Строение и поведение рефлекторного механизма в ЦНС при адаптивной регуляции кризисных участков в общей физиологической системе организма

Кооперативная организация таких элементов, как клеточная мембрана, ЦНС и эндокринные органы образовала особую форму реагирования – неспецифическую, которая осуществляет срочные адаптивные реакции организма на любые изменения внешней и внутренней среды. Организмы животных и человека – наиболее сложная саморегулируемая биологическая система. Огромная система специализированных элементов (факторов) живого организма – это уже не количественно, а качественно новое образование. Система существует для того, чтобы обеспечить выживание организма в меняющихся условиях среды. Её возможности, мощность, эффективность выше, чем суммарные возможности составляющих её частей. Арифметика здесь работает иначе. Вступая во взаимодействие, кооперация специализированных структур «вскрывает резервы энергии», которые не проявляются вне взаимодействия. Важнейшей заслугой физиологической биологии следует считать установление системной, а не конгломеративной структуры организма. Системой управлять можно, конгломератом – нельзя. А практическая медицина стремится к управлению внутренней средой больного организма. В связи с этим, становится понятным значение системы саморегуляции. Оно несёт глубокий смысл для понимания глубинных процессов адаптации в живом организме.

Организм животных и человека, в сравнении с одноклеточными организмами, представляют собой несравнимо более сложную систему. Организм, также как и клетка, не только связан со средой, но и обособлен от неё. Поддержание «постоянства» своей среды связано с тем, что живой организм – саморегулирующая система. Живая система в процессе эволюции представляет собой объединение специализированных клеток, органов и тканей, организует мощный приспособительный аппарат – центральную нервную систему, целостность которой сохраняется благодаря взаимодействию частей. Нервная система характеризуется не только регуляцией обмена веществ и энергии, но и обменом информации в управляемых органах. Особенность сложной системы кибернетической саморегуляции организма – единство центрального и автономного управления. Саморегулирующая деятельность ЦНС, характерная для всех уровней управления живой системы, обеспечивается автономными механизмами, пока не возникают такие возмущения, которые требуют вмешательства центральных (резервных) механизмов управления.

Гомеостаз многие специалисты называют климатом здоровья.

Гомеостаз – основа существования живого организма. При гомеостазе показатели биологического, физического и химического составов организма сохраняются в строго определенных параметрах, в виде функций относительного постоянства здоровья. Оказывается в таких системах события меняющегося «климата здоровья» зависят не только от активности и специфики внешней причины, но и от деятельности и состояния самого регуляторного аппарата в ЦНС. Иными словами, как живая система, живое существо способно к сложному обмену информацией, как с внешней средой, так и внутри самого организма. Для функционирования информации в биологической системе необходима ещё энергия, которая поступает в систему из внешней среды и в результате обмена веществ. Это свойство обеспечивается системой саморегуляции, которая обладает способностью осуществлять адаптацию организма к внешней среде. Смысл адаптации состоит в том, чтобы как можно лучше согласовать деятельность организма человека и животных к существованию постоянно меняющихся внешних условий среды. Выживают не сильнейшие, выживают те, у кого наиболее выражены приспособительные способности к постоянно меняющимся условиям существования в окружающей среде. Цель процессов приспособления – сохранение постоянства внутренней среды организма, то есть здоровья.

Основным свойством живого организма является способность автоматически устанавливать и поддерживать на определенном, относительно постоянном уровне показатели гомеостаза. При саморегуляции управляющие факторы не воздействуют на регулирующую систему извне, а возникают в ней самой. Рефлекторные механизмы саморегуляции весьма разнообразные. На организменном уровне в процессе адаптации участвуют наследственные (специфические) и ненаследственные (неспецифические) регуляторные механизмы, посредством которых у животных и человека устанавливаются и поддерживаются на определенном уровне показатели внутренней среды – температура, кровяное и осмотическое давления, уровень сахара крови и т. п. Понятие саморегуляции связано с системой адаптации (самонастраивающиеся, самоорганизующиеся, самообучающиеся), которая автоматически приспосабливаются к меняющимся внешним условиям.

