Мозг и его потребности. От питания до признания Дубынин Вячеслав
Парасимпатика разделена на две зоны. Большинство соответствующих нейронов находятся в головном мозге, и еще немного – в крестцовых сегментах.
Нейроны, расположенные в крестцовых сегментах, работают с органами таза, а расположенные в головном мозге – с органами головы, грудной клетки и брюшной полости. Как известно, у нас 12 пар черепных нервов. Так вот, третий нерв управляет диаметром зрачка и формой хрусталика, седьмой – слезными железами, седьмой и девятый на пару – слюнными железами. Но самый главный, просто монстр вегетативной регуляции, – это нерв номер 10, он называется блуждающий, по-латыни – vagus. Когда его анатомы описывали, то были удивлены, насколько широко он ветвится. Блуждающий нерв выходит из головного мозга, спускается вдоль пищевода по шее, и дальше его отростки распределяются по всей грудной клетке и брюшной полости, как будто он тут заблудился.
Итак, парасимпатическая система ослабляет работу сердца (уменьшает силу и частоту сердцебиений), снижает кровяное давление, активирует ЖКТ, сужает зрачок, уменьшает диаметр бронхов. Симпатическая система поступает наоборот: расширяет зрачок и бронхи, тормозит ЖКТ и др. Если вы запомнили, что симпатика – это стресс, то ответ на вопрос, а что делает она с бронхами, достаточно логичен – когда стресс, нам нужно больше воздуха, значит, надо бронхи расширять. Когда стресс, нужно, чтобы больше информации попадало на сетчатку, – будем расширять зрачок. Понятно, что при стрессе происходит активация работы сердца и т. д.
Часть органов, например большинство сосудов тела, имеют более простую иннервацию, с ними работает только симпатическая нервная система, и для них достаточно только ее влияний. Симпатика сужает сосуды и тем самым поднимает кровяное давление; потовые железы и надпочечники (точнее, их мозговое вещество, выделяющее адреналин) тоже подчиняются только симпатической системе. Поэтому правильно говорить так: «Большинство органов управляются как симпатикой, так и парасимпатикой, но часть – только симпатическими влияниями».
Часть рефлекторных дуг в спинной мозг может и не заходить, а идти через вегетативные ганглии обратно к органу. То есть даже спинной мозг иногда не занимается проблемами управления гомеостазом, и это опять же хорошо.
Большинство симпатических ганглиев находятся недалеко от спинного мозга, рядом с позвоночником. Парасимпатические ганглии – в основном в стенках внутренних органов; по месту расположения они тяготеют к своим «мишеням».
Иногда (например, в случае ЖКТ) это даже не ганглий, а распределенная в пространстве сеть нейронов, опять-таки способная самостоятельно решать многие вопросы, связанные с гомеостазом.
Нервы выходят из спинного мозга и должны протискиваться между позвонками, поэтому состояние позвоночника очень важный фактор здоровья. Если позвонки из-за сколиоза сдвинулись в сторону, то, к сожалению, есть шанс, что они нажмут на веточку какого-нибудь нерва. И в результате у человека изменится кожная чувствительность или будут проблемы с какой-то мышцей или внутренним органом. С грудных сегментов, например, идет управление желудка, и если соответствующий нерв придавлен, то желудок может начать выделять больше HCl и пищеварительных ферментов, чем требуется. В итоге возникнет гастрит, и человек будет лечиться от гастрита и от болей в желудке. А на самом деле его проблема создана защемлением нерва в позвоночнике. Когда говорят, что половина проблем со здоровьем связана со спиной, – это не очень большое преувеличение.
Подобного рода проблемы – плата за наше прямохождение. Как известно, обезьяны встали на задние лапы не очень давно, максимум 10 млн лет назад, а это с эволюционной точки зрения не самый большой срок. Встали наши предки на задние лапы, чтобы взять в руки палки и камни и отбиваться от хищников, а потом – чтобы завоевывать этот мир. Но платим мы за это достаточно тяжелую цену. Есть целый ряд неприятностей, связанных с прямохождением, которые эволюция до сих пор не решила. Например, кривая спина и варикозное расширение вен ног (из-за застоя крови). Еще проблема – это тяжелые роды, потому что изменилась структура таза. Голова ребенка при родах с трудом проходит сквозь кольцо из тазовых костей («отверстие малого таза»). И что делать с этим, непонятно, поскольку голова нужна побольше, чтобы ребенок умнее был, а тазовые кости твердые.
Чтобы избежать излишних проблем, относитесь к собственной спине с повышенным вниманием. К позвоночнику нужно всегда относиться бережно.
Ощущения, которые можно определить так: «Что-то с моими внутренними органами не так», часто связаны со смещением позвонков.
Лордозы, кифозы, сколиозы нас постоянно подстерегают из-за распространения сидячего образа жизни. Некоторые люди неправильно сидят рефлекторно, потому что если сядут попрямее, тогда спина заболит, а если изогнутся – то им вроде и не больно. Это происходит из-за того, что у нашего организма есть особенность: если что-то болит, то функцию, связанную с болью (например, сидеть прямо, или полностью наступать на поврежденный голеностоп, или жевать на ноющем правом нижнем коренном зубе), мы перестаем выполнять. Считаем, что здоровы, а на самом деле просто замаскировали проблему (сидим, согнувшись, или прихрамываем, или используем для жевания левую часть ротовой полости).
Подумайте, прежде чем давать телу серьезные физические нагрузки. Особенно надо беречь шейные позвонки, они ведь самые маленькие, совсем крохотные. Когда, например, человек встает на голову, становится страшно от того, что с ними может произойти беда. Конечно, если он сначала полгода качал мышцы шеи, скорее всего, ничего не случиться. А если прямо сегодня утром решил стать йогом и уже на голове стоит – то караул! Чуть треснет позвонок – и все! Несостоявшийся йог будет потом долго лечиться… Так что, пожалуйста, к спине понежнее относитесь, обращайте внимание на состояние своего позвоночника и при появлении болезненности обязательно обращайтесь к врачу.
Управление вегетативной нервной системой
Так как симпатические и парасимпатические сигналы конкурируют на уровне конкретных внутренних органов, то понятно, что симпатические и парасимпатические синапсы должны использовать разные медиаторы. Как же без этого будет решаться вопрос их баланса? И если медиатор, скажем, симпатической системы будет нести активационный сигнал, то парасимпатической, соответственно, – тормозный. Или, наоборот, все зависит от органа. Действительно, на нейромедиаторном уровне мы видим, что парасимпатическая система передает свои сигналы прежде всего с помощью вещества, которое называется ацетилхолин. Симпатика, как правило, использует уже не раз упоминавшийся норадреналин. Норадреналин и в головном мозге работает во время стресса (о голубом пятне рассказывалось в главах, посвященных страху и агрессии).
Если мы хотим управлять внутренними органами (а мы хотим ими управлять), надо искать пути, возможности эти сделать. Сознательным посылом мы не можем сказать сердцу: «Бейся реже», по крайней мере если 20 лет не медитировали где-нибудь в Гималаях. Тут таблетка, которая вызывает актуальные для здоровья человека эффекты, очень уместна. Речь идет прежде всего о гипертонии, которая широко распространена среди людей старшего возраста. Более того, это заболевание активно «молодеет», и если не справляться с гипертонией вовремя, то инфаркт и инсульт поджидают не за горами.
Дедушкам и бабушкам приходится всерьез заботиться о сердце, и это неспроста, именно сердечно-сосудистая система является «слабым звеном» нашего организма. Она быстрее всех изнашивается, поскольку постоянно активно работает.
Сердце сокращается раз в секунду и даже чаще, и так всю жизнь. Представьте, если бы вам надо было отжиматься раз в секунду и долго жить в этом режиме: «Упал-отжался, упал-отжался». Отжиматься раз в секунду 50 лет, а лучше – 100. Представили? Тяжело! А сердце работает именно так, поэтому неудивительно, что оно изнашивается. Вполне ожидаемо изнашиваются и сосуды, по которым все время под серьезным давлением течет кровь. Поэтому, конечно, потребность в лекарственных препаратах, которые имитировали бы эффекты симпатики и парасимпатики, колоссальна. Сотни миллионов людей во всем мире, а может быть, даже миллиарды используют подобные препараты практически ежедневно. Прежде всего чтобы контролировать деятельность сердца, а также для управления работой бронхов, кишечника, половой системы и так далее.
Растения в ходе эволюции создали большое количество токсинов, влияющих на симпатические и парасимпатические синапсы. Растения вырабатывают такие токсины, чтобы «отбиваться» от травоядных животных, чтобы животные их меньше ели, а лучше бы – вообще не ели. Съел один раз – отравился, запомнил, как этот цветочек или травка выглядят, и больше никогда не прикасаешься. И детям-внукам не велишь.
Народная медицина токсические эффекты растений использует для лечения. Если, например, взять вещество, останавливающее сердце, и сильно разбавить его, можно получить препарат против гипертонии, который будет заставлять работать сердце немного слабее. Если, например, токсин вызывает судороги, то можно его разбавить и получить психостимулятор. Соответственно, на основе токсинов растений были созданы первые лекарства, с помощью которых можно регулировать гомеостаз и помогать нашему организму решать различные проблемы.
Вещества, которые функционируют как медиаторы в тех же синапсах, влияя на те же белки-рецепторы, называют агонистами, а те, которые работают «наперекор», то есть мешают медиаторам решать специфические задачи, называют антагонистами.
Приведем примеры некоторых из этих соединений.
Вещество мускарин (токсин мухомора) имитирует эффекты парасимпатической системы. Понятно, что большая доза мускарина остановит сердце. Даже само название «мухомор» говорит, что это вещество вряд ли полезно для мух… и для людей тоже.
Атропин – известный токсин пасленовых растений, таких как белена, белладонна, дурман. Атропин мешает работать ацетилхолину, это классический антагонист ацетилхолина. Он может вызвать такое сердцебиение, что сердце буквально выйдет из строя. Почему? Потому, что на сердце сходятся симпатические и парасимпатические влияния. И если атропином выключить парасимпатику, то симпатические влияния резко усилятся. Баланс будет катастрофически нарушен, сердце начнет биться с частотой 150–200 ударов в минуту. В этом случае хорошего самочувствия точно не будет, да и до инфаркта недалеко. Атропин при закапывании в глаза сильно расширяет зрачки, что, наверное, видел каждый.
