного, активного ацетилхолина в жидких средах организма характеризует состояние (тонус и реактивность) парасимпатической нервной системы.

Иначе обстоит дело с медиаторами симпатического ряда -- симпатинами. Доказано, что симпатические реакции в организме протекают при участии целой группы веществ, известных под общим названием катехоламинов. Катехоламины -- в одно и то же время гормоны и медиаторы симпатоадреналовой системы. С каждым годом все отчетливее выявляется их роль в приспособительных реакциях организма, в обмене веществ, в деятельности мышц и сердца, в кровоснабжении органов, эмоциональном возбуждении, возникновении и степени болевого ощущения.

Основной, ведущий представитель катехоламинов, наиболее известный и подробно изученный,-- адреналин. Он образуется в мозговом слое надпочечников и содержание его во внутренней среде организма характеризует состояние этой важнейшей эндокринной железы нашего организма. Его непосредственный предшественник, отличающийся от него отсутствием одной метильной группы (CH3),-- норадреналин -- обладает функциями гормона мозгового слоя надпочечников и медиатора центральных и периферических отделов симпатической нервной системы. Долгие споры о природе симпатинов можно считать законченными. Норадреналин выделяется окончаниями симпатических нервов и после выполнения своей функции -- передачи нервного возбуждения -- вновь захватывается этими окончаниями.

В 1933 г. бельгийский ученый Бакк высказал предположение, что симпатины в одних случаях являются адреналином, в других -- норадреналином. Советский биохимик А. М. Утевский предположил, что симпатины -- сложная система адреналина, норадреналина и промежуточных продуктов их обмена. Но в настоящее время установлено, что симпатическая медиация осуществляется с помощью только норадреналина. Предшественник норадреналина дофамин -- медиатор симпатических образований в центральной нервной системе. Его отсутствие или недостаточное образование в определенных участках головного мозга приводит к тяжелому заболеванию, известному под названием паркинсонизма. Катехоламины образуются в организме из аминокислот, путем последовательного превращения фенилаланина в тирозин и дигидрооксифенилаланин (ДОФА). Помимо прямого медиаторного действия, и катехоламины, и ацетилхолин, поступая в кровь и тканевую жидкость, принимают самое активное участие в гуморальной регуляции функций. Они оказывают необычайно сильное влияние на ход физиологических процессов в организме, действуя и на специфические хеморецепторы и на клетки органов и тканей. При этом содержание их в крови ничтожно, а активность необычайно высока.

Возьмем обычную медицинскую пиявку и вырежем у нее из спины кусочек мышцы. Если погрузить этот кусочек в раствор ацетилхолина в разведении 1:200 000 000, пиявка начнет сокращаться. Она отвечает на незначительное количество ацетилхолина, содержащееся в жидкости Рингера, в крови, в вытяжках из тканей.

Какое же значение имеют медиаторы для передачи нервного импульса? Этому вопросу посвящено бесчисленное количество экспериментальных работ, выполненных во всех лабораториях мира. Еще в 1924 г. казанский физиолог А. Ф. Самойлов высказал предположение, что нервы передают возбуждение на мышцу посредством каких-то химических веществ. Вслед за ним к такому же выводу пришел выдающийся английский физиолог Ч. Шеррингтон. То, что казалось полстолетия назад лишь мало обоснованным предположением, сегодня излагается во всех учебниках физиологии как установленный и не подлежащий сомнению 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. Медиаторы образуются как при движении нервного импульса из нервного центра к органу исполнителю, так и при сигнализации с периферии в центры. Они выделяются нервными окончаниями при поступлении импульса в эффекторную клетку и аксонами нейронов при синоптической передаче.

Центростремительные нервные импульсы, возникшие в кожном рецепторе, проникают через задние корешки в спинной мозг, зрительные бугры и кору головного мозга. Возбуждение одних клеток вызывает в свою очередь последовательную активацию других. Возбужденная нервная клетка выделяет специфические продукты обмена веществ (ацетилхолин, норадреналин, серотонин), которые, действуя через соответствующие синапсы на соседние клетки, в свою очередь усиливают или ослабляют их деятельность. Таким образом, возникает длинная полисинаптическая цепь, по которой нервный импульс передается от клетки к клетке, с рецептора в центральную нервную систему и из нее в эффектор. А использованный медиатор разрушается, становится неактивным либо поступает в кровь и принимает участие в регуляции функций.

Чрезвычайно важное значение для химической регуляции функций имеет взаимодействие медиатора с рецептором. Рецептор, принимающий центробежные нервные импульсы, можно рассматривать как устройство, через которое специфическая информация поступает из нервных окончаний в клетку-исполнительницу. Одни рецепторы отвечают на действие ацетилхолина (холинорецепторы разного типа -- М и Н), другие -- катехоламинов (адренорецепторы альфа и бета), третьи -- серотонина и т.д. Работами многих исследователей, в том числе и советских, установлено, что чувствительность рецепторов, их способность приходить в состояние возбуждения под влиянием одного или нескольких медиаторов в значительной мере определяет физиологические процессы, протекающие в клетках и органах. Так, например, при экспериментальной гипертонии у животных чувствительность адренорецепторов к адреналину увеличивается в 2,3 раза, а к норадреналину -- в 3,2 раза. Следовательно, одно и то же количество медиатора может вызвать у животного, страдающего гипертонией, более значительное повышение кровяного давления, чем у здорового.

