что такое рефлекторная регуляция в биологии
Рефлекторная регуляция. Рефлекс и рефлекторная дуга
Вопрос 1. Что такое рефлекс и рефлекторная дуга? Приведите пример рефлекторной дуги.
Рефлекс — это адекватный ответ организма на раздражитель, осуществляемый через посредство нервной системы. При осуществлении рефлекторной реакции возбуждение распространяется по рефлекторной дуге.
Рефлекторной дугой называют цепочку нервных клеток, участвующих в осуществлении рефлекса. Рефлекторная дуга начинается рецептором, воспринимающим раздражения и преобразующим их в нервные импульсы. В состав рефлекторной дуги входит рецептор, воспринимающий раздражение, который часто является периферическим окончанием чувствительного (афферентного) нейрона. По аксону чувствительного нейрона возбуждение передается в центральную нервную систему и распространяется или непосредственно на двигательный (эфферентный) нейрон, или на вставочные нейроны, а уже через них — на эфферентный. По аксону эфферентного нейрона возбуждение достигает исполнительного органа, чаще всего мышцы. В результате возбуждения деятельность этого органа изменяется, например, мышца сокращается.
Для примера рассмотрим рефлекторную дугу конкретного рефлекса — отдергивание руки от горячего предмета. При прикосновении к горячему предмету высокую температуру воспринимают специальные рецепторы. Они передают сигнал по чувствительным волокнам в спинной мозг, а оттуда нервный импульс по двигательным нейронам приходит к отдельным мышечным волокнам мышц разгибателей, что вызывает их сокращение и отдергивание руки от горячего предмета.
Вопрос 2. Как называются врожденные рефлексы и рефлексы, приобретенные в процессе жизни?
Врожденные рефлексы называются безусловными, а рефлексы, приобретенные в процессе жизни, — условными.
Вопрос 3. Какими свойствами обладают рецепторы?
Рецепторы — это окончания чувствительных нервных волокон или специальные чувствительные клетки, которые преобразуют раздражение в нервные импульсы.
Основные свойства рецепторов — высокая чувствительность и специфичность. Каждый тип рецептора настроен на свой раздражитель. Например, фоторецепторы реагируют на фотоны света, хеморецепторы — на действие химических веществ, а тактильные рецепторы – на прикосновения.
Вопрос 4. Какую функцию выполняют вставочные и исполнительные нейроны?
Вставочные нейроны воспринимают информацию от чувствительных и других вставочных нейронов, обрабатывают её и передают в соответствующие отделы мозга и на исполнительные нейроны. Исполнительные нейроны проводят нервные импульсы от мозга к исполнительным органам.
Вопрос 5. Каковы свойства синапсов?
Синапсы образуются в местах контактов аксона с клетками, которым он передает информацию. Синапсы передают информацию от аксона клетке химическим путем с помощью биологически активных веществ.
Основное свойство синапса — односторонняя проводимость. Информация не может быть передана принимающей клеткой обратно аксону.
Вопрос 6. Объясните действие прямых и обратных связей в нервной системе.
По рефлекторной дуге к исполнительному органу от мозга по каналам прямой связи поступают командные сигналы. От органа к мозгу по каналам обратной связи возвращается информация об успешности их выполнения. Этот импульс рождается в рецепторах, расположенных в исполнительных органах.
Наличие обратной связи позволяет мозгу отслеживать корректность выполнения команд из центральной нервной системы.
Рефлекторная регуляция
Биологическое значение рефлекторных механизмов заключается в регуляции работы органов и координации их функционального взаимодействия с целью обеспечения постоянства внутренней среды организма, сохранение его целостности и возможности приспособления к постоянно меняющимся условиям окружающей среды.
В основе нервной регуляции функций лежат рефлексы.
Принципы рефлекторной теории по Павлову:
Рефлекторная дуга состоит из 3-х основных частей:
1. афферентная часть рефлекторной дуги,
2. центранльная часть рефлекторной дуги,
3. эфферентная часть рефлекторной дуги
Эфферентная часть представлена соматической и вегетативной нервной системой. Сами нейроны, с которых начинается соматическая и вегетативная нервная система, лежат в пределах ЦНС. Начиная с подкорковых образований и кончая крестцовым отделом позвоночника. Все нейроны коры НЕ ИМЕЮТ связи с периферической системой.
Для соматичекой нервной системы нейрон, который лежит в пределах ЦНС, отдает свой аксон, который достигает иннервируемой нервной системы (периферического органа).