Никотин – вещество, тоже похожее на ацетилхолин. Но специфика нашего организма такова, что в основном влияет он на головной мозг. В последней главе мы еще вернемся к никотину и механизмам его действия.
Норадреналин и адреналин на уровне химической формулы очень похожи (отличие только в небольшой метильной группе). Норадреналин – медиатор симпатики, а еще – голубого пятна; адреналин – главный гормон мозгового вещества надпочечников. При введении в качестве лекарственных препаратов они действуют примерно одинаково, вызывая симпатические эффекты. Вместе с тем адреналин, в отличие от норадреналина, расширяет коронарные сосуды (сосуды сердца), а это порой очень важно. Когда перед врачом стоит цель лечить гипертонию, нужны молекулы, мешающие адреналину и норадреналину, то есть их антагонисты. Из этих важнейших веществ (например, атенолола) изготовляют жизненно важные лекарства.
Используют в клинике и вещества, подобные норадреналину; из них получаются кардиостимуляторы. Препараты с такими свойствами нужны для того, чтобы сердце билось активнее. А еще агонисты норадреналина и его рецепторов необходимы, чтобы расширять бронхи при астме; с этой целью их выпускают в специальных баллончиках для ингаляции. Наконец, такие вещества требуются, чтобы сужать сосуды слизистой носовой полости при насморке. Известные многим нафтизин и галазолин весьма похожи на норадреналин; они помогают избавиться от реакции воспаления, тормозят выделение слизи.
С помощью лекарственных препаратов, влияющих на вегетативную нервную систему, мы помогаем нашему организму поддерживать гомеостаз, поскольку на уровне просто волевого усилия это не получается.
Не удастся волевым усилием приказать: «Насморк, ну-ка прекратись!» – а вот с помощью нафтизина можно…
От чего зависит здоровье и продолжительность жизни
То, насколько качественно работает наша вегетативная нервная система и центры, которые принимают информацию от внутренних органов, определяет наш уровень здоровья и даже продолжительность нашей жизни.
Зоологи, которые изучают и сравнивают различных позвоночных животных, прежде всего млекопитающих, вывели эмпирическое уравнение связи продолжительности жизни с параметрами организма:
L = 5,5 Е 0,54 S –0,34 M –0,42,
где E = масса мозга, S = масса тела, M = скорость обмена веществ.
Формула означает, что продолжительность жизни млекопитающего L (в годах) увеличивается при росте массы мозга Е (в граммах), снижается при росте массы тела S (в граммах) и также снижается при росте скорости обмена веществ М (в калориях на грамм за час).
Начнем со скорости обмена. Здесь у Homo sapiens все неплохо: человеческие 36,6 – это весьма низкий показатель, и наш организм «сгорает» довольно медленно. Еще более приятная новость состоит в том, что параметры E и S тесно связаны, и, когда биологический вид в ходе эволюции увеличивает массу, мозг тоже обычно пропорционально увеличивается. Отчасти эти два процесса компенсируют друг друга, но все же показатель степени при параметре E выше по абсолютному значению, чем при параметре S. То есть большое существо с мозгом, составляющим 1 % от массы тела, будет жить дольше, чем маленькое существо с аналогичным (1 % от массы тела) мозгом. Мы – крупные млекопитающие, и это хорошо. И наконец, самое важное: в разных отрядах млекопитающих мозг составляет разную долю от массы тела. Обезьяны с этой точки зрения – лидеры.
Выдающаяся бразильская исследовательница нейроанатом и нейроцитолог Сюзана Геркулано-Хузель[[48] ] провела на данный момент довольно полный анализ параметров мозга рептилий, птиц, млекопитающих и убедительно показала: у обезьян в принципе крупный (по отношению к массе тела и в сравнении с грызунами, хищными, копытными) мозг. Он крупный у игрунок, капуцинов, павианов, человека. Пропорция примерно стабильна, и из этого ряда выпадают только наши ближайшие родственники – гориллы, шимпанзе, орангутаны. У них пропорция меньше, и С. Геркулано-Хузель пишет о них как о «приматах со слишком большим телом», необходимым для переваривания значительного количества растительной пищи. Мы же в эту ловушку не попали, поскольку стали использовать огонь и термически обрабатывать еду, но это уже отдельная история…
Для нас, Homo sapiens, все это особенно важно еще и потому, что на самом деле обезьяны – довольно примитивные плацентарные. Если взять представителей других отрядов, то по структурно-функциональному совершенству большинства систем организма приматы окажутся ниже.
Самые примитивные ныне живущие плацентарные, как известно, – это насекомоядные. К ним относятся ежики, кроты, землеройки. Второе место по примитивности занимают летучие мыши, третье – лемуры и обезьяны. А вот дальше идут различные копытные, хищные, китообразные, грызуны, хоботные и так далее. У Ноmо sapiens многие системы довольно несовершенны. Например, зубы. У большого числа «нормальных» млекопитающих зубы самозатачивающиеся либо постоянно обновляющиеся. Например, у слона по мере стирания коренных зубов (а их всего четыре) растут новые. Так бы и человеку! Тогда дантисты были бы не нужны. Или, например, потовые железы. В таком количестве потеть для сухопутного существа неэкономично. При потении мы теряем соли и много воды, что весьма непросто восполнять.
То есть, строго говоря, у нас довольно плохо устроенный организм. Но этим несовершенным организмом управляет замечательный мозг, который научился компенсировать недостатки телесной организации. Поэтому человек среди млекопитающих своего размера живет дольше всех. Если сравнить небольшого оленя или пантеру весом 60–70 кг и человека, то мы увидим, что человек живет дольше, и это, конечно, замечательно. Мы должны благодарить наш мозг за точность регуляции.
Подобная ситуация наблюдается и в случае другого класса теплокровных позвоночных – птиц. Вороны и попугаи – это группы с самым большим (по отношению к массе тела) мозгом. Всем, наверное, известно, что они долго живут, по крайней мере заметно дольше других птиц.
Причина наблюдающихся закономерностей, по-видимому, в том, что рефлекторные дуги, которые управляют гомеостазом, только в основе своей врожденные. В процессе жизни мозг учится реализовывать вегетативные навыки все лучше и лучше. Это происходит практически без участия сознания.
Особенно важен в этом смысле первый год жизни. Ребенок родился, и, казалось бы, что он делает первые полгода? Спит, ест, пачкает памперсы – и все. Но, оказывается, именно сейчас, в начальные пять-шесть месяцев жизни наиболее интенсивно формируются и настраиваются важнейшие гомеостатические программы. В это время, еще не очень интенсивно реагируя на окружающий мир, мозг ребенка учится управлять сердцем, сосудами, кишечником. И от того, насколько удачно новорожденный прошел первые полгода-год жизни, потом зависит уровень его здоровья и конечная продолжительность жизни. Поэтому так опасны, например, ранние тяжелые инфекционные заболевания. Плохо на состоянии мозга отражается материнская депривация. И конечно, ребенку для здоровья крайне желательно нормальное грудное вскармливание.
Важно, чтобы в первые месяцы после появления на свет младенцу было максимально комфортно. В этот период закладывается уровень его здоровья на всю жизнь.
Конечно, потом мы можем этот уровень корректировать за счет сознательных усилий, зарядки, диеты, закаливания, режима дня и т. д., но первый год в этом смысле колоссально значим.
Большинство систем нашего организма рассчитаны примерно на 40 лет беспроблемной работы. Продолжительность жизни людей в каком-нибудь первобытном племени, например в Амазонии или в джунглях Борнео, составляет примерно 30–35 лет. А если вокруг тигры бродят и ядовитые змеи ползают, то еще меньше. То есть продолжительность жизни человека в обществах, приближенных к первобытным, крайне невелика. И до проблем с инсультом, инфарктом, онкологией, а тем более до болезни Альцгеймера человек раньше вообще не доживал. Слишком велика была вероятность, что мужчину к 30 годам убивали дикие звери во время охоты или он погибал в стычках с соседним племенем. А бедная женщина после первой же овуляции шла замуж и, начиная с 12–13 лет, рожала, потом еще и еще, каждый год. Понятно, что к 30 годам она могла родить 10–20 детей, две трети из которых умирали от инфекционных заболеваний и травм. Организм женщины к этому возрасту был уже в полностью разбитом состоянии.
Делаем вывод, что исходного ресурса на 100, на 200 лет жизни в нашем организме нет. Но если дать возможность человеку жить в комфортных и цивилизованных условиях, обеспечить его антибиотиками, прививками, стентами, кардиостимуляторами, своевременной хирургией, иммуно- и химиотерапией, то он, конечно, проживет дольше.
По сравнению с первобытным обществом в последние века заметно улучшились питание и гигиена. Благодаря вакцинации и антисептикам, пенициллину, стрептоциду и их «собратьям» к середине XX века человечество стало жить на 20–30 лет дольше. И это в масштабе планеты. Люди практически во всех странах стали перешагивать через 50-летний рубеж достаточно просто. И следующий слой массовых проблем составили сердечно-сосудистые заболевания.
После 40 лет у человека сердце стареет, хуже работают клапаны, аорта уже не такая эластичная. Гипертония у половины населения фатально начинает развиваться посто из-за того, что происходит старение.
Поэтому контроль параметров сердечно-сосудистой системы особенно важен, сейчас в России сердечно-сосудистые заболевания – это основная причина смертности.
