Нейрогормональные механизмы в регуляции питьевого, пищевого и полового поведения

2

Нейрогормональные механизмы в регуляции питьевого, пищевого и полового поведения

Механизмы регуляции жизнедеятельности организма принято делить на нервные и гуморальные. Первые используют для передачи и переработки информации структуры нервной системы (нейроны, нервные волокна) и импульсы электрических потенциалов, вторые - внутреннюю среду и молекулы химических веществ.

Нервная регуляция обеспечивает быструю и направленную передачу сигналов, которые в виде нервных импульсов по соответствующим нервным проводникам поступают к определенному адресату - объекту регуляции. Быстрая передача сигналов (до 80-120 м/с) без затухания и потери энергии обусловлена свойствами проводящих возбуждение структур, преимущественно состоянием их мембран. Нервной регуляции подлежат как соматические (деятельность скелетной мускулатуры), так и вегетативные (деятельность внутренних органов) функции. Это универсальное значение нервной регуляции жизнедеятельности и физиологических функций было положено в основу концепции нервизма, рассматривающей целостность организма как результат деятельности нервной системы. Однако абсолютизация этой концепции до теории физиологии не оставляет места для многообразия уровней и связей в системе регуляции жизнедеятельности механизмов интеграции функций. Элементарный и основной принцип нервной регуляции - рефлекс.

Гуморальная регуляция представляет собой способ передачи регулирующей информации к эффекторам через жидкую внутреннюю среду организма с помощью молекул химических веществ, выделяемых клетками или специализированными тканями и органами. Этот вид регуляции жизнедеятельности может обеспечивать как относительно автономный местный обмен информацией об особенностях метаболизма и функции клеток и тканей, так и системный эфферентный канал информационной связи, находящийся в большей или меньшей зависимости от нервных процессов восприятия и переработки информации о состоянии внешней и внутренней среды. Соответственно, гуморальную регуляцию подразделяют на местную, малоспециализированную саморегуляцию, и высокоспециализированную систему гормональной регуляции, обеспечивающую генерализованные эффекты с помощью гормонов. Местная гуморальная регуляция (тканевая саморегуляция) практически не управляется нервной системой, тогда как система гормональной регуляции составляет часть единой нейрогуморальной системы.

Деление механизмов регуляции жизнедеятельности организма на нервные и гуморальные весьма условно и может использоваться только для аналитических целей как способ изучения. На самом деле, нервные и гуморальные механизмы регуляции неразделимы.

Во-первых, информация о состоянии внешней и внутренней среды воспринимается почти всегда элементами нервной системы (рецепторы), обрабатывается в нервной системе, где может трансформироваться в сигналы исполнительных устройств либо нервной, либо гуморальной природы. Следовательно, для второго и третьего уровней системы регуляции физиологических функций управляющим устройством является, как правило, нервная система.

Во-вторых, сигналы, поступающие по управляющим каналам нервной системы передаются в местах окончания нервных проводников в виде химических молекул-посредников, поступающих в микроокружение клеток, т.е. гуморальным путем. А специализированные для гуморальной регуляции железы внутренней секреции управляются нервной системой.

Таким образом, следует говорить о единой нейрогуморальной системе регуляции физиологических функций.

Л.А. Бибиковой, С.В. Яриловым было проведено интересное исследование, отражающее соотношение нервной и гуморальной регуляции в разные возрастные периоды. Всего в исследовании принимало участие 125 человек в возрасте от 7 до 55 лет. Из них 82 мужчины и 43 женщины. Все они были распределены на 5 возрастных групп: от 7 до 14, от 15 до 25, от 26 до 35, от 36 до 45, от 46 до 55 лет, то есть по 25 человек в каждой. Все по итогам ежегодного врачебного освидетельствования признаны практически здоровыми.

Анализ полученной информации позволил разделить все рассматриваемые показатели на две группы. В первую группу вошли параметры, быстро изменявшиеся под действием разных обстоятельств: физических нагрузок, эмоционального напряжения, употребления пищевых стимуляторов (чай и кофе) и так далее. Эти параметры быстро менялись и также быстро возвращались к исходному уровню. Во вторую группу вошли показатели, относительно медленно реагировавшие на перечисленные выше влияния. Они оказались сравнительно инерционными и изменялись лишь под действием продолжительной стимуляции или экстремальных однократных воздействий. На основании этих обстоятельств показалось целесообразным разделить их на две группы…

Очевидно, что показатели «быстрой» регуляции (ПБР), по-видимому, отражают преимущественно «нервную составляющую» управления, показатели же «медленной» регуляции (ПМР) больше «гормональную составляющую». Исходя из предположения что параметры регуляции должны изменяться на протяжении жизни, был рассмотрен возрастной аспект проблемы.