В центральной нервной системе передача возбуждения с одной клетки на другую также совершается при участии медиаторов. В различных участках головного и спинного мозга в качестве передатчиков нервного возбуждения действуют разнообразные химические соединения -- адреналин, норадреналин, дофамин, ацетилхолин, серотонин, гамма-аминомасляная кислота, глютаминовая кислота и др. Набор определенных медиаторов характерен не для отдельных структурных образований мозга, а для функциональных систем, в которые могут входить различные по своему строению нервные образования, объединенные для выполнения какого-либо действия.

На Международном физиологическом конгрессе в Токио (1965 г.) возник вопрос, какие же вещества, образующиеся в центральной нервной системе, следует считать медиаторами?

Доказательством медиаторной роли того или другого химического вещества можно считать наличие его в телах нейронов и, особенно, в окончаниях аксонов, способность синтезироваться внутри нервных клеток, присутствие синтезирующих и расщепляющих его ферментов, существование связанных, неактивных форм. Медиаторы должны освобождаться при нервных импульсах, даже вызванных электрическим током.

Тонкие методы электронной микроскопии, гистохимии, ультрацентрифугирования и т.д. позволили сделать важные выводы о существовании в центральной нервной системе многочисленных ансамблей нейронов, каждый из которых имеет не только особые, свойственные лишь ему биохимические, но и физиологические свойства. В нервной ткани постоянно происходит образование и распад разнообразных химических передатчиков. Одни из них обладают возбуждающими, другие -- тормозящими свойствами, т.е. существуют, по мнению ряда исследователей, медиаторы, как усиливающие, так и подавляющие деятельность отдельных нервных образований.

Доказано существование в мозгу, по крайней мере, трех биохимических нейронных систем -- адренергической, холинергической и серотонинергической. В первой передача нервного возбуждения осуществляется норадреналином и его предшественником -- дофамином, во второй -- ацетилхолином, в третьей -- серотонином.

Скандинавские исследователи составили даже приблизительную схему распределения этих систем в ткани мозга. Они различают: 1) норадреналиновую нейронную систему, которая локализуется преимущественно в ретикулярной формации ствола мозга, в гипоталамусе, лимбических структурах переднего мозга и в коре больших полушарий; 2) дофаминовую систему -- в структурах среднего мозга и подкорковых образованиях (бледном шаре); 3) серотониновую нейронную систему, проходящую через средний мозг к гипоталамусу и лимбическим структурам переднего мозга.

Холинергические системы расположены в глубоких слоях коры мозга, в подкорковых структурах, в гипоталамусе (преимущественно переднем) и в ретикулярной формации мозгового ствола. Советский ученый И. В. Орлов, используя тонкую методику отведения электрических потенциалов от отдельных нейронов головного мозга, показал, что 35,7% обследованных клеток ретикулярной формации отвечают лишь на болевое раздражение. При этом оказалось, что 34% из них реагировали на действие ацетилхолина, норадреналина и серотонина, 20,6% отвечали на инъекцию ацетилхолина и норадреналина, 14,7 % -- норадреналина и серотонина, 8,8% -- ацетилхолина и серотонина. Лишь 11,8% клеток не давали реакции на химические раздражения, 2,8% реагировали только на ацетилхолин и 7,3% -- только на норадреналин. Исследования эти представляют особый интерес. Они показывают, что в ретикулярной формации ствола мозга существуют специальные «болевые» клетки, возбуждающиеся под влиянием одного или нескольких медиаторов.

Гистамин

Одним из наиболее важных биологически активных веществ, образующихся в организме и имеющих непосредственное отношение к проблеме боли, является гистамин. Химическое строение его хорошо изучено. В известной мере гистамин можно считать 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 на 1 л жидкости. 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. 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 -- с 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 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 -- один 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, то, следовательно, 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.

В последнее время много говорят о роли гистамина в возникновении язвенной болезни желудка. По-видимому, повышенная кислотность желудочного сока в значительной мере связана с высоким содержанием гистамина в крови и тканях.

При подкожной инъекции гистамина резко повышается функция мозгового слоя надпочечников. Гормон этих желез -- адреналин -- поступает в кровь и вызывает ряд характерных сдвигов в деятельности организма. В клинической практике для того, чтобы проверить, нет ли у больного злокачественной опухоли надпочечника -- феохромоцитомы, вводят небольшое количество гистамина. Если действительно имеется феохромоцитома, она начинает выбрасывать в кровь свои, во много раз превышающие норму запасы адреналина, что позволяет поставить диагноз этого заболевания с большой долей вероятности.

Каждому из нас приходилось встречать людей, особо чувствительных к некоторым обычным, ничем не примечательным воздействиям на организм. Одни не выносят запаха хвои, другие -- свежего сена, третьи -- масляной краски. Сколько раз мы слышим, что один из наших знакомых необычайно чувствителен к творогу, другой -- к землянике, третий -- к ракам 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, веки, кисти рук), а иногда начинаются приступы какого-то странного беспокойства, крапивницы, мигрени, насморка, бронхиальной астмы, лихорадки. Все эти состояния -- разнообразные проявления аллергии, связанные с нарушениями гистаминового обмена.