Вегетативная нервная система— у нее 1-й нейрон лежит в пределах ЦНС и его аксон никогда не достигает периферического органа. 2-е нейроны есть всегда.Они образуют вегетативные ганглии и только аксоны 2-х нейронов достигают периферических органов. Свойства эфферентной части (соматической, вегетативной нервной системы) см. «Нервы. Проведение нервных возбуждений по нервам. Синапс. Передача возбуждения в синапсе».
У соматической и вегетативной нервных систем, как эфферентов, общая афферентная система.
Существуетанатомическое и физиологическое понятие нервного центра.
С анатомической точки зрения нерв это всегда точечка, это всегда точечное пространство, с физиологической— различные части нервных центров могут располагаться на разных этажахЦНС.
Нейроны в нервных центрахобъединяются в нервные цепи,цепи создают нервные сети.Существуетдва типа нервных сетей:
1. локальные нервные сети,
2. иерархарические нервные сети.
Свойства нервных центров:
1.нервные центры обладают выраженной способностю к суммации возбуждений. Суммация может быть: временной, пространственной/см. «Синапс»/,
2. иррадиация возникшего возбуждения-распространение возбуждения на рядом лежащие нейроны.
3. концентрация возбуждения-стягивание возбуждения на один или несколько нейронов.
5. трансформация— способность нервных центров преобразовывать частоту и силу пришедшего возбуждения. Причем нервные центры могут работать в понижающем и повышающем режиме.
7. мультипликация— нервные центры способны умножить эффект.
8. спонтанная электрическая активность.
9. последействие.
10.реверберация.
15. Высокая утомляемость НЦ,
16. Высокая чувствительность к нейротропным ядам.
17. Доминанта.Способность за счет сильного возбуждения преоблодать над другими нервными центрами.
Что такое рефлекторная регуляция в биологии
Рефлексы проявляются в возникновении или прекращении какой-либо деятельности организма: в сокращении или расслаблении мышц, в секреции или прекращении секреции желез, в сужении или расширении сосудов и т. п.
Благодаря рефлекторной деятельности организм способен быстро реагировать на различные изменения внешней среды или своего внутреннего состояния и приспособляться к этим изменениям. У позвоночных животных значение рефлекторной функции центральной нервной системы настолько велико, что даже частичное выпадение ее (при оперативном удалении отдельных участков нервной системы или при заболеваниях ее) часто ведет к глубокой инвалидности и невозможности осуществлять необходимые жизненные функции без постоянного тщательного ухода.
Значение рефлекторной деятельности центральной нервной системы в полной мере было раскрыто классическими трудами И. М. Сеченова и И. П. Павлова. И. М. Сеченов еще в 1862 г. в своем составившем эпоху труде «Рефлексы головного мозга» утверждал: «Все акты сознательной и бессознательной жизни по способу происхождения суть рефлексы».
Все рефлекторные акты целостного организма разделяют на безусловные и условные рефлексы.
Безусловные рефлексы передаются по наследству, они присущи каждому биологическому виду; их дуги формируются к моменту рождения и в норме сохраняются в течение всей жизни. Однако они могут изменяться под влиянием болезни.
Условные рефлексы возникают при индивидуальном развитии и накоплении новых навыков. Выработка новых временных связей зависит от изменяющихся условий среды. Условные рефлексы формируются на основе безусловных и с участием высших отделов головного мозга.
Безусловные и условные рефлексы можно классифицировать на различные группы по ряду признаков.
NB! Эта классификация приемлема к более или менее простым рефлексам, направленным на объединение функций внутри организма. При сложных же рефлексах, в которых участвуют нейроны, находящиеся в высших отделах центральной нервной системы, как правило, в осуществление рефлекторной реакции вовлекаются различные исполнительные органы, в результетате чего происходит изменение соотношения организма с внешней средой, изменение поведения организма.
Примеры некоторых относительно простых рефлексов, наиболее часто исследуемых в условиях лабораторного эксперимента на животном или в клинике при заболеваниях нервной системы человека.
Как уже отмечалось выше, подобная классификация рефлексов условна: если какой-либо рефлекс может быть получен при сохранности того или иного отдела центральной нервной системы и разрушении вышележащих отделов, то это не означает, что данный рефлекс осуществляется в нормальном организме только при участии этого отдела: в каждом рефлексе участвуют в той или иной мере все отделы центральной нервной системы.
Любой рефлекс в организме осуществляется при помощи рефлекторной дуги.