Смертность от болезней, связанных с сердечно-сосудистой системой, в России составляет более 50 % случаев. Заметно меньше (но тоже очень много) гибнет от онкологии – около 20 %; онкология – это в основном проблемы с иммунной системой. Смерти от травм, самоубийств, автокатастроф и прочих несчастных случаев дают около 10 %; «быстрые» инфекции уносят жизнь тоже почти 10 % (в большинстве своем это старики). Остальное – нейродегенерации, гормональные заболевания, СПИД, туберкулез, гепатиты…
Сейчас средняя продолжительность жизни в Российской Федерации превысила 70 лет. В 1990-е годы она, в сравнении с СССР, значительно снижалась в связи с тяжелой экономической ситуацией. С 2002–2004 гг. средняя продолжительность жизни стабильно увеличивается. При этом Россия пока не входит даже в первую сотню стран с наивысшей продолжительностью жизни; весьма многие развитые страны уже шагнули за рубеж в 80 лет. Причиной того, что мы серьезно отстаем по этому параметру, является не только экономика и уровень развития и доступности медицины, но также масса других проблем, связанных прежде всего со спецификой образа жизни: массовое курение, тотальное потребление больших количеств алкоголя, высокий уровень правонарушений (и доли населения в «местах не столь отдаленных»). По этим-то показателям мы в первой пятерке. А еще – наркомания, СПИД, травмы.
Характерны и половые различия. Даже в самых развитых странах женщины живут на три-пять лет дольше мужчин. Почему – с удовольствием объяснят генетики. Если кратко, то Y-хромосома, конечно, доминантная (именно она определяет мужской пол), но размер у нее маленький, и в ней нет более 500 генов, которые есть в X-хромосоме. В итоге женщины, у которых две X-хромосомы, более защищены от мутаций: если какой-то ген, присутствующий в Х-хромосоме, поврежден, то в ее гомологичной паре есть запасной. У мужчин такая «страховка» отсутствует, у них только одна Х-хромосома. Это, конечно, повышает комбинативную изменчивость в популяции (что выгодно для вида вообще), но одновременно делает мужчин более уязвимыми в отношении наследственных составляющих многих заболеваний. В нашей стране разница между продолжительностью жизни мужчин и женщин просто вопиющая – 10–12 лет, мужчинам особенно непросто живется в России.
Как мозг управляет дыханием
Давайте подробнее разберемся, как мозг управляет гомеостазом, на примере дыхательного центра и ответим на вопрос: как мы дышим?
Главные дыхательные центры находятся в продолговатом мозге и мосту (рис. 10.3). Там располагаются популяции так называемых инспираторных и экспираторных нейронов (in – внутрь, нейроны вдоха; ex – наружу, нейроны выдоха). Ключевую роль в процессе играют инспираторные нейроны-пейсмекеры («водители дыхательного ритма»). Они с характерной для определенного биологического вида частотой генерируют импульсы, запускающие вдох (скажем, 100 раз в минуту у лабораторной крысы). Термин «пейсмекер» происходит от английского слова рacemaker – создатель ритма. В рок-группах ударник является пейсмекером, и, скажем, Ринго Старр – это пейсмекер.
Рис. 10.3. На верхней схеме показана принципиальная организация системы, управляющей дыханием человека. Центры вдоха (инспираторные) и выдоха (экспираторные) находятся в продолговатом мозге и мосту. Запуск вдоха реализуют нейроны-пейсмекеры («генератор ритма»), передающие импульсы на замкнутый контур нервных клеток (схема внизу), после чего сигнал поступает на мотонейроны спинного мозга. На следующем этапе активируются мотонейроны спинного мозга, запускающие сокращение дыхательных мышц. На работу данной системы значительное влияние оказывают хеморецепторы кислорода и углекислого газа
От клеток-пейсмекеров сигнал передается другим инспираторным нейронам продолговатого мозга и моста. На следующем этапе он опускается в шейные и грудные сегменты спинного мозга, мотонейроны которых непосредственно запускают сокращения диафрагмы и межреберных мышц. За счет выполняемой мышцами работы стенки грудной клетки, а за ними и легкие начинают расширяться, растягиваться. Запускается вдох, в ходе которого воздух в нарастающем объеме поступает в альвеолы.
В стенках легких и грудной клетки есть специальные нервные волокна – рецепторы растяжения (примерно такие же, как в стенках крупных сосудов, кишечника). Сигнал от этих рецепторов способен тормозить инспираторные нейроны и активировать экспираторные, и по мере наполнения легких данный сигнал становится все сильнее (классический пример срабатывания «обратной связи»). В результате при определенном уровне растяжения легких вдох останавливается и запускается выдох.
Врожденно заданная частота дыхания взрослого человека во сне составляет около 1 раза в 5 секунд (примерно 12 раз в минуту). Это значение – «базовая» частота срабатывания наших нейронов – водителей дыхательного ритма. Ее нужно, как правило, увеличивать в ответ на возникновение дополнительных факторов. Например, появилась физическая или эмоциональная нагрузка, стало душно, жарко. На нейроны-пейсмекеры, генераторы дыхательного ритма, мощно воздействуют сигналы из внутренней среды организма, прежде всего информация о химическом составе крови от хеморецепторов. Речь идет прежде всего о таких колоссально важных показателях, как концентрация кислорода и концентрация углекислого газа в плазме. Кроме того, на нейросети, обеспечивающие вдох, влияют общий уровень бодрствования (достаточно нам проснуться – и частота дыхания повышается до 16–20 раз в минуту), эмоции, стресс, боль, температура тела.
Возможен произвольный контроль процесса дыхания, поскольку вдохом-выдохом занимаются вполне стандартные мотонейроны (а не вегетативные нервные клетки). И если работой сердца мы не можем управлять, то диафрагмой и межреберными мышцами – запросто: захотел – вдохнул, захотел – выдохнул. Это важно, например, для того чтобы говорить: наша речь, произнесение фонем основаны на непрерывной и сложной работе с дыханием.
Но, конечно, все несколько сложнее, и хотелось бы сделать ряд дополнительных замечаний. Например, вдох – довольно длительный процесс, мы вдыхаем, примерно полсекунды или даже секунду. А нейроны-пейсмекеры импульсы выдают очень короткое время – раз, и все разом отработали за 5–10 мс. Как этот короткий залп превратить в длинный вдох? Для этого в дыхательном центре есть специальные замкнутые контуры из нервных клеток. Когда пейсмекеры в этот контур вбрасывают импульсы, разряды нейронов зацикливаются, и далее возбуждение может некоторое время существовать внутри контура (см. рис. 10.3, схема внизу). Параллельно оно «сбрасывается» на спинной мозг, и вдох длится, длится и длится. Иными словами, наличие такого инспираторного контура дает возможность оказывать на мотонейроны шейных и грудных сегментов стабильное активирующее действие. Ситуация циркуляции информации в цепочке нейронов, по сути, является простейшим примером формирования и сохранения памяти. Работа именно этих нейронов, зацикливающих импульсы пейсмекеров, затем тормозится сигналами от растянувшихся легких. В итоге вдох прекращается и начинается выдох.
Разберемся теперь, зачем организму реагировать на концентрацию углекислого газа в крови. CO2 в большом количестве появляется в нашем организме прежде всего при физической нагрузке. Например, кто-то начал приседать, отжиматься или подниматься по лестнице. Мышцы при этом потребляют кислород, выделяют углекислый газ, и, чтобы не задохнуться, человеку необходимо дышать чаще и глубже. Информация о концентрации углекислого газа в крови снимается непосредственно нейронами продолговатого мозга. В состав инспираторных центров входят клетки-хеморецепторы, которые анализируют, сколько в крови CO2, и при его избытке дыхание становится интенсивнее в 10–15 и более раз. То есть пейсмекеры начинают генерировать импульсы с меньшим временным интервалом (частота дыхания человека может доходить до 30–40 раз в минуту). Одновременно с этим инспираторные контуры, удлиняющие вдох, оказываются более возбужденными, и торможение их активности происходит при более высоком уровне растяжения легких (объем каждого очередного вдоха возрастает с 0,5 до 2–3 литров и более).
Но дыхание настолько важно для организма, что рецепторами внутренней чувствительности измеряется не только концентрация углекислого газа, но еще и кислорода. Понятно, что при физической нагрузке параллельно повышается содержание в крови CO2 и снижается содержание O2. Казалось бы, зачем измерять кислород, вполне достаточно углекислого газа? Но нет, проблема в том, что на Земле существует весьма распространенная ситуации подъема в горы. Если вы поднимаетесь вверх на 1–2 км, то воздух там уже несколько разрежен, а на высоте 5 км его просто в два раза меньше, чем на равнине. При этом углекислого газа в крови больше не станет, а кислорода окажется меньше. В этом случае нужно учащать дыхание, ориентируясь уже на кислород. Поэтому у нас в аорте, в каротидном синусе, находящемся на разветвлении наружной и внутренней сонных артерий, располагаются нервные волокна – хеморецепторы О2. Они обеспечивают организму возможность адаптации в случае подъема в горы, не говоря уже о том, что немалая часть населения планеты живет на высоте километр-два, и даже больше, над уровнем моря.
Важную роль в процессе дыхания играют бронхи. Близкий к стандартному диаметр бронхов обеспечивает нормальную вентиляцию легких, а одной из распространенных дыхательных патологий является воспаление дыхательных путей. При этом в бронхах и бронхиолах развивается реакция на инфекцию либо аллерген – отек стенок, затрудняющий дыхание. Если это аллергия, то часто говорят об аллергической астме, а если инфекция – то для начала о бронхите. В любом случае мы замечаем неполадки в системе, когда возникает кашель. Для того чтобы ослабить симптоматику, можно использовать вещества, похожие на норадреналин. Как вы помните, симпатическая система увеличивает просвет бронхов, и, соответственно, агонистами норадреналина мы можем расширить даже воспаленные дыхательные пути. Когда-то в ингаляторах использовался эфедрин; сейчас – гораздо более избирательно действующий сальбутамол (не оказывает кардиостимулирующего влияния).
Аллергия практически вездесуща при современном образе жизни. Под аллергией понимают повышенную чувствительность организма к воздействию некоторых веществ или факторов окружающей среды. Она возникает тогда, когда иммунная система реагирует на потенциально безвредные вещества. Вообще-то эволюцией она создана для того, чтобы реагировать на молекулы, характерные для бактерий и вирусов. Но иногда иммунная система «озлобляется», и организм начинает бурно реагировать на какой-нибудь вид еды, или на пыльцу растений, или на шерсть любимой кошки, или, скажем, на хитин невидимых глазу пылевых клещей.