Сначала был построен график линейных зависимостей среднегрупповых значений ПМР и ПБР, которые были получены путем последовательного усреднения сначала средних значений ПБР и ПМР по каждому испытуемому, а затем в пределах каждой возрастной градации. Результаты дают представление о положениях гомеостатических центров «быстрой» и «медленной» регуляции в каждой возрастной группе.

Затем строился график волновых зависимостей уже всех средних значений ПМР и ПБР по каждому обследованному и в каждом возрастном диапазоне с расположением полученных данных на кривой между минимальным и максимальным значением. Построенный таким образом график наглядно отражает диапазон «функциональной лабильности» процесса нейрогормональной регуляции.

Анализ графика линейных зависимостей вскрыл следующие интересные закономерности. Если принять во внимание, что ПБР соответствуют «нервному компоненту» нейрогормональной регуляции, то характер изменения последнего на протяжении всей жизни здорового человека не претерпевает заметных колебаний (диапазон изменений 12%, то есть от 65 до 78% от «идеальной» 100% нормы) и его графическое выражение может рассматриваться как прямая.

В то же время «гормональный компонент» менее устойчив (диапазон изменений в пределах 29%) и постепенно возрастая, достигает отчетливого максимума в 35-45 лет (уровень 60-65% от «идеальной» 100% нормы) с последующим снижением до среднего уровня (35-45%). Другой не менее важный вывод заключается в том, что на каждом возрастном отрезке «нервный компонент» регуляции заметно превышает «гормональный» и лишь в возрасте 35-45 лет наблюдается их сближение и гармонизация параметров нейрогормональной регуляции. Таким образом, напрашивается вывод о том, что здоровье невозможно без стабильного поддержания работы нервной системы за счет переменной, сообразно возрасту, гормональной функции.

Представленные данные позволяют сделать вывод: гармонизация двух компонентов нейрогормональной регуляции у здоровых лиц, по-видимому, наступает с прекращением фазы роста и переходом организма в «стационарное» состояние (на рубеже 25-28 лет). Кроме того, длительность этого периода захватывает три последние возрастные группы наблюдения (26-35, 36-45 и 46-55 лет). Это может свидетельствовать о фундаментальности роли гармонизации дуального механизма управления в сохранении и длительном поддержании здоровья.

Изменения гомеостатических параметров приводят в действие нервные и эндокринные механизмы их регуляции, направленные на восстановление заданного значения параметров. Какие это механизмы?

Механизмы регуляции питьевого поведения

Вода в живых организмах - основной растворитель, в котором происходит большинство химических реакций. С помощью воды транспортируются питательные вещества, продукты обмена, молекулы физиологических регуляторов, она необходима для пищеварения в кишечнике, для регуляции температуры тела и для удаления отходов жизнедеятельности. Механизмы гомеостатического регулирования у здорового человека поддерживают баланс между потреблением и потерей воды. За сутки взрослый человек с массой тела 70 кг теряет около 2,3 литра воды: 1400 мл с мочой, 800 мл испаряется с поверхности кожи и уходит в виде водяных паров при дыхании, 100 мл - с калом. В то же время около 1 литра воды поступает в организм с выпитыми жидкостями, примерно столько же содержится в съеденной пище и около 300 мл воды образуется при окислительных процессах в тканях - в сумме те же 2,3 литра.

Обмен воды неразрывно связан с обменом солей, а поэтому, говоря о воде, следует обсуждать проблему водно-солевого баланса. Растворённые в воде соли, в первую очередь натрия, создают осмотическое давление. Контроль величины осмотического давления осуществляют центральные и периферические осморецепторы. Функцию центральных рецепторов выполняют определённые нейроны ядер гипоталамуса, периферические рецепторы находятся преимущественно в печени и воротной вене, несущей к печени кровь от пищеварительного тракта. Информация от периферических осморецепторов поступает к ядрам гипоталамуса. При повышении осмотического давления нейроны гипоталамуса увеличивают секрецию вазопрессина, который называют также антидиуретическим гормоном (АДГ). В задней доле гипофиза, где оканчиваются аксоны этих нейронов, выделяющийся вазопрессин поступает в кровь и доставляется ею к почкам.