В периферической нервной системе различают рефлекторные дуги (нейронные цепи)
Рефлекторная дуга состоит из пяти отделов:
Простейшую рефлекторную дугу можно схематически представить как образованную всего двумя нейронами: рецепторным и эффекторным, между которыми имеется один синапс. Такую рефлекторную дугу называют двунейронной и моносинаптической. Моносинаптические рефлекторные дуги встречаются весьма редко.
Вегетативные ганглии, в зависимости от локализации, могут быть разделены на три группы:
Такое различие соматической и вегетативной рефлекторной дуги обусловлено анатомическим строением нервных волокон, составляющих нейронную цепь, и скоростью проведения по ним нервного импульса.
Для осуществления любого рефлекса необходима целостность всех звеньев рефлекторной дуги. Нарушение хотя бы одного из них ведет к исчезновению рефлекса.
Схема реализации рефлекса
В ответ на раздражение рецептора нервная ткань приходит в состояние возбуждения, которое представляет собой нервный процесс, вызывающий или усиливающий деятельность органа. В основе возбуждения лежит изменение концентрации анионов и катионов по обе стороны мембраны отростков нервной клетки, что приводит к изменению электрического потенциала на мембране клетки.
Возбуждение проводится по нервным волокнам со скоростью от 0,5 до 100 м/с, изолированно и не переходит с одного волокна на другое, чему препятствуют оболочки, покрывающие нервные волокна.
Процесс торможения противоположен возбуждению: он прекращает деятельность, ослабляет или препятствует ее возникновению. Возбуждение в одних центрах нервной системы сопровождается торможением в других: нервные импульсы, поступающие в центральную нервную систему, могут задерживать те или иные рефлексы.
Взаимосвязь, определяющая процессы возбуждения и торможения, т.е. саморегуляции функций организма, осуществляется при помощи прямых и обратных связей между центральной нервной системой и исполнительным органом. Обратная связь («обратная афферентация» по П.К.Анохину), т.е. связь между исполнительным органом и центральной нервной системой, подразумевает передачу сигналов с рабочего органа в центральную нервную систему о результатах его работы в каждый данный момент.
Так, при взятии рукой предмета глаза непрерывно измеряют расстояние между рукой и целью и свою информацию посылают в виде афферентных сигналов в мозг. В мозгу происходит замыкание на эфферентные нейроны, которые передают двигательные импульсы в мышцы руки, производящие необходимые для взятия ею предмета действия. Мышцы одновременно воздействуют на находящиеся в них рецепторы, беспрерывно посылающие мозгу чувствительные сигналы, информирующие о положении руки в каждый данный момент. Такая двусторонняя сигнализация по цепям рефлексов продолжается до тех пор, пока расстояние между кистью руки и предметом не будет равно нулю, т.е. пока рука не возьмет предмет. Следовательно, все время совершается самопроверка работы органа, возможная благодаря механизму «обратной афферентации», который имеет характер замкнутого круга.
Существование такой замкнутой кольцевой, или круговой, цепи рефлексов центральной нервной системы и обеспечивает все сложнейшие коррекции протекающих в организме процессов при любых изменениях внутренних и внешних условий (В.Д. Моисеев, 1960). Без механизмов обратной связи живые организмы не смогли бы разумно приспособиться к окружающей среде.
Рефлекторная дуга
Устройство рефлекторных дуг
Состоит из рецептора (может быть расположен в коже, внутренних органах, сосудах) чувствительного нейрона и идущего от этого нейрона чувствительного волокна, которое проникает в спинной мозг через задние рога.
Состоит из вставочного нейрона и его отростков. Вставочный нейрон осуществляет связь между чувствительным и двигательным звеном рефлекторной дуги. Вставочные нейроны могут осуществлять связь с другими отделами ЦНС.
Тела вставочных нейронов находятся в задних рогах спинного мозга.
Представлено двигательным нейроном (эфферентным, исполнительным, мотонейроном), от которого нервные волокна идут к рабочему органу (эффектору, органу-исполнителю).
Двигательные нейроны лежат в передних рогах спинного мозга, откуда и выходят их отростки.
Рассмотрим схему рефлекторной дуги, на базе которой осуществляется рефлекс отдергивания руки от горячего предмета. Попробуйте сами описать путь, который проходит нервный импульс и вспомнить 3 звена рефлекторной дуги. Назовите локализацию каждого из нейронов.