Под влиянием сложных и многообразных процессов, совершающихся в организме, вызванных некоторыми воздействиями окружающего нас мира, например охлаждением, перегреванием, ожогом солнечными лучами, введением некоторых фармакологических препаратов, гистамин освобождается 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...

Опустевшие депо быстро заполняются вновь образовавшимся гистамином, который в свою очередь 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 болезненное состояние, которое врачи называют аллергическим.

Разумеется, нельзя ставить знак равенства между аллергией и гистамином. Проявления аллергии не сводятся к действию одного только гистамина, к гистаминовому отравлению. Но, как правило, без его участия не возникают аллергические явления.

Гистамин действует в организме при разведении в десятки миллионов раз. Тысячные доли миллиграмма способны вызвать сокращение изолированной кишки морской свинки. Накопление сравнительно небольших количеств гистамина в крови человека вызывает у него тяжелые нарушения самочувствия, возникновение самых неожиданных расстройств.

Фармакологическая промышленность наших дней синтезировала несколько десятков препаратов противогистаминного действия (антигистамины). При введении в организм они препятствуют проявлению его токсических свойств. Это очень легко доказать в лабораторном опыте. Если морской свинке ввести димедрол, а затем четырехкратную смертельную дозу гистамина, свинка остается в живых.

В разных странах Европы и Америки можно приобрести эти препараты. В СССР -- это димедрол, диазолин; за границей -- антерган, супрастин, пипольфен, антистин. 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 активируют разрушение гистамина, третьи препятствуют выходу связанного гистамина «на свободу». В определенной степени все антигистамины влияют на центральную и периферическую нервную систему. Положив таблетку димедрола на язык, мы чувствуем легкую анестезию, 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 и от характера заболевания, и от наличия препарата в продаже и, в известной степени, от опыта врача и индивидуальных особенностей больного.

Появление противогистаминных препаратов на фармакологическом рынке сыграло огромную роль в лечении многих заболеваний. Последние годы принесли неожиданное открытие. Оказалось, 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 гистаминопексическим.

Феномен гистаминопексии обусловлен наличием в нормальной сыворотке крови особого белка -- плазмапексина I, который по своему химическому строению относится к псевдо-гамма-глобулинам. Содержание его в крови равно 0,4--0,7 % всех белков сыворотки. Плазмапексин связывает не только гистамин, но также и другие биологически активные вещества (серотонин, ацетилхолин, окситоцин). Однако он не связывает брадикинин -- вещество, имеющее непосредственное отношение к возникновению боли, о котором мы еще не один раз будем говорить.

В дальнейшем было установлено, что отсутствие гистаминопексии в сыворотке больных с различными аллергическими заболеваниями зависит не только от отсутствия плазмапексина I, но и от появления в крови плазмапексина II, не способного связать гистамин в крови, и антипексина, подавляющего связывание гистамина плазмапексином I.

В нашей лаборатории И. Л. Вайсфельд подробно изучила гистаминопексический эффект при различных заболеваниях. Оказалось, что при некоторых формах патологии (аллергических, нервных) сыворотка крови теряет способность связывать добавленный к ней гистамин. Это наблюдается у больных бронхиальной астмой, вазомоторным ринитом, крапивницей. И, хотя содержание в крови свободного гистамина может быть ниже нормы, из-за отсутствия гистаминопексического эффекта он отличается особой активностью и даже в незначительных количествах способен вызывать аллергические явления.

Серотонин (5-окситриптамин)

Приблизительно 25 лет назад три американских ученых -- Рапорт, Грин и Пейдж -- выделили из бычьей сыворотки вещество, способное повышать кровяное давление. Оно и было названо ими серотонином, т.е. веществом, выделенным из сыворотки (по-латыни serum) и повышающим кровяное давление. За годы, прошедшие с того времени, свойства серотонина подробно изучены и сам он синтезирован. Формула его хорошо известна, но роль в регуляции функций представляется еще довольно спорной.

Можно считать, что серотонин -- истинный медиатор. Он отвечает всем требованиям, предъявляемым к этому типу веществ. Подобно катехоламинам и ацетилхолину, серотонин осуществляет передачу импульсов с одной нервной клетки на другую. В головном мозгу имеются группы нейронов, особенно чувствительных к серотонину, деятельность которых связана с его образованием и распадом. Нейроны эти сосредоточены преимущественно в ядрах подбугорья и в среднем мозгу.

В одном литре крови нормального здорового человека содержится приблизительно 0,06--0,2 г серотонина, причем основная масса его находится в тромбоцитах.

В течение многих лет ученые разных стран пытаются разгадать роль серотонина в осуществлении процессов жизнедеятельности отдельных органов или всего организма. В настоящее время известно, что серотонин принимает участие в регуляции деятельности головного и спинного мозга, двигательной, сердечно-сосудистой, пищеварительной, выделительной и многих других физиологических систем. Обычно серотонин находится в тканях в виде связанной, неактивной формы. Под влиянием некоторых воздействий, и особенно при введении различных лекарственных препаратов, например резерпина, серотонин освобождается из связанной формы. Но жизнь его, как правило, непродолжительна. Почти во всех тканях содержится моноаминоксидаза -- фермент, довольно быстро инактивирующий серотонин в организме.