В системе саморегуляции выделяют два блока – объект управления и управляющая система. Управляющая система состоит из нескольких устройств, которые контролируют наследственные (специфические) и ненаследственные (неспецифические) признаки живого организма. Саморегуляция деятельности ненаследственных признаков в живом организме обеспечивается структурами, ответственными за неспецифические (физиологические) изменения в организме.

Представление о природе структур неспецифического реагирования менялось по мере развития научных знаний о живом организме у животных и человека. До середины прошлого столетия нервные и эндокринные системы воспринимались как изолированные. Последующие исследования показали связь нервной и эндокринной систем. Это позволило объяснить некоторые стороны функционирования общей физиологической системы. Возникло новое понятие об особом состоянии организма, возникающем в чрезвычайно трудных условиях обитания во внешней среде. Это состояние назвали стрессом. В конце 20 в. (1990 г.) автором опубликована принципиально новая классификация саморегулирующей системы у животных и человека, в которой он выделил и объединил четыре эволюционных уровня биологических структур в единую систему неспецифического реагирования. Это – клеточная мембрана (внутриклеточный неспецифический регулятор), клетки нервной и эндокринной систем (клеточный уровень), ЦНС и эндокринные органы (высшие системные уровни неспецифической регуляции), межсистемное взаимодействие ЦНС с эндокринными органами. В 2004 г. автор ввел новый термин – неспецифическая форма адаптивного надзора (сокращенно НФАН). Система факторов НФАН осуществляет энергетическую связь между организмом и внешней средой. Как ни велико значение клеточных мембран и эндокринных органов, душой регуляторной адаптации является, конечно, ЦНС. Слагаясь из массы структурных элементов, ЦНС представляет собой единый рефлекторный механизм. Многоуровневое строение факторов системы неспецифического реагирования у высокоорганизованных животных и человека приобрело свойства высшей формы жизнедеятельности, обладающей огромным потенциалом (с резервными возможностями) физической и психической энергетик. Функциональные особенности каждого эволюционного вида факторов неспецифической регуляции подробно описано в специальной литературе. Деятельность рефлекторного механизма системы факторов неспецифической регуляции обеспечивает срочный ненаследственный контроль жизнеобеспечивания живого организма и направлена на прием, преобразование и распределение адаптивной информации, полученной от свойств раздражителей внешней среды. Это связано с тем, что объединенные свойства факторов неспецифического реагирования способны мгновенно реагировать на любые изменения внутри и вне организма и воздействовать меняющимся уровнем биоэнергетической информации на деятельность исполнительных факторов живой системы организма. Организуя таким образом эффект срочного физиологического ответа (субъективный – боль и объективный – сокращение мышц, секреция эпителиальных и железистых клеток и др.).

Преобразование функциональной активности системы факторов неспецифического реагирования осуществляется за счет каждого ее элемента, которые являются не только биологическими преобразователями энергии внешней среды, но и усилителями по отношению друг к другу. Одной из важнейших особенностей рефлекторной деятельности, имеющей отношение к функциональному автоматизму, является автономизация функций, которые способны работать в режиме пассивного и активного автоматизма. Автономизация функций рефлекса – форма автоматического управления, при которой сохраняется независимость некоторых управляемых величин от изменений остальных управляемых величин. Другой важнейшей особенностью низших уровней факторов неспецифического реагирования является способность функционировать в режиме автономного автоматизма до определенного энергетического уровня. В экстремальных условиях жизнедеятельности, в связи с возникновением угрозы нарушения биологического постоянства на местном уровне внутренней среды, происходит включение центральных (резервных) механизмов управления.