Повышение осмотического давления является главным, но не единственным стимулом для образования АДГ. Гипоталамус увеличивает образование этого гормона в ответ на афферентную импульсацию от болевых рецепторов и от рецепторов объёма предсердий, если они меньше обычного наполняются кровью (например, вследствие её потери). Кроме того, образование вазопрессина стимулирует ангиотензин, а появление ангиотензина сопровождается тремя важными последствиями: 1) он оказывает мощное сосудосуживающее действие, что исключительно важно при потере крови; 2) стимулирует образование АДГ в гипоталамусе и одновременно способствует появлению жажды; 3) повышает секрецию альдостерона корой надпочечников. Образующийся альдостерон увеличивает задержку ионов натрия в почках, а вслед за ионами натрия, подчиняясь механизму осмоса, задерживается вода.

Меньше известно о том, какие нейрогормональные механизмы способствуют окончанию питья. Несомненно, что главными из них являются восстановление осмотического равновесия и / или потерянного объёма жидкости, но, по-видимому, не только они. Имеет значение и уменьшение сухости во рту, которую вызывало пониженное слюноотделение - неизбежное следствие экономии воды. Некоторое значение имеет само питьё, то есть связанная с ним моторная деятельность и сенсорные ощущения. Определённую роль играет соответствующая сенсорная информация от рецепторов желудка и двенадцатиперстной кишки.

Механизмы регуляции пищевого поведения

Пища - единственный источник энергетических и пластических, т.е. строительных ресурсов для организма. Сначала она механически измельчается во рту, а затем под действием ферментов желудка и кишечника расщепляется на вещества, способные всасываться в кровь. Так углеводы расщепляются до моносахаров, жиры - до жирных кислот, а белки - до аминокислот. Когда по мере всасывания этих веществ их концентрация в крови увеличивается, в действие вступает гормон инсулин. Он играет важную роль в усвоении поступивших продуктов - способствует транспорту глюкозы и аминокислот из крови в клетки печени и скелетных мышц и активирует там ферменты, необходимые для синтеза гликогена из глюкозы и белков из аминокислот.

когда повышенная приёмом пищи концентрация в крови глюкозы, аминокислот и жирных кислот постепенно понизится и достигнет заданного уровня, возникает новая задача гомеостатического регулирования. Клетки по потребности забирают из крови нужные себе вещества. Многие гормоны вынуждают клетку расставаться с энергетическими запасами, стимулируя в них расщепление гликогена и образование глюкозы - это контринсулярные гормоны: глюкагон, соматотропин, АКТГ, катехоламин, кортизол. Нервная система также не остаётся безучастной: если влияние парасимпатических нервов способствовало расщеплению пищи в желудке и кишечнике, а также выделению инсулина (то есть созданию запаса энергии), то повышенная активность симпатических нервов увеличивает расход энергии и повышает уровень сахара в крови.

Эта модель пищевого поведения, сложившаяся в 1940-50-х годах, объясняла чувство голода понижением уровня сахара в крови, а чувство сытости - его повышением во время еды выше заданного значения (глюкостатический механизм). Но несколько позднее проводившиеся на крысах опыты показали, что электролитическое разрушение вентромедиальной области гипоталамуса приводит к гиперфагии - неумеренному потреблению пищи и, как следствие, ожирению. При разрушении же латерального гипоталамуса у крыс, напротив, развивается афагия - отказ от пищи. На основе этих открытий сложилось представление о механизме регуляции пищевого поведения двумя гипоталамическими центрами: вентромедиальный гипоталамус стал рассматриваться в качестве центра насыщения (поскольку его разрушение приводит к гиперфагии), а латеральный гипоталамус был объявлен центром голода (после его разрушения наблюдается отказ от пищи). Это представление на какое-то время оттеснило на задний план прежний взгляд на пищевое поведение, отводящий главное значение в формировании чувства голода сокращениям пустого желудка и соответствующей афферентной импульсацией от периферических рецепторов.