Это может показаться очевидным, но необходимо подчеркнуть, что афферентные нервные волокна входят в спинной мозг через задние корешки. Эфферентные нервные волокна выходят из спинного мозга через передние корешки.
Виды рефлекторных дуг
Ниже вы увидите схемы соматической и вегетативной рефлекторных дуг. Под картинкой будет написано существенное отличие между ними, которое вы должны запомнить, но прежде постарайтесь сами сделать вывод, изучив картинку.
Нервная регуляция
Заболевания
При переохлаждении может возникнуть парез лицевого нерва. Причиной этому служит воспаление тканей, в результате чего в узком костном канале нерв сдавливается воспаленными тканями. Нервные импульсы частично, либо полностью перестают поступать к мышцам лица, что делает невозможным для пациента движение ими.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Рефлекторная регуляция функций организма
Человек есть тайна, ее надо разгадать,
и если будешь ее разгадывать всю жизнь,
не говори, что потерял время;
я занимаюсь этой тайной, так как хочу быть человеком.
.
Путь, по которому возбуждение проходит от рецептора до исполнительного органа, называется рефлекторной дугой. В ее состав могут входить следующие элементы:
2. центростремительный (афферентный) нейрон;
3. вставочный нейрон;
4. центробежный (эфферентный) нейрон;
5. исполнительный орган (эффектор).
Разные виды рецепторов воспринимают различные качества раздражителей. Выделяют рецепторы, воспринимающие световое излучение (фоторецепторы[7]), механические воздействия (механорецепторы органов слуха и вестибулярного аппарата, опорнодвигательной системы, тактильные, барорецепторы[8] сердечно-сосудистой системы и др.), тепло и холод (терморецепторы), изменения концентрации газов и глюкозы в крови (хеморецепторы органов вкуса и обоняния, сосудистые и тканевые, чувствительные к действию химических соединений) и реагирующие на повреждения тканей (ноцицептивные[9]).
Помимо рецепторов, возбуждаемых только одним типом сенсорного раздражителя (мономодальные), существуют также рецепторы, возбуждающиеся от нескольких раздражителей разного качества (полимодальные).
В зависимости от пространственного восприятия раздражителя рецепторы подразделяют на:
· экстерорецепторы[10]: получают сигналы из внешней среды, поэтому преимущественно находятся на внешней поверхности тела. Могут быть:
— дистантными: реагируют на отдаленные раздражители (зрительные, обонятельные, слуховые);
— контактными: воспринимают раздражения поверхности тела (рецепторы прикосновения, давления, температурные и вкусовые);
· интерорецепторы[11]: воспринимают раздражение от внутренних органов и уровень химических веществ в крови; к ним относятся рецепторы, находящиеся в сердце, сосудах, легких, кишечнике, мозге;
· проприорецепторы[12]: сигнализируют о положении тела в пространстве (раздражение от суставов, сухожилий, мышц).
Как правило, рефлексы возникают при раздражении не одного, а многих рецепторов, расположенных в определенной области тела. Область, раздражение которой вызывает определенный рефлекс называется рефлексогенной зоной, или рецептивным полем рефлекса. Например, раздражение поверхности роговицы глаза вызывает рефлекс мигания, слизистой оболочки носоглотки – рефлекс чихания и т. д.
По центростремительным нейронам импульсы от рецепторов поступают в нервный центр. Нервным центром называют совокупность нервных клеток, расположенных в разных отделах ЦНС и регулирующих деятельность строго определенного органа. Нервный центр состоит из множества вставочных нейронов. В нем перерабатывается информация, поступающая от соответствующих рецепторов. Здесь же формируется программа или команда, переносящаяся в форме импульсов различной длительности, продолжительности и последовательности к исполнительным органам. В нервных центрах возможна циркуляция нервных импульсов по замкнутым цепям нейронов, а возбуждение одного нейрона по отросткам может переходить на одни или несколько нейронов. Нервные центры в состоянии покоя посылают импульсы на периферию к соответствующим органам. Такое их состояние носит название тонуса[13] нервных центров. Он поддерживается как центростремительными импульсами, так и импульсами от вышележащих отделов мозга. Различают сердечный, сосудодвигательный, дыхательный, пищевой и многие другие центры и каждый из них располагается в строго определенных частях ЦНС. Так, дыхательный и сосудодвигательный центры находятся в продолговатом мозге. Повреждение этих областей приводит к смерти. Однако деятельность сердечно-сосудистой и дыхательной систем, так же как и всех остальных физиологических систем, регулируется различными отделами мозга.