Особая роль в системе факторов (элементов) неспецифической регуляции отводится ЦНС, которой принадлежит ведущая роль в решении энергетических проблем внутренней среды живого организма. В процессе эмбриогенеза, ЦНС и кожа формируются из наружного зародышевого листка – эктодермы, а все прочие органы (в т. ч. и внутренние) из среднего листка (энтодермы). Связь внутренних органов с нервной системой, а через неё с наружной поверхностью зародыша (кожей) обеспечивается в процессе органогенеза врастанием нервной системы в органы.

При развитии зародыша внутренние органы, мышцы и кожа получают иннервацию по месту первичной закладки, но по мере роста и развития тела изменяется его форма, размеры сегментов и их конфигурация. Нервные связи при этом не прерываются, но смещаются топографически. Таким образом, каждому отделу спинного мозга соответствуют определенные внутренние органы, мышцы, участки кожи.

Основные характеристики общего нейро-рефлекторного механизма

В 1985 и 1990-х гг. автор экспериментально показал, что кибернетическая система саморегуляции в общей системе физиологических элементов в макроорганизме выделяет две специализированные формы регуляторного надзора: специфическую (иммунную) и неспецифическую (нейроэндокринную). Кроме специализации по специфичности, отличие между ними заключается еще и в сроках их влияния на приспособление организма к внешней среде. Нейроэндокринная регуляция вызывает срочный адаптивный эффект, а иммунная – поздний приспособительный эффект.

В состав специфической формы регуляции входят: внутриклеточные ультраструктуры – гены, клеточные элементы белой крови и гуморальные вещества (антитела). Факторы неспецифического регулирования способны срочно активировать к деятельности регулируемые органы. Это позволило автору выделить их в единую форму – неспецифическая форма адаптивного надзора (сокращ., НФАН – объединенная система неспецифических факторов), которая состоит из 4-х видов факторов: мембраноклеточный, клеточный (нейроны, эндокриноциты) системноклеточный (ЦНС) и эндокринный. Объединенная система НФАН обладает более богатым выбором способов поведенческой деятельности рефлекторного механизма, чем система, представляющая собой совокупность изолированных частей.

Система рефлекторного управления в ЦНС является главным дирижером в формировании мгновенной приспособительной реакции при деятельности системы НФАН. В системе НФАН рефлекторный механизм превратился в узловой пункт, через который взаимодействуют в организме одни его элементы с другими. Проблемы построения и свойств рефлекторной взаимосвязи в системе нейрогенных элементов в ЦНС мало изучены. Процесс эволюции потребовал дифференцированной перестройки всего организма. В сложном многоклеточном организме усложнились анатомические и функциональные различия не только среди структур общей физиологической системы, но и среди рефлекторных структур ЦНС. Это позволило преодолеть регуляторную ограниченность многих эволюционных периодов развития ЦНС. Изменчивость внешней среды потребовала от эволюционного развития ЦНС создания еще и системы специализированной резервной регуляции. В иерархической системе ЦНС была создана ступенчатая система резервных уровней адаптивного управления: спинной мозг, продолговатый мозг, средний мозг, межуточный мозг, конечный мозг. При этом в каждом новом эволюционном уровне ЦНС содержатся не только центры для соответствующего органа чувств, но и все остальные центры, заложенные в ранее существующих отделах мозга. Центры, имеющиеся в более старых по развитию частях мозга, не исчезают, они сохраняются, но вступают в резервное подчинение аналогичным центрам новых отделов. Соотношение между энергетическими требованиями и энергетическими возможностями деятельности управленческого аппарата ЦНС, возникшее в результате адаптивного контакта с адекватным раздражителем, сбалансировано. При взаимодействии организма с экстремальным раздражителем это соотношение нарушается. Распределение поступающего из внешней среды избытка объема энергетической информации среди межуровнего управления ЦНС образует распределение: часть информации идет в рефлекторные центры спинного мозга и в подкорковые зоны, а часть – в корковые. Процессуальная деятельность этих структур в ЦНС взаимосвязана тем, что биологические явления стволового отдела ЦНС и сенсорные явления коры головного мозга способны активировать физиологические процессы. Кроме того, результаты исследования ученых показали специализацию сенсорных функций топографических участков коры головного мозга, на основании которых была определена «карта» функциональных систем на поверхности головного мозга (островки ассоциативной коры).