Пылевые клещи – это очень маленькие паукообразные. Их известно около 150 видов, и они вездесущи. Если у вас дома есть ковры, которым больше двух лет, или любимые мягкие игрушки, или вашей подушке уже два года исполнилось, то внутри клещи есть обязательно. Даже если подушки, матрасы и ковры сделаны из самых экологически чистых материалов: шерсти, волокон бамбука и т. д., клещам эти материалы тоже подходят. Единственное, что им не очень подходит, – это синтетика, но во время сна у человека слущиваются чешуйки кожи. Этих чешуек клещам хватает для питания, и даже на полностью синтетической кровати клещи все равно живут. Поэтому, если у вас появилась аллергия на так называемую домашнюю пыль, только чистота вас может спасти. Надо все белье серьезно стирать, почаще делать влажную уборку в комнате, купить мощный фильтр для воздуха.
Лучший способ справиться с аллергией – понять, что для вас аллерген, и удалить его из своего окружения и из своей жизни.
Вам «прописана» разлука с этим аллергеном надолго, может быть, навсегда.
Постарайтесь больше никогда не есть креветки, если в них причина вашей аллергии, а любимую кошку, к сожалению, лучше всего отдать родственникам. По крайней мере на несколько лет расстаньтесь с источником аллергии, потом проверьте еще раз. Потому что аллергические проявления иногда со временем ослабевают.
И еще: возникновение аллергии (а точнее, гиперчувствительности иммунной системы первого типа) нередко обусловливается тем, что называют «аллергический прорыв». То есть происходит поступление аллергена в большом количестве в кровь в некий несчастливый для вас момент времени. Скажем, наелись в отеле «все включено» креветок или кальмаров «от пуза». Или красили на даче весной забор, а рядом «пылила» березка (органические растворители резко повышают проницаемость дыхательных путей для аллергенов). Или случился у вас бронхит, а вы, как обычно, спали в обнимку с любимой кошкой. Так что будьте бдительны, не провоцируйте иммунную систему, а то как начнет синтезировать иммуноглобулины Е (именно они отвечают за аллергические реакции) – мало не покажется…
Работа сердца тоже связана с пейсмекерами, но это существенно иные пейсмекеры, если сравнивать с дыхательными центрами. Водители ритма в случае вдоха – это нейроны, и они расположены прямо в головном мозге. В сердце же ритм генерируют видоизмененные мышечные клетки (кардиомиоциты, почти не способные сокращаться), которые находятся в верхней части правого предсердия (рис. 10.4). У человека они примерно один раз в секунду самопроизвольно (без дополнительных внешних воздействий, что характерно для всякого пейсмекера) формируют электрический импульс. Далее этот импульс быстро распространяется по всей мышечной массе сердца. Именно он запускает сокращение «обычных» клеток сердца (мощно сокращающихся кардиомиоцитов), и наш «пламенный мотор» бьется, бьется и бьется всю жизнь.
Рис. 10.4. Регуляция сердечных сокращений за счет воздействий вегетативной нервной системы на клетки-пейсмекеры правого предсердия. Обозначения: 1, 2 – сосудодвигательный (управляющий работой сердца и тонусом сосудов) центр продолговатого мозга и моста и поступающие из него команды; 3 – влияния рецепторов, а также гипоталамуса, больших полушарий и других зон ЦНС; 4, 5 – блуждающий нерв, его ядра и их парасимпатические влияния; 6, 7 – симпатические эффекты (спинной мозг и ганглии): растет не только частота, но и сила сокращений; показано также действие на сосуды (сужение) и надпочечники
Симпатическая и парасимпатическая системы могут вежливо попросить сердечные пейсмекеры: «Пожалуйста, пореже работайте… Ой нет, уже почаще, потому что у нас слишком много углекислого газа в крови!» В этом смысле сердце обладает так называемой автоматией. Оно бьется само, а через симпатику, парасимпатику или гормоны поступает дополнительная информация – сигналы, необходимые, чтобы подстроить его активность под текущую деятельность и состояние всего организма. Решаемые задачи при этом достаточно близки к тем, которые мы уже рассмотрели в случае дыхательной системы. Так, при физической нагрузке становится больше углекислого газа в крови, меньше кислорода, и надо не только чаще дышать, но и интенсивнее прокачивать кровь через легкие. Это сопряженная функция, которую сердечно-сосудистая и дыхательная системы реализуют рука об руку. Стало жарко или возник какой-то стресс – надо опять интенсивнее прокачивать кровь. Самые разные проблемы решаются за счет учащения сердечных сокращений.
Характерно, что парасимпатическая система (блуждающий нерв) работает в основном с клетками-пейсмекерами, то есть влияет прежде всего на частоту сокращений сердца. Симпатические волокна расходятся по сердечной ткани гораздо шире. Они контактируют не только с пейсмекерами (верхняя часть правого предсердия), но и с множеством кардиомиоцитов. Поэтому под действием норадреналина сокращения становятся не только чаще, но и каждое сокращение – сильнее. Это очень важный ресурс усиления кровотока. Адреналин, выделяемый надпочечниками при стрессе, усиливает работу сердца аналогичным образом.
Если активировать парасимпатическую систему (а это можно сделать, сильно надавив на солнечное сплетение или совсем слегка – на глазные яблоки), частота сердечных сокращений и давление крови снижаются. Таблетки, конечно, действуют лучше, но если случилось что-то экстренное, и давление резко подскочило, то небольшой массаж глазных яблок сквозь закрытые веки будет вполне уместен.
Несколько слов о тех проблемах, которые ставит перед сердечно-сосудистой системой резкая смена положения тела в пространстве. Представьте, что вы спали, а потом резко проснулись, потому что будильник зазвонил. «Боже мой, я опаздываю!» Вскочили с кровати и попытались побежать. Что случилось с точки зрения сердца? Только что оно прокачивало кровь по горизонтально расположенному сосудистому руслу, а тут вдруг – раз! – надо поднимать кровь на метр-полтора по вертикали. Понятно, что в тот момент, когда вы вскочили, значительная часть крови «ухнула» в ноги, и сердцу надо быстро наращивать интенсивность и частоту сокращений, хотя бы для того, чтобы мозг (а он – на самом верхнем этаже) не упал в обморок.
Прислушайтесь к своему организму (особенно если он не очень молод), и наверняка заметите, что резкий «подскок» ему явно неприятен и неполезен. Но уже через 10–20 секунд после перехода в вертикальное положение сердце выправляет ситуацию, а точнее, не только сердце, но и вся сердечно-сосудистая система.
Одним из важнейших параметров, которые считываются в этот момент рецепторами внутренней чувствительности, является растяжение аорты – нашего главного сосуда. И если аорта растянута мало, меньше, чем нужно, тогда идет активация симпатической нервной системы, и сердце начинает биться чаще и сильнее. Это реакция на переход из горизонтального в вертикальное положение. В тот момент, когда вы вертикально встали, в сердце остается меньше крови, она уходит в нижние конечности, и тут надо насос заставлять работать активнее. А если, наоборот, аорта слишком сильно растянута, тогда, соответственно, идет парасимпатический сигнал, и сердце бьется слабее.
Кстати, также можно массировать точку, находящуюся там, где сонная артерия входит в нижнюю челюсть и где расположен уже упоминавшийся по поводу рецепции О2 каротидный синус. Такой массаж тоже снижает давление, имитируя чрезмерное растяжение стенок сосудов. Только аккуратнее, пожалуйста, сонная артерия не зря называется сонной, не переусердствуйте в массаже, так можно и в обморок упасть.
Основные проблемы настоящего времени – инфаркты и инсульты
Сердечно-сосудистая система является основной зоной риска, именно она во многом ограничивает продолжительность жизни каждого конкретного человека.
Начиная с возраста 50–60 лет, а иногда и раньше человеку приходится довольно серьезно следить за сердечно-сосудистой системой и помогать своим гомеостатическим механизмам самыми разными способами. Иначе возникают проблемы, причем проблемы смертельно опасные, под названием «инсульт» и «инфаркт».
Многие заболевания связаны не столько с состоянием сердца (пейсмекеров, кардиомиоцитов, клапанов), но с состоянием сосудов сердца – коронарной системой. Это сосуды тоже в зоне риска; всю нашу жизнь они изгибаются вслед за сердцем, от этого возникают микротравмы стенок сосудов, а на этих микротравмах могут нарастать тромбы или образовываться холестериновые бляшки. Это эффекты местного воспаления, которые в итоге начинают мешать кровоснабжению сердца. Крови по коронарной системе протекает меньше, и сердце начнет быстрее утомляться. Это очень серьезно, так как при какой-нибудь нагрузке сердечные клетки могут просто задохнуться («гипоксия»), и тогда возникнет риск инфаркта.
Инфаркт – некроз органа (чаще всего сердца) в связи с острым недостатком кровоснабжения и кислорода.
Факторы риска инфаркта:
гипертония;
недостаточная физическая активность;
избыточный вес;
курение;
избыток холестерина в крови;
тромбообразование;
наследственная предрасположенность.
Что при гипертонии является причиной избыточного давления? Ответ: чрезмерная активность сердца. И за это частичную вину несет описанный выше барорефлекторный механизм, основанный на растяжении аорты и каротидного синуса. У людей с возрастом эластичность аорты, сонных артерий падает, и они хуже растягиваются при нормальной работе сердца. А система нашего гомеостатического контроля интерпретирует это как знак недостаточной активности сердца. В итоге появляется дополнительный (и неправильный) симпатический сигнал, который заставляет сердце биться чаще и сильнее.
И вот уже давление становится не 120 на 80 мм рт. ст., а 140 на 90, а потом и 160 на 100. В такой ситуации возрастает опасность инфаркта или инсульта. Потому что, с одной стороны, перенапрягается сердце, а с другой – повышенное давление в сосудах головного мозга может привести к их разрыву.
Здесь необходимо пояснить, что гипертония может быть вызвана не только старением организма, но и, например, хроническим стрессом. В этом случае повышение кровяного давления развивается раньше, и значения верхнего и нижнего показателей растут примерно на одинаковую величину. В случае возрастной гипертонии нижнее давление, отражающее как раз эластичность крупных артерий, увеличивается гораздо слабее верхнего, может не меняться и у очень пожилых людей даже падать.