Рефлекторная дуга может состоять из двух нейронов (моносинаптическая), то в этом случае ее начало и окончание находятся в одном и том же органе (например, коленный разгибательный рефлекс). Такой рефлекс называется простым. Но подавляющее большинство рефлексов являются сложными и их дуги состоят из трех и более нейронов (например, сгибательный локтевой рефлекс).
Существуют рефлекторные дуги, в которых рецепторный нейрон соединен с несколькими вставочными. Есть рефлекторные дуги, в формировании которых участвуют несколько рецепторных нейронов, соединенных с одним и тем же или с разными вставочными нейронами. В свою очередь вставочные нейроны могут образовывать синапсы на разных или на одном и том же центробежном нейроне.
Количество информации, поступающей от рецепторов, у человека и животных широко варьирует в зависимости от активности организма. Оно зависит от положения тела и его отдельных частей (поворота головы, глаз), от работы физиологических систем (центральных и периферических).
Рефлекторные реакции, возникающие в ответ на воздействие раздражителя, являются не механическими рефлекторными ответами организма, а сложными регуляторными процессами.
Между ЦНС и рабочими органами существуют не только прямые, но и обратные связи. При действии раздражителя на рецепторы возникает двигательная реакция, в результате которой от эффекторных органов-мишеней нервные импульсы поступают в ЦНС. Эти вторичные афферентные импульсы постоянно сигнализируют нервным центрам о состоянии двигательного аппарата, и в ответ на эти сигналы из ЦНС поступают новые импульсы, включающие следующую фазу движения или изменяющие (корректирующие) движение в соответствии с условиями деятельности. Таким образом, имеется кольцевое взаимодействие между регуляторами (нервными центрами) и регулируемыми процессами, что дает основание говорить не о рефлекторной дуге, а о рефлекторном кольце (рефлекторной цепи). Его структура отличается от структуры рефлекторной дуги. В нем есть дополнительные звенья в виде рецепторов исполнительных органов, афферентного нейрона и системы вставочных нейронов, передающих вторичные афферентные импульсы на центробежные нейроны рефлекторного кольца.
Благодаря обратным связям мы можем не только судить о результатах действия, но и вносить поправки в нашу деятельность, исправлять допущенные ошибки. Этот принцип лежит в основе саморегуляции различных функций в нашем организме (например, поддержание артериального давления, регуляция дыхания и т. д.).
Другой важный принцип регуляции функций заключается в том, что вышележащие отделы мозга координируют и управляют деятельностью нижележащих. Следовательно, осуществляется соподчинение различных отделов мозга. Причем каждый из них вносит свой вклад в регуляцию. Преимущество такой системы в том, что высшие отделы мозга нацелены на стратегические задачи планирования и прогнозирования в новых ситуациях. Память в этих условиях не перегружена мелкими деталями, и новые формы поведения могут приобретаться быстрее и легче.
Но в ЦНС имеет место и процессы торможения, результатом чего является ослабление или подавление возбуждения. Взаимодействие этих двух процессов обеспечивает всю сложную деятельность нервной системы и согласованную работу всех органов человеческого тела. На воздействия из внешней и внутренней среды организм реагирует как единое целое. Объединение деятельности различных систем организма в единое целое (интеграция[14]) и согласование, взаимодействие, ведущее к приспособлению организма к различным условиям среды (координация[15]), связаны с деятельностью ЦНС.
[1] Кеннон Уолтер Брэдфорд (1871-1945), американский физиолог.
[2] Бернар Клод (1813-1878), французский физиолог и патофизиолог.
[3] от лат. reflexus – повернутый назад, отраженный.
[4] Декарт Рене (1596-1650), французский философ.
[5] Сеченов Иван Михайлович (1829-1905), русский физиолог.
[6] Павлов Иван Петрович (1849-1936), русский физиолог, лауреат Нобелевской премии (1903).
[7] от греч. phōtos – свет и лат. recipio – принимаю, получаю.
[8] от греч. baros – тяжесть и лат. recipio – принимаю, получаю.
[10] от лат. exter – наружный, внешний и recipio – принимаю, получаю.
[11] от лат. interior – внутренний и recipio – принимаю, получаю.
[12] от лат. proprius – собственный, особенный и recipio – принимаю, получаю.
[13] лат. tonus, от греч. tónos – напряжение.
[15] от лат. co – совместно и ordinatio – упорядочение.