Значение нервной системы. Существование организма невозможно без приспособления к постоянно меняющимся условиям окружающей среды, без координации деятельности отдельных органов. Точная и быстрая координация мышц требуется для выполнения любого двигательного акта. При этом согласованно должны работать и другие органы. Так, в зависимости от выполняемой работы мышцы по-разному должны снабжаться кровью, что обеспечивается сужением или расширением сосудов; одновременно изменяются частота и сила сердечных сокращений и дыхательных движений. Регуляция и координация работы органов, строгое подчинение их деятельности потребностям организма как единого целого осуществляется головным и спинным мозгом, иными словами, центральной нервной системой. Нервная система может быть названа органом не только регуляции и координации, деятельности организма, но и познания окружающего мира. С деятельностью нервной системы связано мышление человека и все его поведение.

Чтобы обеспечивать своевременные, точные и хорошо координированные реакции организма на различные воздействия со стороны внешней и внутренней среды, мозг должен иметь быстро действующую двустороннюю связь со всеми органами тела. Эта связь осуществляется периферической нервной системой, т.е. совокупностью нервов, идущих от спинного и головного мозга ко всем органам и тканям тела. По одним волокнам, входящим в состав нерва, мозг получает непрерывную информацию о том, что происходит как во всех органах тела, так и в окружающей среде. По другим волокнам, в результате переработки получаемой информации, мозг столь же непрерывно посылает к органам импульсы, направляющие и регулирующие их деятельность. Нервные волокна, передающие импульсы в центральную нервную систему, называются афферентными (приносящими) или центростремительными, а передающие их органам - эфферентными (уносящими) или центробежными.

Рефлексы. Реакции организма, возникающие в ответ на раздражение и протекающие при участии нервной системы, называются рефлексами. Они лежат в основе всей деятельности нервной системы. Рефлекторная дуга, т.е. путь, который проходят импульсы, состоит из следующих пяти звеньев (рис. 21):

1) рецепторы или воспринимающие нервные окончания, находящиеся во всех органах и очень чувствительные к раздражению;

2) афферентный путь, или центростремительный, по которому импульсы направляются в центральную нервную систему;

3) путь по центральной нервной системе, обычно очень сложный;

4) эфферентный путь, или центробежный, по которому ответные импульсы идут к органам тела;

5) орган, дающий ответную реакцию, например мышца, сердце, слюнная железа.

Простейшая рефлекторная дуга состоит из двух нейронов (цвет. табл. VI). Примером может служить коленный рефлекс. Если человека посадить па стул, предложив ему закинуть одну ногу на другую, а затем ударить ребром ладони или легким молоточком по сухожилию ниже коленной чашечки, то нога подскакивает. Сухожилие, подвергшееся удару, прогибается и тянет за собой мышцу, разгибающую ногу в колене. Мышца растягивается, что вызывает раздражение находящихся в ней рецепторов. Возникающий при этом поток импульсов по афферентным нейронам доходит до спинного мозга, а оттуда по эфферентным возвращается к той же самой мышце, вызывая ее ответное укорочение. В подавляющем большинстве случаев в состав рефлекторных дуг входят несколько промежуточных, или вставочных нейронов.

Свойства нервных волокон. Как правило, в состав каждого нерва входят различные афферентные и эфферентные волокна. Одни идут к тем или иным мышцам, другие - к соответственным участкам кожи, третьи - к кровеносным сосудам или костной ткани. Друг другу волокна не мешают, так как импульсы бегут по ним изолированно, не переходя на соседние волокна, что обеспечивает точность реакций. Скорость проведения возбуждения неодинакова в различных волокнах. Она тем больше, чем толще волокно. Самые тонкие волокна, имеющие диаметр не более 2 мкм, проводят импульсы (главным образом к внутренним органам) со скоростью до 3 м/сек. В этих волокнах разница потенциалов между возбужденным участком и невозбужденным вызывает местный электрический ток, в результате чего появляется потенциал действия в участке, непосредственно соприкасающемся с возбужденным. Более толстые волокна окружены очень плотной многослойной миелиновой оболочкой, имеющей сложно организованную белково-жировую структуру. Эта оболочка не сплошь покрывает волокно: в ней имеются перерывы, или «перехваты», в области которых волокно находится в контакте с окружающей жидкой средой. Миелиновая оболочка обладает высоким сопротивлением, а потому служит хорошим изолятором, допускающим появление разницы потенциалов на поверхности волокна только в области перехватов. Иными словами, потенциал действия как бы перепрыгивает через участок волокна между соседними перехватами (рис. 22). На этот скачок затрачивается всего лишь несколько сотых долей миллисекунды. Чем длиннее промежуток между перехватами, тем быстрее распространяется возбуждение. В тонких миелиновых волокнах (диаметр 4-6 мкм) этот промежуток равен примерно 0,2 мм, а скорость проведения – 20-30 м/сек. В самых толстых волокнах (диаметр 18-22 мкм) расстояние между перехватами составляет 2-2,5 мм. Эти волокна проводят эфферентные импульсы к скелетным мышцам и афферентные от мышц к мозгу особенно быстро, со скоростью 100-120 м/сек, или 360-430 км/ч. Такой пересчет на количество километров в час позволяет яснее представить себе, как велика эта скорость.