В последние годы пристальное внимание исследователей привлекает значение серотонина в возникновении и развитии инфаркта миокарда. И хотя в этом вопросе еще далеко нет полной ясности, при сердечных болях нередко назначают препараты, способные повысить уровень серотонина в крови. Имеются указания, что накопление серотонина в мышце сердца предотвращает развитие инфаркта, что, впрочем, требует проверки. Еще слишком много белых пятен в этой области знания.

Недостаточно изучено также влияние серотонина на вегетативную нервную систему. В одних случаях его действие подобно возбуждению симпатической нервной системы, в других -- парасимпатической. Не исключено, что это зависит от дозы введенного препарата, а быть может -- от исходного состояния, вернее, настройки центральных и периферических отделов комплексной вегетативно-гуморальной -- гормональной системы.

Во многих случаях серотонин обладает противосудорожными и успокаивающими свойствами. Накопляясь в центральной нервной системе, серотонин подавляет ее активность. Не случайно так много внимания уделяет медицинская наука изучению обмена серотонина у больных с различными психическими заболеваниями.

Несомненно, также участие серотонина в возникновении целого ряда других заболеваний. Видимо, избыточное содержание его в организме способствует развитию язвенной болезни желудка и 12-перстной кишки. Установлено, что в некоторых злокачественных опухолях, например, в феохромоцитоме, можно обнаружить целые «залежи» серотонина. Нередко в моче больных, страдающих злокачественными опухолями, обнаруживается в большом количестве 5-окси-индолуксусная кислота -- продукт превращения серотонина.

И, наконец, не последнюю роль играет серотонин в возникновении и развитии болевого синдрома.

В заключение несколько замечаний об участии в регуляции функций медиаторов, гормонов, различных химических соединений, образующихся в процессе обмена веществ. Как они осуществляют гуморальную регуляцию функций? Какова их роль в системе гомеостаза?

Исследования последних лет показали, что для изучения состояния вегетативной нервной системы у человека и животных можно использовать методы определения биологической активности крови.

Это значит, что, исследуя содержание в крови некоторых гормонов и медиаторов, например катехоламинов, ацетилхолина, гистамина, серотонина и др., можно получить представление о состоянии и реактивности (т.е. готовности к действию) различных отделов вегетативного аппарата. Высокое содержание в крови адреналина говорит о повышенной активности гормонального отдела симпатоадреналовой системы, а высокий уровень норадреналина -- ее нервного отдела.

Накопление в организме ацетилхолина, инсулина, отчасти гистамина и серотонина является показателем энергичной деятельности вагоинсулярной (парасимпатической) системы.

Общая биологическая активность крови, т.е. влияние, которое она оказывает на определенные функции, органы и ткани (изолированное сердце и кишка лягушки, кровяное давление кошки и кролика, спинная мышца пиявки, прямая мышца живота лягушки и т.д.), зависит от соотношения в ней веществ, возбуждающих симпатические и парасимпатические тканевые элементы.

У здоровых людей биологическая активность крови волнообразно колеблется в довольно узких границах. При этом соотношение гормонов, медиаторов, ферментов, различных солей в крови непрерывно меняется, то повышаясь, то снижаясь. Оно зависит от потребностей организма, различных при тех или иных условиях, а также от состояния последовательно включающихся по мере необходимости регуляторных приборов, основная задача которых сводится к сохранению постоянства внутренней среды.

Нарастание в крови содержания биологически активных веществ одного ряда (например, симпатических) автоматически вызывает накопление веществ противоположного действия (парасимпатических), компенсирующих, уравновешивающих или сглаживающих действие первых. Это -- все та же испытанная и проверенная миллионами лет эволюционного развития система гомеостаза.

Чрезвычайно сложные, постоянно меняющиеся количественные и качественные соотношения биологически активных веществ в жидких средах организма не только отражают, но и определяют состояние различных отделов вегетативной нервной системы. Поэтому правильнее говорить о вегетативно-гуморально-гормональном регуляторном комплексе. Совершенно естественно, что накопление в организме ацетилхолина, вызванное его усиленным новообразованием, освобождением из связанной формы либо недостаточным захватом эритроцитами и белками, низкой активностью расщепляющих ферментов, особой чувствительностью холинорецепторов, создает благоприятную почву для повышения тонуса парасимпатической нервной системы. Напротив, высокое содержание катехоламинов в крови и органах является несомненным показателем симпатической «настройки» вегетативной нервной системы.

При различных заболеваниях регуляторные механизмы начинают действовать с перебоями, своевременно не включаются и вызывают извращенные реакции. Взаимоотношения между нервными, гуморальными и гормональными механизмами нарушаются, результатом чего является возникновение длительных или кратковременных состояний расстройства регуляции в виде вегетативных приступов, нарушения сна и бодрствования, разнообразных болезненных явлений, происхождение которых требует в каждом отдельном случае специальной расшифровки.