В целом получается, что системы гомеостатической регуляции при старении организма часто начинают работать с ошибками. Здесь каждому из нас следует знать хотя бы базовые принципы их функционирования и своевременно обращаться за медицинской помощью, в случае необходимости аккуратно применять различные фармакологические препараты, не забывая о методах хирургической коррекции.
Необходимая диагностика должна включать в себя мониторинг кровеносного давления и оценку состояния сосудов. Врачи смотрят, не образовались ли тромбы, не сузился ли просвет артерий; берут кровь для анализа содержания холестерина и фрагментов фибрина. Дальше, соответственно, назначают препараты, которые тормозят активность сердца, расширяют сосуды, снижают холестерин и свертываемость крови. А в серьезных случаях, применяют хирургическое вмешательство. Хирургические методы сейчас хорошо разработаны, к ним относятся аорто-коронарное шунтирование, баллонная ангиопластика, протезирование стенок сосудов. Один из самых современных и массовых методов – стентирование сосудов сердца. В этом случае внутрь сосуда вставляется сетчатая металлическая конструкция, которая расширяет сжатый сосуд. Стент, например, буквально раздавливает атеросклеротическую бляшку. Стент пожизненно поддерживает форму сосуда, сужение исчезает, кровь начинает свободно поступать в соответствующую часть миокарда. Важно и то, что подобные операции сейчас проходят без вскрытия грудной клетки, просто через крупные сосуды.
Инсульт – это нарушение кровообращения отделов головного мозга, при котором повреждается нервная ткань. Инсульт чрезвычайно опасен и может происходить из-за закупорки/спазма сосудов мозга (ишемический инсульт) либо по причине их разрыва (геморрагический инсульт).
Диагностика и профилактика инсульта подобны диагностике и профилактике инфаркта. Особое значение имеет состояние кровеносных сосудов головного мозга и наличие гипертонии.
При ишемическом инсульте (75–80 % всех случаев инсульта) определенной области мозга не хватает кислорода, и нервные клетки этой зоны повреждаются и даже погибают. При геморрагическом инсульте мозг повреждается кровью, излившейся из лопнувшего сосуда. Этот вид инсульта реже встречаются, но по исходу более тяжелый. Это классический инсульт дачника: пенсионер нагнулся над грядкой и вдруг – раз! Потеря ориентации, нарушения движений, речи… Нужен полный поко – и срочный вызов скорой помощи. Чем быстрее врачи начнут бороться с последствиями инсульта, тем меньшее количество нервной ткани будет необратимо повреждено.
Печальная статистика: к 60 годам уже почти половина населения имеет гипертонию просто из-за того, что стареет аорта и крупные сосуды. А если у человека еще и хронический стресс, то гипертония ему обеспечена в гораздо более раннем возрасте, начиная с 40–45 лет. Что делать? Во-первых, необходимо соблюдать здоровый образ жизни и правильное питание. Очень рекомендуется умеренная физическая нагрузка, достаточный сон, отдых и прочее. Во-вторых, сейчас существует масса разных лекарственных препаратов, которые надо осмысленно применять.
Как правило, для медикаментозной коррекции гипертонии используются две группы препаратов. Первая влияет на сердце и заставляет его работать немного слабее, а вторая расслабляет кровеносные сосуды, потому что симпатические влияния не только активируют сердце, но и зажимают сосуды, опять-таки повышая давление. Так что при гипертонии больному должны быть назначены как минимум две таблетки: для сердца и для сосудов.
Имеются и другие интересные технологии, позволяющие нормализовать кровяное давление. Так, при легкой гипертонии (вызванной прежде всего хроническим стрессом) применяют метод биологической обратной связи – БОС (пока метод не является общепризнанным с точки зрения доказательной медицины). Пациента подключают к специальной установке для формирования БОС. На экране монитора он видит, например, воздушный шар, который летит над лесами и полями, и ему нужно этот шар посадить. Человек должен уловить и запомнить то внутренне состояние, которое позволило осуществить посадку. Он может и не знать, что высота полета воздушного шара на самом деле связана с его кровяным давлением. И посадка происходит, если ему удалось вернуть давление в норму. Но пациент действительно фиксирует это состояние, обучается его воспроизводить. И тогда в реальной жизни за счет этого навыка появляется возможность контролировать кровяное давление (например, при остром стрессе).
Важно понять, что мозг является как бы «пользователем», локализованным внутри тела. Нервную систему можно уподобить «симбионту» внутри большого и сложного организма, который дан нам в пожизненное пользование. Этот организм необходимо беречь – другого нет и не будет.
Важно быть квалифицированным пользователем своего тела. И чем лучше человек знает собственную физиологию, тем лучше для его здоровья, счастья и продолжительности жизни.
Глава 11. Терморегуляция, сон, лень, свобода, удовольствие от движений
Терморегуляция
Продолжая тему гомеостаза, начатую в предыдущей главе, хотелось бы коснуться вопроса терморегуляции. Homo sapiens – теплокровные млекопитающие. Это означает, что существует оптимальная температура тела (всем известные 36,6 ), на функционирование при которой настроен весь наш организм.
Нервной структурой, отвечающей за терморегуляцию, является гипоталамус. В его передней части (так называемая преоптическая область, недалеко от которой в промежуточный мозг входит зрительный нерв) находятся нейроны-терморецепторы, постоянно измеряющие температуру крови (рис. 11.1). Иными словами, для управления температурой тела наиболее значимы характеристики крови, протекающей через мозг. Руки замерзли или перегрелись, дует холодный или обжигающий ветер – это все не так значимо. А вот если мозг остывает (или в нем стало слишком горячо) – на это необходимо оперативно реагировать. В гипоталамус, конечно, поступают сигналы и от терморецепторов кожи («датчиков» тепла и холода), но эта информация играет дополнительную, вспомогательную роль. Терморецепторы гипоталамуса и связанные с ними нейронные дуги врожденно знают, что в мозге должно быть именно 36,6 . Если температура поднимается или падает, гипоталамус с помощью прежде всего вегетативной нервной системы способен возвращать организм к ее оптимальному значению.
Черной стрелкой отмечено повышающее температуру влияние на гипоталамус молекул, образующихся в ходе воспалительных реакций; стрелками со звездочкой показано действие жаропонижающих препаратов, блокирующих образование простагландинов.
Рис. 11.1. Основные события и факторы, определяющие терморегуляцию организма человека. Черной стрелкой отмечено повышающее температуру влияние на гипоталамус молекул, образующихся в ходе воспалительных реакций; стрелками со звездочкой показано действие жаропонижающих препаратов, блокирующих образование простагландинов
Когда кровь становится слишком горячей, нужно сбросить лишнее тепло. Основной механизм, который при этом используется, – расширение сосудов кожи. Сигнал, вызывающий такое расширение, подразумевает в основном торможение части нейронов симпатической системы. Поверхность нашего тела разогревается (порой вполне отчетливо краснеет из-за увеличения притока крови), и тепло улетучивается в окружающее пространство. Если данной реакции не хватает, включается второй механизм охлаждения – потоотделение. Генерируется специальный симпатический сигнал, воздействующий на потовые железы. Получается, что в ситуации перегрева часть симпатики подтормаживается (расширение сосудов), а часть – активируется (запуск потовых желез). Выделяющийся пот – это прежде всего охлаждающая жидкость, она улетучивается с поверхности кожи, и мы остываем.
Наконец, если стало совсем тяжело, сигнал от гипоталамуса: «Жарко, жарко!» – достигает коры больших полушарий, и человек что-то делает: снимает лишний свитер, прячется в тень или включает кондиционер. То есть, когда перегрев осознается, мы на поведенческом уровне помогаем гипоталамусу, запуская те или иные последовательности движений, которые, как правило, являются результатом нашего обучения. Но в стандартных, простых ситуациях факт перегрева необязательно достигает сознания, и гипоталамус сам прекрасно справляется с отклонениями температуры тела в несколько десятых долей градуса.
Примерно такая же история – с охлаждением. Если кровь стала холоднее, чем 36,6 , буквально на 0,1–0,2 градуса, гипоталамус запускает сужение сосудов кожи, что снижает теплоотдачу с поверхности тела. Это очевидно симпатическая реакция, и все мы прекрасно знаем, что не только на холоде, но и просто в прохладном помещении у нас постепенно начинают мерзнуть руки, ноги, нос, уши. Получается, что это мелочи, вполне предопределенная гомеостатическими нейронными контурами рефлекторная реакция, и главное, чтобы гипоталамус не остыл.
Следующий уровень регуляции температуры при охлаждении – включение дрожи и реакции, для описания которой используется термин «пилоэрекция».
Дрожь появляется, если начинают непроизвольно сокращаться мышцы, а когда это происходит, мышечные клетки вырабатывают довольно много тепла. Получается, что целенаправленного движения не наблюдается, а просто идет генерация тепловой энергии. Можно на сознательном уровне не доводить организм до дрожи, а, когда стало холодно, 20–30 раз присесть или 10–15 раз отжаться – и этим прекрасно помочь своему организму.
Реакция пилоэрекции – это попытка поднять несуществующую шерсть.
Мурашки, которые появляются на коже, – результат сокращения мелких мышц дермы, то есть реакция, которая млекопитающим, покрытым шерстью, и птицам, покрытым перьями, на холоде очень полезна. Потому что чем толще слой шерсти или перьев, тем лучше термоизоляция. Распушившиеся на морозе воробей или кот гораздо меньше теряют тепла, а у белого медведя или полярной совы эффективность термоизоляции приближается к характеристикам космического скафандра. У нас, вышедших из жаркой Африки Homo sapiens, серьезной шерсти давно нет, однако пилоэрекция сохранилась в качестве рудимента. Видно, что волоски на коже встают дыбом, но тепла от этого вряд ли можно ждать.
Кроме мурашек на холоде человек часто синеет (из-за спазма сосудов в коже замедляется кровоток, и кровь становится более венозной, теряет кислрод, темнеет). Посинение, мурашки и цоканье зубами – явные знаки того, что организму холодно. Когда в детстве мы наконец-то выходили из моря или речки, отреагировав на родительские вопли: «Хватит уже, сколько можно купаться!» – наши мамы и папы по этим реакциям прекрасно видели, что ребенка надо отогревать. Взрослый человек обычно себя до такого состояния не доводит. Мы осознаем: «Стало холодновато…» – и выходим из реки, или надеваем свитер, или включаем отопление. Родители, бабушки и дедушки тратят довольно много сил, чтобы научить ребенка обращать внимание на слабые сигналы гипоталамуса о переохлаждении либо перегреве. Забота о том, чтобы ребенок, выходя на мороз, не забыл надеть правильные пальто и шапку, прописана в родительских программах, потому что здоровье детеныша – прежде всего.