Ритмический характер возбуждения. В естественных условиях, как правило, каждое, даже кратковременное, раздражение рецепторов вызывает не один, а ряд импульсов, следующих друг за другом с определенной частотой. Иными словами, возбуждение носит ритмический характер. Ритмическое возбуждение можно получить и в опыте на нервно-мышечном препарате лягушки. В качестве раздражителя обычно применяют электрический ток. Возбуждение возникает при каждом включении и выключении тока, а также при изменении его направления. Для ритмического раздражения пользуются прерывистым постоянным током либо индукционным. Новая волна возбуждения может возникнуть лишь по прекращении предыдущей волны. В толстых волокнах волна возбуждения длится около 0,001 секунды. Поэтому за одну секунду по нерву могло бы пройти очень много импульсов. Однако, как правило, они проходят с частотой 10-30 в 1 сек.

Синапсы. Фактическое время протекания рефлекса значительно больше, чем следовало бы ожидать, исходя из скорости проведения возбуждения в нервных волокнах. Это объясняется теми задержками, которые связаны с переходом возбуждения с одного возбудимого образования на другое. Первая задержка происходит в рецепторе, где под влиянием раздражения возникает деполяризация, т.е. снижается мембранный потенциал, и развивается местное возбуждение. При достаточной силе и длительности раздражения сдвиг мембранного потенциала достигает того уровня, при котором в нервном волокне появляется потенциал действия.

В центральной нервной системе задержки возникают в синапсах - специализированных структурах, осуществляющих передачу возбуждения с одного нейрона на другой, или с нейрона на рабочий орган, например мышцу (рис. 23). Передача происходит при участии химических посредников, или медиаторов. Синапсы состоят из двух образований: пресинаптического - конечного расширения (бляшки) тончайшей веточки аксона и постсинаптического - поверхностной мембраны контактирующего с аксоном участка тела или дендрита другого нейрона. Между этими образованиями имеется   очень  узкая  щель  (ширина  примерно  0,02 мкм).  Приходящие по

аксону импульсы вызывают в бляшке местное возбуждение, что ведет к активированию медиатора, его диффузии через щель и взаимодействию с высокочувствительным к нему веществом в постсинаптической мембране. В результате происходит деполяризация постсинаптической мембраны, возникает местное возбуждение, которое, достигнув определенного уровня, вызывает появление потенциала действия. Весь процесс синаптической передачи продолжается примерно 2 м/сек. При последовательном прохождении через большое количество синапсов, как это часто бывает, задержка может быть весьма большой.

Синаптическая связь между нейронами очень сложна и многообразна. К одному и тому же нейрону могут подходить аксоны многих других нейронов. В свою очередь, аксон образует ветви, которые подходят к разным нейронам, часто расположенным далеко друг от друга.

Многие группы нервных клеток, находящиеся в различных частях центральной нервной системы, связаны между собой двусторонне: возбуждение, возникшее в одной из них, передается в другую. Особое значение имеет своеобразная кольцевая связь: по ответвлению аксона импульс непосредственно или через промежуточные нейроны возвращается к той же самой нервной клетке, что поддерживает ее рабочее состояние - в ней возникают все новые и новые импульсы (рис. 24).

Торможение нервных клеток. Импульсы, поступающие в мозг, могли бы через многочисленные промежуточные нейроны распространиться по всем его отделам и вызвать общее возбуждение организма. В нормальных условиях импульсы проходят лишь по некоторым из множества возможных путей. Это объясняется возникновением в нервных клетках состояния торможения, при котором они временно теряют способность возбуждаться, а тем самым передавать импульсы другим клеткам. Торможение, как и возбуждение, создается явлениями, протекающими в синапсах. Существуют особые, тормозящие нейроны, препятствующие возникновению возбуждения. Их аксоны стимулируют выделение в синаптических бляшках тормозящего медиатора, который вызывает в постсинаптической мембране гиперполяризацию, т.е. увеличение мембранного потенциала.

Причиной торможения может быть резко выраженная, стойкая деполяризация (понижение мембранного потенциала), вызванная слишком большой частотой или длительностью потока приходящих импульсов. Такое торможение принято называть пессимальным или запредельным.

Торможение может возникать то в одних, то в других нейронах. В зависимости от того, какие нейроны в данный момент находятся в состоянии торможения, импульсы пройдут по тому или иному, но всегда определенному пути (рис. 25). Вот почему на одно и то же раздражение ответные реакции могут быть весьма различными.