Эволюционным событием огромной важности явилось появление в ЦНС нового механизма, который позволил при определенных условиях формировать срочные и мощные по силе общие физиологические реакции в ответ на критические ситуации. Этим механизмом стало нейроэндокринное устройство в виде гипоталамо-гипофизарного комплекса, через который в конфликтных ситуациях рефлекторный механизм нейросоматической и нейропсихической систем регуляции реализует свою энергетическую перегрузку. «Нейроэндокринное устройство» использует резервный способ включения нейрохимического механизма (выделение гормонов). Это позволило усилить изменчивость функций внутренних органов. Возникла возможность организовывать две разновидности стрессовых реакций – нейросоматическую (обменную) и нейропсихическую (поведенческую).

Деятельность системы рефлекторных элементов ЦНС представляет собой рефлекторную систему с автоматическим самоуправлением. Функционирование такой системы зависит от изменения параметров ее рефлекторных функций. Получение регуляторной информации об изменении во внешнем мире обеспечивается работой общего рефлекторного механизма в ЦНС, активация деятельности которого происходит от сенсорных систем. Через рефлекторный механизм сенсорные системы помогают преобразовывать в организме регуляторную энергию. При заболевании того или иного внутреннего органа повышается чувствительность или ощущается боль в определенных участках кожи. Сенсорные системы – неотъемлемая часть органов чувств. В современной физиологии под органами чувств понимают сложные сенсорные системы (анализаторы, по терминологии И. П. Павлова), включающие воспринимающие элементы (рецепторы), проводящие нервные пути и связь соответствующих отделов в головном мозгу с механизмом нейроэндокринного устройства, где сигналы преобразуются в разновидности нейро-рефлекторной регуляции – нейрофизиологические и нейропсихические. Физиологическую основу рефлекторного механизма составляет система функциональной перестройки временных нервных связей, движущей силой которых является энергетический набор информации, т. е. энергетическая волна. В свою очередь, энергетическая волна – продукт интегральной деятельности всех органов неспецифической формы регуляции. А энергетическая волна может воздействовать на организм, проявления которой выражается отражением физико-химических процессов в организме и психоэмоциональным поведением.

ЦНС – исключительно сложная и неоднородная по своему устройству биоэнергетическая система, каждая часть которой выполняет важнейшие для всего организма функции. ЦНС в современном представлении сравнивают с биокомпьютером, в основе которого работают две относительно самостоятельные биоэнергетические системы: стволовой мозг, ответственный за безусловные рефлексы, и головной мозг, ответственный за безусловные рефлексы. Биоэнергетическая работа стволового мозга связана с перестройкой нейрогенного импульса в биоэлектрическую информацию, а головного мозга после аналитического распределения и затем после синтеза нейрогенного импульса в коре головного мозга – сенсорной (энергочувствительной) информации. Работа двух указанных систем взаимосвязана рефлекторным механизмом. Основное назначение рефлекторного механизма организовывать сложные рефлекторные реакции организма в ответ на раздражение рецепторов. Рефлекторный механизм выполняет заданные программой преобразования информации и осуществляет управление всем адаптивным процессом. Рефлекторный механизм осуществляет самореализацию психофизиологического ориентирования в окружающей среде и позволяет приобретать практические психоповеденческие навыки, облегчающие приспособление к окружающей среде. Приобретение личных навыков в сообществе подобных индивидуумов формирует функциональный настрой головного мозга на сознательную программу психической и физиологической деятельности. Общая схема отражения головным мозгом окружающей действительности складывается из 2-х основных компонентов в ЦНС – относительно жесткой структуры (нижние отделы ЦНС), передаваемой наследственным путем, и надстраиваемых над ней функциональных систем, передаваемых за счет приобретенной программы действий.