Система терморецепторов чувствительна к так называемым простагландинам. Это особая группа химических соединений, которые возникают при воспалительных реакциях. Когда в организме в каком-то месте случается воспаление, то из мембран поврежденных клеток синтезируются простагландины. Это признак, например, вирусной или бактериальной атаки. Простагландины (наряду с цитокинами – пептидными молекулами, сигналами иммунной системы) мобилизуют организм для борьбы с инфекцией. Мы много раз упоминали медиаторы – вещества, при помощи которых передает информацию нервная система; периодически разбирались с гормонами – соединениями, обеспечивающими эндокринную регуляцию. Цитокины – третья обширная группа управляющих молекул, их для передачи сигналов используют иммунные клетки, а иногда и другие группы клеток, участвующие в процессах воспаления, реакциях на инфекцию, травму и др. И цитокиновые сигналы не менее важны, чем гормональные или нейромедиаторные.
Итак, простагландины – это молекулы, которые влияют на центр терморегуляции. Таким же действием обладают и некоторые цитокины, выделяющиеся в очагах воспаления. Весь это набор веществ вызывает синтез собственных простагландинов переднего гипоталамуса. Под влиянием простагландинов преоптической области начинает казаться, что температура крови упала, человеку субъективно становится холодно, запускается сжатие сосудов, могут появиться дрожь и мурашки. Развивается повышение температуры тела на один-два и более градусов, а то и лихорадочное состояние, характерное для тяжелых инфекционных болезней. Зачем?
Подъем температуры тела всего на один градус почти в два раза активирует иммунную систему. При повышении температуры до 38,5 наши фагоциты и лимфоциты становятся активнее в три-четыре раза.
До 38–39 С поднимать температуру биологически целесообразно. Но при этом желательно, чтобы больной не бегал, не работал, а тихо лежал дома в кровати и позволял иммунной системе бороться с инфекцией. Когда температура поднимается выше 39 С – это уже достаточно опасно. Для такого случая есть жаропонижающие препараты, которые, соответственно, позволяют сбить температуру (см. рис. 11.1). К этим соединениям относятся всем известные аспирин, анальгин, парацетамол. Основной механизм их действия – блокада образования простагландинов как в очагах воспаления, так и в переднем гипоталамусе. Кстати, простагландины – еще и один из факторов генерации болевых ощущений; следовательно, только что упомянутые жаропонижающие характеризуются также обезболивающими (анальгетическими) свойствами.
Получается не очень хорошая ситуация, связанная с тем, что мы живем в мире, где болеть не рекомендуется. Часто по телевизору идет реклама: «Болеть нет времени!» Смысл ее примерно таков: температура поднялась – выпей вот этот чудодейственный препарат и иди дальше работать.
Важно знать, что, когда мы используем жаропонижающие препараты при небольшом подъеме температуры, мы мешаем собственной иммунной системе.
Итак, многим людям болеть действительно некогда. Однако увлекающийся противовоспалительными и анальгетическими препаратами человек все время рискует помешать спокойному и планомерному восстановлению собственного здоровья. Этим он может даже способствовать постепенному усилению инфекционного процесса.
Часто жаропонижающее используется тогда, когда этого еще не стоит делать. Гораздо правильнее тренировать гипоталамическую систему, чтобы она мощно, четко, быстро реагировала на изменения температуры крови. Преоптическая область поддается «дрессуре» в значительной степени в обход нашего сознания, прежде всего в ходе проведения закаливающих процедур. При закаливании передний гипоталамус и подчиняющиеся ему симпатические центры учатся оперативно менять температуру тела, активнее реагируя на скачки температуры окружающей среды, сигналы от поверхности кожи. И когда затем в реальной жизни вы попадаете на мороз или в промозглую осеннюю сырость, ваши гомеостатические контуры работают более эффективно и надежно.
Но в целом стоит пожаловаться на систему терморегуляции, потому что она у человека довольно несовершенна. По сравнению с большинством других млекопитающих у обезьян для терморегуляции используются более примитивные механизмы. В частности, как уже упоминалось в предыдущей главе, вариант охлаждения при помощи потовых желез считается очень расточительным с точки зрения потерь воды и солей. У большинства других плацентарных терморегуляция работает более экономно. Чаще всего – только за счет кровеносных сосудов, которые расширяются и отдают избыток тепла. Чтобы этот процесс шел эффективно, эволюция создала специальные органы, где особенно много сосудов (что-то вроде радиатора на задней стенке холодильника). Например, когда слон в жару машет ушами, он не себя обмахивает, а именно уши, поскольку в них – мощное скопление кровеносных сосудов. У зайца и у кролика большие уши тоже служат для этой цели. А где у крысы аналогичное скопление сосудов? Правильно, в хвосте, и потому у крыс хвост голый.
Собачий вариант терморегуляции – тоже испарение жидкости, но не с поверхности тела, а с языка и дыхательных путей (не теряются соли плюс выдыхаемая смесь воздуха и водяных паров очень горячая, то есть к радиатору холодильника приладили еще и вентилятор). У птиц, которые горячее млекопитающих и, кроме того, рискуют быстро перегреться во время полета, в сходном процессе сброса тепла через выдыхаемый воздух важнейшую роль играют особые воздушные мешки, расположенные между всеми внутренними органами и даже заходящие в кости.
Нейроэндокринные взаимодействия
В рамках обсуждения гомеостаза поговорим еще немного о нейроэндокринном взаимодействии. Многие функции нашего организма немыслимы без гормонов, в том числе связанные с биологическими потребностями. Лептин регулирует уровень аппетита, окситоцин и вазопрессин – привязанность, родительское поведение, чрезвычайно важны половые гормоны, кортизол.
Но ведь выделением гормонов ведает мозг, и управление идет по тому же гомеостатическому принципу.
Главным центром в этом случае вновь является гипоталамус.
В его средней части, которая называется серый бугор, находятся нервные клетки, постоянно измеряющие концентрацию различных гормонов в крови. И гипоталамус врожденно знает, сколько какого гормона должно быть. Если концентрация отличается от идеала, то у гипоталамуса имеются способы указать эндокринным железам на проблему, заставить их выделять большее либо меньшее количество гормона.
Команды гипоталамуса в большинстве своем опосредуются передней долей гипофиза.
Напомним, что его задняя доля выбрасывает в кровь окситоцин и вазопрессин. А вот из передней доли выделяются пролактин и немалое количество так называемых тропных гормонов, влияющих на щитовидную железу, кору надпочечников, половые железы и др.
Кроме того, гипоталамус с помощью симпатики и парасимпатики может влиять на мозговое вещество надпочечников и на поджелудочную железу. При этом функционируют гомеостатические (основанные на обратных связях) контуры нейроэндокринной регуляции Это колоссально важно, поскольку эндокринная система для нашего здоровья имеет не меньшее значение, чем нервная.
Как это работает? Есть некая периферическая эндокринная железа, выбрасывающая в кровоток гормон, который реализует какие-то функции. Концентрация этого «базового» гормона в крови, воздействующая на клетки, ткани, органы, оценивается гипоталамусом.
Если базового гормона слишком мало, то гипоталамус усиливает выделение соответствующего либерина – специфического гормона, который сообщит гипофизу о том, что надо бы активировать железу.
Если базового гормона многовато, то выделение либерина снижается, а в некоторых случаях секретируется специфический статин, тормозящий передний гипофиз.
Гипофиз в ответ на сигнал, передаваемый при помощи либерина (статина), изменяет выделение тропного гормона. А тропный гормон, в зависимости от его количества, непосредственно определяет активность периферической эндокринной железы. В итоге можно регулировать состояние системы очень тонко: тропный гормон выделяется постоянно и перманентно воздействует на выброс «базового» гормона. Ну а при помощи либеринов и статинов можно сдвигать точку равновесия в любую сторону.
Регуляция деятельности щитовидной железы
Щитовидная железа имеет колоссальное значение для общего уровня здоровья и базальной интенсивности обмена веществ в организме самых разных животных. Гормоны, которые вырабатывает щитовидная железа, называются тироксины. Они содержат йод, что уникально, поскольку других йодсодержащих молекул у нас в организме больше нет. Тироксины задают и усиливают уровень обмена веществ во всех частях и системах нашего организма. Каждая наша клетка для нормального функционирования ежедневно должна получать несколько молекул тироксинов. Тироксины воздействуют на все органы и ткани, влияют прежде всего на митохондрии, выработку энергии, превращение глюкозы в тепло и АТФ.
В итоге концентрация тироксинов в крови – очень важный гомеостатический показатель. Если их становится мало, гипоталамус реагирует и выделяет соответствующий либерин. Он называется тиролиберин, а его функция состоит в активации выброса тиреотропного гормона (ТТГ) из передней доли гипофиза. Чем больше ТТГ, тем больше щитовидная железа секретирует тироксинов – круг замкнулся (рис. 11.2, вверху).
Если в крови избыток тироксинов, тогда уменьшается количество выделяемого тиролиберина, а затем и ТТГ. Кроме того, в этом случае проявляет себя и специфический статин, роль которого играет дофамин. В итоге оказывается, что не только тироксины, но и тиролиберин, и ТТГ являются факторами, существенно влияющими на работу мозга. Для тиролиберина в числе прочего показано специфическое активирующее действие на дыхательный центр (его иногда применяют для нормализации и стабилизации дыхания недоношенных детей).
Рис. 11.2. Основные структуры и гормоны, входящие в состав тиреотропной оси (вверху) и соматотропной оси (внизу).