Учёные провели ещё ряд исследований. Выяснилось, что разрушение вентромедиального гипоталамуса обычно сопровождается повышенной секрецией инсулина, который собственно и стимулирует образование жира из глюкозы. Это приводит к понижению уровня сахара в крови, животные начинают есть, но инсулин и этот, вновь поступивший сахар превращает в жир. Оказалось, что высокий уровень инсулина связан со стимуляцией поджелудочной железы блуждающим нервом: если перерезать веточку этого нерва, идущую к железе, то гиперфагия, возникающая после разрушения вентромедиального гипоталамуса, исчезнет, а ожирение не возникнет.

Кроме того, было установлено, что при разрушении вентромедиального гипоталамуса традиционно принятым способом повреждается ещё и большой пучок идущих к нему норадренэргических волокон, тела которых расположены в паравентрикулярных ядрах гипоталамуса.? Микроинъекция в паравен-трикулярные ядра различных нейротрансмиттеров (норадреналин, ГАМК, нейропептид Y, галанин, опиоидные пептиды) стимулирует последующее потребление пищи, причём одни трансмиттеры склоняют животное к пище, богатой углеводами, а другие - жирами. В связи с этим можно предположить, что различные вещества ослабляют сигнал насыщения либо углеводами, либо жирами.

При разрушении латерального гипоталамуса, как правило, повреждаются проходящие поблизости чувствительные волокна тройничного нерва, достав ляющие информацию ото рта и лица, что ведёт к нарушениям пищевого поведения у крыс. В ряде случаев при разрушении латерального гипоталамуса повреждали и окружающие стрзтстуры базаль-ного переднего мозга и вентральную часть бледного шара, а такие нарушения приводят к изменению пищевого поведения, которое выражается, например, в появлении отвращения к привлекательному корму, в частности к сахару. Кроме того, надо учесть и почти неизбежное повреждение дофаминэргических волокон, принадлежащих мезолимбической системе, а они имеют отношение к получению удовольствия от принимаемой пищи. Дальнейшие исследования позволили обнаружить в латеральном гипоталамусе нейроны, которые активируются вкусом новой пищи, но утрачивают активность при её многократном приёме. Нейроны ещё одной разновидности возбуждаются при одном лишь виде пищи, но со временем начинают реагировать и на нейтральные стимулы, если они постоянно сопровождают еду.

Итак, какие факторы определяют пищевое поведение? У центра голода существует множество сигналов, на которые он может реагировать: и прямое действие сниженного уровня сахара на нейроны латерального гипоталамуса, и поступающая к ним афферентная информация от периферических глюкорецепторов, обнаруженных в печени, желудке и тонком кишечнике. Это и афферентные сигналы от механорецепторов пустого желудка, и влияние на гипоталамус других структур мозга, активированных множеством факторов, так или иначе, связанных с приёмом пищи (особый вкус, запах, внешний вид, сервировка стола, привычное время, наличие компании и т.д.).

Центр насыщения к активации приводят, во-первых, жевание и глотание пищи - информация об этом поступает от вкусовых и температурных рецепторов рта, от мышечных механорецепторов. Во-вторых, растяжение пищей желудка и соответствующая стимуляция механорецепторов. В-третьих, действие образующихся при расщеплении пищи продуктов на хеморецепторы, находящиеся в тонком кишечнике. В-четвёртых, повышение уровня сахара в крови, оказывающее прямое влияние на нейроны гипоталамуса. В-пятых, попадающие в кровь местные гормоны желудочно-кишечного тракта - такие, как холецистокинин, бомбезин, соматостатин. Известно, что их введение голодным крысам уменьшает потребление пищи.

В контроле приёма пищи участвует не только гипоталамус, но и другие мозговые структуры. Афагия (отказ от пищи) и адипсия (отказ от воды) наблюдаются после повреждения бледного шара, красного ядра, покрышки среднего мозга, черной субстанции, височной доли, миндалины. Гиперфагия (обжорство) развивается после повреждения лобных долей, таламуса, центрального серого вещества среднего мозга.