Глава 2. Модель распознания функционального состояния организма с помощью анализа сердечного ритма

2.1 Основные физиологические свойства сердечной мышц

Сердечная мышца, как и скелетная, обладает возбудимостью, способностью проводить возбуждение. Возбудимость сердечной мышцы. Сердечная мышца менее возбудима, чем скелетная. Для возникновения возбуждения в сердечной мышце необходимо применить более сильный раздражитель, чем для скелетной. Установлено, что величина реакции сердечной мышцы не зависит от силы наносимых раздражений (электрических, меха, химических и т. д.). Сердечная мышца максимально сокращается и на пороговое, и на более сильное по величине раздражение.

Проводимость. Волны возбуждения проводятся по сердечной мышцы и так называемой специальной ткани сердца с неодинаковой скоростью. Возбуждение по волокнам мышц предсердий распространяется со скоростью 0,8--1,0 м/с, по волокнам мышц желудочков-- 0,8--0,9 м/с, по специальной ткани сердца--2,0--4,2 м/с.

Сократимость. Сократимость сердечной мышцы имеет свои особенности. Первыми сокращаются мышцы передние, затем--папиллярные мышцы и субэндокардиальный слой мышц желудочков. В дальнейшем сокращение охватывает и внутренний слой желудочков, обеспечивает тем самым движение крови из полостей желудочков в аорту и легочный ствол. Физиологическими особенностями сердечной мышцы является удлиненный рефрактерный период и автоматия. Теперь о них поподробнее.

Рефрактерный период. В сердце в отличие от других возбудимых тканей имеется значительно выраженный и удлиненный рефрактерный период. Он характеризуется резким снижением возбудимости ткани в течение ее активности. Выделяют абсолютный и относительный рефрактерный период (р.п.). Во время абсолютного р.п. какой бы силы не наносили раздражения на сердечную мышцу, она не отвечает на него возбуждением и сокращением. Он соответствует по времени систоле и началу диастолы предсердий и желудочков. Во время относительного р.п. возбудимость сердечной мышцы постепенно возвращается к исходному уровню. В этот период мышца может ответить на раздражитель сильнее порогового. Он обнаруживается во время диастолы предсердий и желудочков. Сокращение миокарда продолжается около 0.3 с, по времени примерно совпадает с рефрактерной фазой. Следовательно, в период сокращения сердце неспособно реагировать на раздражители. Благодаря выраженному р.п., который длится больше чем период систолы, сердечная мышца неспособна к тетаническому (длительному) сокращению и совершает свою работу по типу одиночного мышечного сокращения.

Автоматия сердца. Вне организма при определенных условиях сердце способно сокращаться и расслабляться, сохраняя правильный ритм. Следовательно, причина соизолированного сердца лежит в нем самом. Способность сердца ритмически сокращаться под влиянием импульсов, возникающих в нем самом, носит название автоматии.

В сердце различают рабочую мускулатуру, представ поперечнополосатой мышцей, и атипическую, или специальную, ткань, в которой возникает и проводится возбуждение.

У человека атипическая ткань состоит из:

-синоаурикулярного узла, располагающегося на задней стенке правого предсердия у места впадения полых вен;

-атриовентрикулярного (предсердно-желудочкого) узла находящегося в правом предсердии вблизи пере между предсердием и желудочками;

-пучка Гиса (председно-желудочковый пучок), отходящего от атриовентрикулярного узла одним стволом. Пучок Гиса, пройдя через перегородку между предсердиями и желудочками, делится на две ножки, идущие к правому и левому желудочку. Заканчивается пучок Гиса в толще мышц волокнами Пуркинье. Пучок Гиса--это единственный мышечный мостик, соединяющий предсердия с желудочками. Синоаурикулярный узел является ведущим деятелем сердца (водитель ритма), в нем возникают импульс, определяющие частоту сокращений сердца. В норме атриовентрикулярный узел и пучок Гиса являются только передатчиками возбуждения из ведущего узла к сердечной мышце. Однако им присуща способность к автоматии, только выражена она в меньшей степени, чем у синоаурикулярного узла, и проявляется лишь в условиях патологии. Атипическая ткань состоит из малодифференцированных мышечных волокон. В области синоаурикулярного узла обнаружено значительное количество нервных клеток, нервных волокон и их окончаний, которые здесь образуют нервную сеть. К узлам атипической ткани подходят нервные волокна от блуждающих и симпатических нервов.

2.2 Ритм сердца. Показатели сердечной деятельности

Ритм сердца и факторы, влияющие на него. Ритм сердца, т. е. количество сокращений в 1 мин, зависит главным образом от функционального состояния блуждающих и симпатических нервов. При возбуждении симпатических нервов частота сердечных сокращений возрастает. Это явление носит название тахикардии. При возбуждении блуждающих нервов частота сердечных сокращений уменьшается -- брадикардии. Ритм сердца может изменяться под влиянием гуморальных воздействий, в частности температуры крови, притекающей к сердцу. Местное раздражение теплом области правого предсердия (локализация ведущего узла) ведет к учащению ритма сердца при охлаждении этой области сердца наблюдается противоположный эффект. Местное раздражение теплом или холодом других участков сердца не отражается на частоте сердечных сокращений. Однако оно может изменить скорость проведения возбуждений по проводящей системе сердца и отразиться на силе сердёчных сокращений.