Обозначения:
ТЛ – тиролиберин
ТТГ – тиреотропный гормон
СЛ – соматолиберин
СТГ – соматотропный гормон
ИФР – инсулиноподобный фактор роста
Стрелками со знаком плюс отмечены активирующие влияния либеринов и тропных гормонов; стрелками со знаком минус – тормозящие эффекты статинов, а также отрицательные обратные связи, регулирующие секрецию гипоталамуса и передней доли гипофиза
Когда мы говорим о нервной системе, надо понимать, что чем активнее тироксиновая «ось», тем интенсивнее идет обмен веществ в мозге, а нейросети быстрее работают. При этом важно помнить, что для всех гормонов существует не только средний «нормальный» уровень, но и некие границы нормы. Если содержание тироксинов в крови человека ближе к верхней границе нормы, то нервные процессы у него очевидно идут быстрее, чем если бы тироксины были ближе к нижней границе нормы. Когда концентрация того или иного гормона выходит за нормальный диапазон, фиксируются различные патологические проявления. Заметный дефицит тироксинов приводит к тому, что нервная система становится слишком вялой, возникают депрессивные состояния, при которых «ничего не хочется». В тяжелом случае развивается микседема – наиболее опасная форма гипотиреоза.
Эндокринологи совершенно справедливо отмечают, что не менее половины ситуаций, когда человек говорит: «У меня депрессия», связаны с плохой работой щитовидной железы. Получается порочный круг: если в крови мало тироксинов, мозг становится вялым, а от этой вялости гипоталамус, гипофиз и щитовидная железа работают хуже. И система сама себя стабилизирует, но уже не в точке гомеостаза, а в некой другой равновесной точке, соответствующей развившемуся заболеванию.
В связи с этим совет: если вы регулярно ощущаете депрессивные симптомы, то, прежде чем идти к психотерапевту, сдайте анализ крови на гормоны щитовидной железы. Не исключено, что проблема в них.
По статистике, к 40 годам у большого процента населения возникают проблемы с щитовидной железой. Тироксины – маленькие и прочные молекулы, их можно прекрасно применять в виде таблеток и хорошо себя чувствовать.
Противоположная ситуация – когда в крови обнаруживается слишком много тироксинов. Тогда мозг слишком «быстрый», нервозный, эмоциональный. Иногда доходит до бессонницы и тахикардии. У организма в этом случае очень быстрый обмен веществ; человеку все время хочется есть, и при этом он совершенно не толстеет. Характерные признаки гипертиреоза: худое лицо и фигура, несколько выпученные глаза, постоянно мокрые ладони (избыточная активность потовых желез в связи с перевозбуждением симпатической нервной системы).
Регуляция роста организма
Передняя доля гипофиза выделяет соматотропный гормон (СТГ). Его нередко по традиции именуют «гормоном роста» и пишут, что именно от СТГ зависит, будет ли длина тела человека составлять 150, 170 или 190 сантиметров. На самом деле все несколько сложнее и СТГ является лишь тропным гормоном, активирующим выработку печенью истинного гормона роста – так называемого инсулиноподобного фактора роста (ИФР). Чтобы печень выделяла ИФР в правильном количестве, на нее воздействует СТГ, а вся система в целом ориентирована на то, чтобы формировался скелет, развивалась мускулатура и в целом организм рос (см. рис. 11.2, внизу). Эта система характеризуется наличием стандартных отрицательных обратных связей, и если ИФР в крови маловато, то гипоталамус вырабатывает больше соматолиберина; если же ИФР избыток, то секретируется соматостатин. Соматолиберин и соматостатин разнонаправлено воздействуют на выброс СТГ.
Нередко существенный избыток СТГ связан с опухолями гипофиза; в некоторых случаях это приводит к появлению супергигантов. Рост таких людей может приближаться к 250 сантиметрам. Живется им, конечно, нелегко; характерно искривление позвоночника, деформации суставов ног и прочие неприятности. Если, наоборот, система СТГ работает плохо, может развиться карликовость. Впрочем, сейчас это уже, как правило, не является фатальной проблемой. И если у ребенка не хватает гипофизарного гормона роста, ему вводят СТГ, синтезированный с помощью бактерий, в ДНК которых внедрен ген соматотропного гормона человека.
По первому же анализу крови, который берут у младенца в родильном доме, определяют, сколько у него в крови тироксинов и гормонов роста. Бывают ситуации, когда щитовидная железа врожденно не вырабатывает тироксин. Если не начать его вводить немедленно, мозг не будет развиваться, и тогда сформируется тяжелая умственная отсталость. Как и в случае карликовости, современная медицина с этой проблемой неплохо справляется.
Если опухоль гипофиза возникает в зрелом возрасте, человек не начинает вдруг безостановочно увеличиваться. Скелет и мышцы взрослых уже не очень чувствительны к гормонам роста. Но у него начинают развиваться хрящевые ткани или, например, сердце заметно прибавляет в размере. В итоге возникает характерное состояние – акромегалия: деформируется грудная клетка, растут ушные раковины, часто появляется крючковатый нос. Сказочная Баба-Яга с ее характерным внешним обликом, всяческие пугающего вида колдуньи и колдуны – это, вероятно, женщины и мужчины с акромегалией.
Гормон соматостатин, выделяемый гипоталамусом при избытке гормона роста, оказывает тотальное успокаивающее действие, снижает активность многих внутренних органов, в том числе мозга.
Еще раз подчеркнем, что у нас в организме функционируют и взаимодействуют три регуляторные системы (нервная, эндокринная, иммунная), которые все время обмениваются химическими сигналами. Нервная система выделяет медиаторы, эндокринная – гормоны, иммунная – цитокины. При воспалении цитокины (интерлейкины 1 и 6, фактор некроза опухолей) воздействуют на мозг (нейровоспаление) и эндокринную систему. Гормоны (кортизол, окситоцин и многие другие) влияют на ЦНС и иммунитет. А в ходе развития стресса, депрессии или, например, при страстной влюбленности медиаторы мощно воздействуют на эндокринную и иммунную системы.
Элементы этой регуляторной триады, конечно, явно различаются по скорости действия: нервная система включается за секунды и минуты, но ее эффекты обычно не очень длительны; эндокринная система работает на интервалах в часы, дни и недели; иммунная – недели и месяцы. Все они совместно обеспечивают гомеостаз, оптимальное состояние нашего организма, достаточный для эффективного функционирования уровень физического и психического здоровья.
Система «сон и бодрствование»
Программы, обеспечивающие своевременную смену сна и бодрствования, несомненно, связаны с гомеостазом. Совокупность соответствующих нервных центров работает по определенным врожденно заданным принципам. При этом на самых разных уровнях эволюции потребность в сне очевидно важна.
Конечно, можно денек-другой не поспать, но уже на третий-четвертый день с мозгом начнут происходить различные крайне неприятные события. А про нормальную работоспособность при отсутствии сна можно вообще забыть.
Своевременный правильный сон – это важнейшее условие успешного существования нашего организма и нашего мозга.
В политеистических религиях мы, как правило, обнаруживаем бога сна – в индуизме, синтоизме, древнегреческой мифологии. У античных греков было целых два бога, связанных со сном. Бог Гипнос отвечал собственно за состояние сна, за вход в сонное состояние, а его сын Морфей – за сновидения. Гипнос – серьезное существо, к нему олимпийцы обращались только в самых крайних ситуациях. Как известно, для того чтобы греки победили троянцев, Гипнос усыпил Зевса, и все кончилось плохо.
Сон и бодрствование – базовые состояния организма и нервной системы. Даже рыбка в пруду, как известно, тоже должна спать. И, так как это витальные функции, их центры мы обнаруживаем глубоко в стволовых структурах.
Начнем с главного центра бодрствования. Эту задачу решают так называемые ретикулярные ядра моста.
В срединной зоне продолговатого мозга и моста, самых древних отделов головного мозга, находятся весьма необычные по строению области, которые были названы ретикулярной формацией. Большинство структур ЦНС устроены так, что тела нервных клеток (серое вещество) собраны в скопления – ядра или слоистые корковые зоны. К этим скоплениям подходят волокна-аксоны, покрытые светлыми миелиновыми оболочками (белое вещество). В ретикулярной формации более или менее четкого разделения на серое и белое вещество нет, и между нейронами, на первый взгляд, довольно хаотично идут волокна. Это выглядит не так, как ядерные структуры промежуточного мозга и базальных ганглиев, и не так, как корковые структуры больших полушарий и мозжечка.
Тем не менее, несмотря на отсутствие видимых границ, разные области ретикулярной формации выполняют вполне конкретные функции (в частности, именно ее нейроны образуют центры вдоха и выдоха, а также сосудодвигательные центры, управляющие работой сердца и тонусом сосудов, см. главу 10). В ретикулярных ядрах моста (главный центр бодрствования) находятся нервные клетки, реагирующие возбуждением практически на все информационные потоки, которые проходят по нашему мозгу. Сюда посылают часть своих импульсов центры эмоций, двигательные центры, нейросети, обеспечивающие мышление, и, что особенно важно, все сенсорные системы.
В середине XX века, когда стали изучать ретикулярные ядра моста, физиологи сначала пришли в недоумение: нейроны этой области реагировали на звук, свет, прикосновения, запахи. Поначалу их даже назвали «неспецифическими». А потом поняли, что они все же решают вполне специфическую задачу – выполняют функцию информационного (сенсорного в первую очередь) интегратора. То есть, какие бы стимулы на организм ни действовали, возбуждение суммируется на нейронах ретикулярных ядер моста, а далее аксоны этих клеток расходятся по всей ЦНС (от коры больших полушарий до спинного мозга) и задают ее тонус.
Благодаря такому принципу организации мы, например, просыпаемся от любого сильного сенсорного сигнала. Неважно, будильник ли зазвонил, кто-то нас за плечо потрогал, затекла и заболела рука, в туалет очень захотелось – мозг способен включиться. Ретикулярные ядра моста «выдернут» нас из сонного состояния, и, соответственно, все в нервной системе и организме заработает активнее. А если мы «обнулим» сенсорные входы, то, скорее всего, быстро начнем дремать. В тихом темном месте человек засыпает именно из-за того, что сенсорная активация не идет на ретикулярные ядра моста. А вот эмоции и навязчивые мысли мешают заснуть. И выключить мыслительные процессы порой гораздо труднее, чем свет в спальне.