Механизмы регуляции полового поведения

Регулирующие влияния на различные физиологические процессы, имеющие отношение к размножению, оказывает гипофиз, синтезирующий гонадотропные гормоны. Но ещё на седьмой неделе внутриутробного развития определяется программа развития гонад: яичников у женщин, яичек у мужчин. До этого времени у зародышей, имеющих разный генетический пол (XX - будущие женщины и ХY - будущие мужчины) нет никаких биологических различий. Если во время этого периода, являющегося критическим, не появится специфический белок, синтез которого контролирует Y-хромосома, то дальнейшее развитие всегда происходит по пути формирования женского организма - для этого не требуется никакого дополнительного влияния, такой путь является стандартным.

В следующий критический период - третий месяц внутриутробного развития - у мужского плода уже сформируются яички и в них начинает вырабатываться тестостерон, а также гликопротеин, вызывающий разрушение клеток так называемого мюллерова протока - эмбриональной структуры, из которой формируются женские половые органы. Тестостерон в это же время способствует развитию вольфова протока, из которого формируются мужские половые органы. У женского плода тестостерона нет, а при его отсутствии всё происходит наоборот: из мюллерова протока развиваются женские половые органы, а клетки вольфова протока постепенно погибают, причём для этих процессов женские половые гормоны не требуются, а образующиеся яичники в это время ещё не выделяют гормоны.

У мужского плода тестостерон проникает в клетки мозга (прежде всего гипоталамуса, а также миндалин, среднего мозга, спинного мозга, коры - особенно лимбической), где вызывает маскулинизирующий эффект и формирует половое поведение.

У мужчин и женщин секреция гонадотропных гормонов гипофиза происходит по-разному: у мужчин они выделяются равномерно, а у женщин - циклически, в зависимости от созревания фолликулов в яичниках. Это определяется различной чувствительностью гипоталамических нейронов, секретирующих гонадолиберины для гипофиза, к действию половых гормонов.

У представителей разного пола нейроны преоптической области гипоталамуса и вентромедиального ядра имеют разную форму дендритов и самого ядра, что предопределяет различия в характере обработки афферентной информации. Электрическая стимуляция преоптической области у самцов многих видов животных немедленно стимулирует половую активность, а её разрушение приводит к угнетению полового поведения. У самок аналогичные изменения наблюдаются при стимуляции или разрушении вентромедиального ядра гипоталамуса.

Мужское сексуальное поведение в значительной мере определяет тестостерон, действующий на специальные нейроны гипоталамуса. Уровень тестостерона в крови не определяет, однако, степень половой потенции: для неё необходим лишь определённый минимальный уровень гормона, а в какой мере он превышен у того или иного мужчины - особой роли не играет. Индивидуальные отличия полового поведения определяются какими-то другими факторами, данные о физиологических механизмах которых пока отсутствуют.

Сексуальное поведение самок в значительной степени зависит от уровня эстрогена и прогестерона, который циклически меняется. Именно этим объясняется то обстоятельство, что самки многих видов млекопитающих сексуально активны только в определённые периоды эстрального цикла. Сексуальное поведение женщин не связано в такой же мере с менструальным циклом и, скорее всего, управляется иначе. Неожиданно малое влияние на него оказывает даже оперативное удаление яичников. Существует предположение, что половое поведение женщин зависит не столько от эстрогенов, сколько от андрогенов надпочечников. Эта гипотеза основана на экспериментальных доказательствах, а также на установленных фактах корреляции половой активности женщин с уровнем андрогенов, но не эстрадиола. Кроме того, у женщин, перенесших хирургическую операцию одновременного удаления яичников и матки восстановить половую мотивацию удаётся с помощью инъекций тестостерона, но не эстрадиола.

Итак, можно сделать вывод, что если биологические потребности, связанные с сохранением важнейших гомеостатических параметров, по какой-либо причине отклоняются от заданного значения, то автоматически срабатывают нервные и эндокринные механизмы, получившие название нейрогормональная регуляция, которые помогают быстрее восстановить гомеостаз.

Список используемой литературы

1. Недоспасов. В.О. Физиология центральной нервной системы. Учебник для студентов высших учебных заведений. М.: ООО УМК «Психология», 2002.

2. Бибикова Л.А., Ярилов С.В. Системная медицина. Путь от проблем к решению. - СПб.: НИИХ СПбГУ, 2000.

3. Шульговский В.В. Основы нейрофизиологии: Учебное пособие. - М.: Аспект Пресс, 2002.

4. Биология: большой справочник для поступающих в вузы / Батуев А.С., Гуленкова М.А., Еленевский А.Г. и др. - М.: Дрофа, 2004.