Частота сердечных сокращений у здорового человека находится в зависимости от возраста.

Что же является показателями сердечной деятельности?

Показатели сердечной деятельности. Показателями работы сердца являются систолический и минутный объем сердца.

Систолический, или ударный, объем сердца - тот объем крови, который поступает из желудочка за одну систолу. Величина систолического объема зависит от размеров сердца, состояния миокарда и организма. У взрослого здорового человека при относительном покое систолический объем каждого желудочка составляет приблизительно 70--80 мл. Таким образом, при сокращении желудочков в артериальную систему поступает 120--160 мл крови.

Минутный объем сердца - это количество крови, которое сердце выбрасывает в легочный ствол и аорту за 1 мин. Минутный объем сердца -- это произведение величины систолического объема на частоту сердечных сокращений в 1 мин. В среднем минутный объем составляет 3-5 л. Систолический и минутный объем сердца характеризует деятельность всего аппарата кровообращения.

2.3 Оценка функционального состояния организма с учетом уровня их двигательной активности

Известно, что существует этапность в становлении механизмов регуляции сердечнососудистой системы, которая проявляется в характере ее реакции на одно и то же воздействие в разных периодах постнатального развития (Фролькис В.В., 1975). В связи с этим, в динамике особенности показателей вегетативной регуляции СР у лиц младшего и среднего школьного возраста в сформированных группах с разным уровнем двигательной активности. Особенности изменения регуляции СР при разном уровне двигательной активности преимущественно обусловлены не возрастом школьника, а тонусом ВНС. Это согласовывалось с представлением о том, что исходный вегетативный тонус является одной из одной из важных характеристик, определяющих тип реагирования (Казначеев В.П., 1980). В силу этого, особенности изменения параметров СР в группах у школьников разного возраста, были связаны в основном с тем, что в старшем школьном возрасте среди лиц с несвойственной для них регуляцией преобладают лица с симпатикотонией, а в младшем школьном возрасте - с ваготонией.

Поскольку изменения регуляции СР имеют общую динамику для лиц с одинаковым тонусом ВНС не зависимо от их возраста, то, следовательно, если учитывать исходный тонус ВНС при анализе реагирования организма на двигательную деятельность, нет необходимости для выделения возрастных групп. Поэтому для анализа изменений ФС организма у школьников в каждой из групп с разной двигательной активностью было выделено три подгруппы лиц с разным исходным тонусом ВНС - эйтоники, симпатотоники и ваготоники.

В группе 1 (с меньшей нагрузкой) выяснилось, что у лиц с эйтонией отсутствовали достоверные изменения ФС (рис. 1). При этом у 39% лиц с эйтонией оно характеризовалось удовлетворительной адаптацией, у 33% - напряжением механизмов адаптации и у 28% - неудовлетворительной адаптацией.

Рис. 1. Соотношение лиц с разным функциональным состоянием в группе 1 (с меньшей нагрузкой) в начале и в конце исследования

Можно предположить, что мышечная нагрузка в этой группе не оказала влияние на лиц с эйтонией вследствие своей незначительности. Однако следует отметить, что по литературным данным (Искакова З.Б., 1991; Антропова М.В. и др., 1997), к концу учебного года у школьников развивается напряжение систем регуляции, а поскольку завершение наших исследований произошло в середине второй половины учебного года, то можно говорить о нивелировании данного напряжения за счет двигательной активности. Это свидетельствовало о стабилизирующем влиянии двигательной активности на характеристики вегетативной регуляции.

У большинства лиц с симпатикотонией (73%) ФС организма достоверно улучшилось и стало характеризоваться удовлетворительной адаптацией. Тоже наблюдалось у 50% лиц с ваготонией. Однако у 30% лиц с ваготонией сохранилось ФС, характеризовавшееся напряжением механизмов адаптации, и у 20% - неудовлетворительной адаптацией.

Проведенный анализ показал, что в группе 1 (с меньшей нагрузкой) значительно изменилось по сравнению с началом исследования соотношение лиц с разным ФС. Существенно увеличилась доля лиц с удовлетворительной адаптацией, и значительно сократилось число лиц с напряжением механизмов адаптации и неудовлетворительной адаптацией. Наблюдаемая динамика ФС в группе с низкой мышечной нагрузкой, по-видимому, была связана не с тренировочным эффектом, а с развитием в организме благоприятных неспецифических адаптационных реакций. Это согласуется с исследованиями ряда авторов (Гаркави Л.Х., Квакина Е.Б, Уколова М.А., 1990; Ульянов В.И., 1995; Fleshner M., 1999).

В результате особенностями ФС организма в группе 2 (с большей нагрузкой) выяснилось, что достоверные изменения ФС произошли только у лиц с эйтонией (рис. 2). Количество эйтоников с удовлетворительной адаптацией увеличилось с 30% до 70%. Полностью исчезли лица, характеризующиеся неудовлетворительной адаптацией.

Рис. 2. Соотношение лиц с разным функциональным состоянием в группе 2 (с большей нагрузкой) в начале и в конце исследования

Среди лиц с симпатикотонией и ваготонией достоверных изменений ФС не произошло. При этом у большинства лиц (74%) с симпатикотонией сохранилось ФС, характеризующееся напряжением механизмов адаптации. Выборка лиц с ваготонией состояли из трех, близких по размерам, частей: лица с удовлетворительной адаптацией - 31%, с напряжением механизмов адаптации - 29%, с неудовлетворительной адаптацией - 40%.

Отсутствие улучшения ФС у лиц с ваготонией и симпатикотонией в группе 2 (с большей нагрузкой) указывало на то, что для них требуется более тщательное планирование двигательной активности в зависимости от ФС организма.

Таким образом, это свидетельствует о том, что формирование адаптивных реакций существенно зависело от индивидуальных особенностей вегетативной регуляции и объема мышечной нагрузки. Так в группе с меньшими нагрузками формирование адаптивных реакций в меньшей степени зависело от характера дифференцированности типа вегетативной регуляции. В то же время в группе с большей нагрузкой удовлетворительная адаптация формировалась только у лиц с достаточно пластичной вегетативной регуляцией, а у лиц с жестко определенным типом регуляции адаптивные изменения наблюдались в значительно меньшей степени.

Полученные результаты развивают представление о формировании механизмов вегетативной регуляции сердечного ритма в онтогенезе и могут быть использованы для оценки адекватности различных видов воздействия индивидуальным адаптационным возможностям организма.

Нарушения сердечного ритма

Нарушения сердечного ритма - это очень сложный раздел кардиологии. Сердце человека работает всю жизнь. Оно сокращается и расслабляется от 50 до 150 раз в минуту. В фазу систолы сердце сокращается, обеспечивая ток крови и доставку кислорода и питательных веществ по всему организму. В фазу диастолы оно отдыхает. Поэтому очень важно, чтобы сердце сокращалось через одинаковые промежутки времени. Если укорачивается период систолы, сердце не успевает полноценно обеспечить организм движением крови и кислородом. Если сокращается период диастолы - сердце не успевает отдохнуть. Нарушение сердечного ритма - это нарушение частоты, ритмичности и последовательности сокращений сердечной мышцы. Сердечная мышца - миокард состоит из мышечных волокон. Различают два вида этих волокон: рабочий миокард или сократительный, обеспечивающий сокращение проводящий миокард создающий импульс к сокращению рабочего миокарда и обеспечивающий проведение этого импульса. Сокращения сердечной мышцы обеспечиваются электрическими импульсами, возникающими в синоаурикулярном или синусовом узле, который находится в правом предсердии. Затем электрические импульсы распространяются по проводящим волокнам предсердий к атриовентрикулярному узлу, расположенному в нижней части правого предсердия. Из атриовентрикулярного узла начинается пучок Гиса. Он идет в межжелудочковой перегородке и делится на две ветви - правую и левую ножки пучка Гиса. Ножки пучка Гиса в свою очередь делятся на мелкие волокна - волокна Пуркинье по которым электрический импульс достигает мышечных волокон. Мышечные волокна сокращаются под действием электрического импульса в систолу и расслабляются при его отсутствии в диастолу. Частота нормального (синусового) ритма сокращения около от 50 сокращений во время сна, в покое, до 150-160 при физической и психоэмоциональной нагрузке, при воздействии высоких температур.

Регулирующее влияние на активность синусового узла оказывают эндокринная система, посредством содержащихся в крови гормонов и вегетативная нервная система - ее симпатический и парасимпатический отделы. Электрический импульс в синусовом узле возникает благодаря разнице концентраций электролитов внутри и вне клетки и их перемещению через клеточную мембрану. Основные участники этого процесса - калий, кальций, хлор и в меньшей степени натрий. Причины нарушений сердечного ритма изучены не полностью. Считается, что основными двумя причинами служат изменения нервной и эндокринной регуляции или функциональные нарушения, и аномалии развития сердца, его анатомической структуры - органические нарушения. Часто это бывают комбинации этих основных причин. Увеличение частоты сердечных сокращений более 100 в минуту называется синусовой тахикардией. Сокращения мышцы сердца при этом полноценные и сердечные комплексы на электрокардиограмме не изменяются, просто регистрируется учащенный ритм. Это может быть реакция здорового человека на стресс или физическую нагрузку, но может быть и симптомом сердечной недостаточности, различных отравлений, заболеваний щитовидной железы. Урежение частоты сердечных сокращений реже 60 в минуту называется синусовой брадикардией. Сердечные комплексы на ЭКГ также не изменяются. Такое состояние может возникнуть у хорошо тренированных физически людей (спортсменов). Брадикардией сопровождаются также заболевания щитовидной железы, опухоли мозга, отравления грибами, переохлаждение и т.д. Нарушения проводимости и ритма сердца - это очень частые осложнения сердечнососудистых заболеваний. Чаще всего из нарушений сердечного ритма встречаются:

-экстрасистолия (внеочередное сокращение)

-мерцательная аритмия (полностью неправильный ритм)

-пароксизмальная тахикардия (резкое учащение сердечного ритма от 150 до 200 ударов в минуту).

Классификация нарушений ритма очень сложная. Аритмии и блокады могут возникать в любом месте проводящей системы сердца. От места возникновения аритмий или блокад зависит и их вид.

Экстрасистолии или мерцательные аритмии ощущаются пациентом как сердцебиения, сердце бьется чаще обычного или появляются перебои в сердце.

Если же пациент ощущает замирание, остановку сердца и при этом у него бывают головокружения и потери сознания, вероятнее всего у пациента блокада сердечного ритма или брадикардия (урежение пульса). При обнаружении у пациента какого-либо нарушения сердечного ритма необходимо провести полное обследование для уточнения причины возникновения аритмии. Основным методом диагностики нарушений сердечного ритма служит электрокардиограмма. ЭКГ помогает определить вид аритмии. Но некоторые аритмии возникают эпизодически. Поэтому для их диагностики применяется холтеровское мониторирование. Это исследование обеспечивает запись электрокардиограммы в течение нескольких часов или суток. При этом пациент ведет обычный образ жизни и ведет дневник, где отмечает по часам выполняемые им действия (сон, отдых, физические нагрузки). При расшифровке ЭКГ данные электрокардиограммы сопоставляются с данными дневника. Выясняют частоту, длительность, время возникновения аритмий и связь их с физической нагрузкой, одновременно анализируют признаки недостаточности кровоснабжения сердца. Эхокардиография позволяет выявить болезни способствующие развитию аритмий - пролабирование клапанов, врожденные и приобретенные пороки сердца, кардиомиопатии и т.д. Применяются и более современные методы исследования:

-эндокардиальные (из внутренней полости сердца)

-чрезпищеводные электрофизиологические методы исследования

2.4 Экспериментальное исследование

В соответствии с задачами исследования был использован комплексный подход, включающий оценку особенностей физического развития, состояния вегетативных и психофизиологических функций у первокурсников в динамике.

Объектом исследования послужили учащиеся первых курсов КГУ им.Н.А. Некрасова. Общее количество обследуемых составило 50 человек, у которых в течение первого учебного полугодия проводилось изучение динамики физического развития, психофизиологических параметров и функционального состояния сердечнососудистой системы. В результате наших исследований методом вариационной пульсометрии по Р.М. Баевскому обследованы 25 студентов факультета музыкально-педагогического 1 курса (девушки) и 25 студентов 1 курса девушки факультета физической культуры. В работе использован автоматизированный способ регистрации кардиоинтервалов с помощью электронного кардиографа посредством связи блютус.

Обследование проведено до и после занятий. Перед началом процедуры каждый испытуемый имел 10-минутный отдых. Массив, содержащий 100 кардиоинтервалов фиксировался в оперативной памяти компьютера. Алгоритм математической обработки массива включал в себя вычисление моды (Мо), амплитуды моды (АМо), индекс вегетативного равновесия (ИВР), вегетативный показатель ритма (ВПР), показатель адекватности процессов регуляции (ПАПР), индекс напряжения регуляторных систем (ИНрс). Методами математической статистики определяли среднее арифметическое (М), среднее квадратическое отклонение (у), ошибку выборки (m).

Проверку гипотезы достоверности различий параметров ритма сердца осуществляли по t - критерию Стьюдента.

Для того чтобы увидеть особенности изменения баланса отделов вегетативной нервной системы у студентов обоих факультетов методом сигнальных отклонений (+/- 0,3у) в каждой из групп студентов были определены 3 типа вегетативных регуляций парасимпатический (ПСТ), нормотонический (НТ), симпатикотоническим (СТ).

Первоначальный сравнительный анализ показатель ритма сердца студентов обоих факультетов позволили выявить тенденцию избыточного влияния симпатоадреналового контура регуляции на показатели ритма сердца у студентов факультета музыкально-педагогического по сравнению с испытуемыми факультета физической культуры. У последних величины индекса напряжения регуляторных систем, показателя адекватности процесса регуляции, индекса вегетативного равновесия и вегетативного показателя ритма были несколько ниже.

Заслуживает внимания факт количественного преобладания маргинальных типов в группах обоих факультетов (в группе факультета музыкально педагогического парасимпатический имели 12 человек, нормотонический - 5, симпатикотоническим - 8; в группе факультета физической культуры парасимпатический имели 9 человек, нормотонический - 6, симпатикотонический - 8 человек).

Показатели вариационной пульсометрии у студентов обоих факультетов, имеющих парасимпатический тип вегетативных регуляций не имели достоверных различий. У студентов музыкально педагогического факультета с нормотонический типом достоверно выше индекс напряжения регуляторных систем (Р‹ 0,05), по сравнению с испытуемыми факультета физической культуры. Наконец, студентам музыкально педагогического факультета с симпатикотоническим типом имели наиболее высокие показатели амплитуды моды (48,41±4,00) индекс напряжения регуляторных систем (147,07±20,54), показатель адекватности процессов регуляции (73,82±44,05), индекс вегетативного равновесия (193,99±24,77), которые достоверно превышали (Р‹ 0,05) величины аналогичных параметров у студентов факультета физической культуры, имеющих тот же тип вегетативных регуляций.