Практический совет. Если вы хотите проснуться рано утром, а мозг никак не «заводится», нужно добавить сенсорных сигналов. Свет сделать поярче, музыку – погромче. Можно еще съесть что-нибудь такое, чтобы организм «вздрогнул». Например, поможет хорошая ложка горчицы. Нашатырный спирт недаром нюхают в заторможенном, полуобморочном состоянии. Понюхали – раз! – и все встрепенулось.
Постоянным и важнейшим конкурентом ретикулярных ядер моста является центральное серое вещество (ЦСВ) среднего мозга – главный центр сна (рис. 11.3). Отсюда расходится по мозгу сонное состояние.
Центр сна и центр бодрствования непрерывно выясняют, кто сейчас сильнее; от того, насколько безоговорочна победа, зависит наш текущий уровень активации либо крепость сна.
При этом значительная часть сигналов ЦСВ среднего мозга направлена на то, чтобы отключить таламус. Если это удается, то сенсорные сигналы гораздо хуже достигают коры больших полушарий, и далее начинается процесс засыпания. ЦСВ среднего мозга для генерации тормозных «посылов» в числе прочего использует ядра шва – уже не раз упоминавшиеся на страницах этой книги структуры, секретирующие в качестве медиатора серотонин. Одна из функций серотонина в головном мозге, таким образом, подавление центров бодрствования в момент перехода ко сну.
Нейроны центров бодрствования секретируют активирующие (возбуждающие) медиаторы, прежде всего глутаминовую кислоту. Напрямую нанести «ответный удар» по центрам сна с помощью данного вещества они не могут. Однако ретикулярные ядра моста, для того чтобы конкурировать с ЦСВ среднего мозга, пользуются помощью голубого пятна. Напомним, что данная структура вырабатывает в качестве медиатора норадреналин, круг функций которого очень обширен. Одна из них – тормозить центры сна. Голубое пятно делает это по команде из центров бодрствования и, кроме того, при стрессе. Когда голубым пятном командуют миндалина и гипоталамус, мы волнуемся и плохо засыпаем.
Рис. 11.3. Основные центры сна и бодрствования головного мозга человека, их связи и взаимные влияния. Отметим роль ретикулярных ядер моста (главные центры бодрствования), а также центрального серого вещества среднего мозга и ядер шва (главные центры сна). Активирующее действие различных областей ЦНС показано тонкими сплошными стрелками, тормозное действие – пунктирными стрелками (детальное описание см. в тексте). Внизу в рамке представлены три участка записи ЭЭГ, характерные для состояний спокойного бодрствования (А: альфа-ритм), медленно-волнового сна (Б: дельта-ритм) и парадоксального сна (В: паттерн, указывающий на высокий уровень активации коры больших полушарий)
Еще одна структура, которая участвует в функционировании системы «сон-бодрствование», – супрахиазменные ядра гипоталамуса. Они находятся в гипоталамусе, в самой передней зоне, в месте входа зрительного нерва. Хиазма – перекрест зрительных нервов, супрахиазменные означает «находящиеся напротив перекреста». Данные ядра являются нашим самым древним зрительным центром. Они получают часть зрительной информации, для того чтобы определять общий уровень освещенности. Этим ядрам все равно, что конкретно видит мозг рыбы, лягушки или млекопитающего. Для них важно, сколько света за последнее время «упало» на организм.
В супрахиазменных ядрах есть нервные клетки, настроенные на суточный ритм освещенности. Часть из них активна днем, а часть – ночью. Сигналы нейронов, которые активны днем, попадают в ретикулярные ядра моста. А сигналы нейронов, активных ночью, уходят в ЦСВ среднего мозга. По сути, супрахиазменные ядра – это наши биологические часы, которые аккуратно подсказывают главным центрам бодрствования и сна, что наступило утро и пора открывать глаза или что приближается ночь и пришло время искать место для ночлега.
Люди относятся к дневным млекопитающим. Крупные обезьяны тоже дневные млекопитающие, потому что прыгать по веткам, если вес 40–50 кг, а то и больше, ночью как-то неудобно. Поэтому человекообразные приматы перемещаются по деревьям днем, не спеша. Гиббоны, конечно, прыгают, но они легкие. А вот шимпанзе, которые крупнее гиббонов, аккуратненько перебираются с ветки на ветку. Гориллы вообще не очень любят взбираться на деревья. Потому что некоторые особи горилл весят многим более 100 кг.
Итак, Homo sapiens – дневные млекопитающие, и, как бы вам ни хотелось вести ночной образ жизни и сидеть до четырех часов утра за компьютером, долго это делать без вреда для здоровья, скорее всего, не получится. И даже если мы активны ночью, то все равно включаем везде свет, пытаясь обмануть супрахиазменные ядра. А они аккуратно отслеживают суточный ритм освещенности и вскоре после заката начинают нам намекать: «Пора бы спать, время спать». А утром они способны нас разбудить. Правда, в жизни современного человека такое редко происходит. Нас в основном будит будильник или ближайшие родственники, говоря: «Пора вставать!» Но в принципе, если долго спать, то мы в конце концов просыпаемся.
Супрахиазменные ядра работают довольно мягко, и это правильно. Мы не должны засыпать вдруг, сразу, где попало. Обезьяна, которая уснула там, где ее настиг сон, может и не проснуться: ее легко найдет какой-нибудь ночной хищник. Ко сну надо отходить постепенно. Вот обезьяны так и делают. Сначала выбирают безопасное место, осматриваются, могут еще для удобства веток и листьев под себя подстелить. А вот просыпаться, конечно, хорошо уметь быстро, потому что мало ли кто заполз в гнездышко.
Если вы резко смените часовой пояс, то вклад супрахиазменных ядер в регуляцию ритмов сна и бодрствования вдруг становится гораздо более заметен. Только надо серьезно изменить свою локализацию и улететь из Москвы не в Красноярск или Мадрид (разница в 3–4 часа), а во Владивосток или Нью-Йорк (8–10 часов). В этом случае вы точно заметите: «Да, биологические часы работают!» – будете несколько дней бодрствовать ночью, а днем – дремать. И так, пока супрахиазменные ядра не «переведут стрелки» и не встроят вас в местный ритм освещенности. На это понадобится неделя, не меньше, а то и две. А если вы должны назад возвращаться уже через пять дней, то вашим супрахиазменным ядрам совсем плохо придется. Только они начали к Владивостоку адаптироваться, а тут опять Москва. В этом случае можно получить заметное расстройство сна, которое преследует людей, по роду своей деятельности часто попадающих в подобные ситуации.
Также плохо придется тем, кто работает сутки через двое или с частым изменением времени работы: то первая смена, то вторая, то третья.
Общий совет: систему регуляции сна и бодрствования лучше понапрасну не перенапрягать. Пока мозг молодой, он справляется, но в зрелом и тем более в более пожилом возрасте более или менее стабильный режим дня желательно соблюдать.
Тогда нервные процессы будут более качественными, да и здоровье крепче.
Последний пункт в списке главных центров сна и бодрствования – ретикулярные ядра продолговатого мозга. Это вспомогательный центр сна, который работает вместе с ЦСВ среднего мозга. В основном он реагирует на химический состав крови. Если в плазме появляются токсины, избыток глюкозы или какие-то отходы обмена, тогда ретикулярные ядра продолговатого мозга активируются и посылают импульсы в средний мозг.
Что это реально означает? Например, в организме появились токсины, так как мы заболели либо отравились. В этой ситуации действительно лучше не бегать и не прыгать, а тихо лежать и восстанавливаться. Тут-то очень вовремя и возникает сонное состояние: «Я чем-то отравился, сегодня никуда не пойду, буду дремать, выздоравливать». Это физиологически очень правильное решение.
Более приятна ситуация с избытком глюкозы. Например, вы полдня бегали, что-то делали и наконец, добравшись до кухни или до столовой, поели как следует. Возникает сонное состояние, потому что глюкоза пошла в кровь. Получается, что с точки зрения ретикулярных ядер продолговатого мозга если удалось поесть, то текущая цель жизни достигнута. Зачем еще активно двигаться? Все нормально, можно лежать и отдыхать. Эти ядра оказывают совершенно очевидное усыпляющее действие. Все мы знаем, как это бывает: кровь «отлила от головы и прилила к желудку», тут можно и сидя заснуть.
Подобное происходит и при физической нагрузке. Когда мы что-то долго физически делаем, клетки вырабатывают много специфических отходов, в основном азотсодержащих молекул, которые вызывают состояние утомления и сонливости. Поэтому если вы, например, в походе прошли 20 км с рюкзаком, а потом съели хорошую порцию гречки с тушенкой, то сонное состояние разовьется почти мгновенно. Вы можете даже не успеть доползти до палатки, а прямо у костра и заснете.
Система регуляции сна и бодрствования в целом не очень сложна. Но даже из немногих приведенных выше примеров видно, как много у нее «опций и параметров»: взаимная конкуренция центров, учет сигналов из внешней среды и из внутренней среды организма, суточные ритмы и др. Данная система обладает всеми необходимыми свойствами для того, чтобы подгонять текущий уровень бодрствования под актуальные задачи и общее состояние организма: утомление, стресс и тому подобное.
Патологическим вариантом работы этой системы является заболевание, которое называется нарколепсия – внезапное засыпание. Нарколепсия во многом генетически детерминирована и особенно опасна для тех, кто водит автомобиль.
В реальности нейроанатомия и нейрофизиология сна, конечно, сложнее, чем было только что описано. Скажем, все более значимым представляется вклад гипоталамических структур в запуск сонного состояния и последующего перехода к бодрствованию. Речь идет не только об уже охарактеризованных супрахиазменных ядрах («биологические часы», суточный ритм которых поддерживается специфическими каскадами внутриклеточных реакций, затрагивающими ядерную ДНК, и в частности гены Bmal1, Clock, Cry1–2, Per1–3). Важнейшим центром сна оказалась вентролатеральная преоптическая область гипоталамуса (с нею связан нейропептид галанин); важнейшим центром бодрствования – уже упоминавшееся в связи с пищевой потребностью латеральное ядро. В последнем особое внимание привлекают орексин А и орексин Б – нейропептиды, которые исходно рассматривались как регуляторы аппетита; однако в настоящее время их основную функцию связывают с поддержанием бодрствования.
Читать бесплатно другие книги:
