Путь по которому проходит нервный импульс в ходе реализации рефлекса

Рефлекс - основная форма нервной деятельности. Ответная реакция организма на раздражение из внешней или внутренней среды, осуществляющаяся при участии центральной нервной системы, называется рефлексом.

Путь, по которому проходит нервный импульс от рецептора до эффектора (действующий орган), называется рефлекторной дугой.

В рефлекторной дуге различают пять звеньев:

рецептор;
чувствительное волокно, проводящее возбуждение к центрам;
нервный центр, где происходит переключение возбуждения с чувствительных клеток на двигательные;
двигательное волокно, несущее нервные импульсы на периферию;
действующий орган - мышца или железа.

Любое раздражение - механическое, световое, звуковое, химическое, температурное, воспринимаемое рецептером, трансформируется (преобразуется) или, как теперь принято говорить, кодируется рецептором в нервный импульс и в таком виде по чувствительным волокнам направляется в центральную нервную систему. При помощи рецепторов организм получает информацию обо всех изменениях, происходящих во внешней среде и внутри организма.

Рефлекс как приспособительная реакция организма обеспечивает тонкое, точное и совершенное уравновешивание организма с окружающей средой, а также контроль и регуляцию функций внутри организма. В этом его биологическое значение. Рефлекс является функциональной единицей нервной деятельности.

Вся нервная деятельность, как бы она не была сложна, складывается из рефлексов различной степени сложности, т.е. она является отраженной, вызванной внешним поводом, внешним толчком.
Из клинической практики: в клинике С.П. Боткина наблюдали больного, у которого из всех рецепторов тела функционировали один глаз и одно ухо. Как только больному закрывали глаз и затыкали ухо, он засыпал.

В опытах В.С. Галкина собаки, у которых путем операции одновременно были выключены зрительные слуховые и обонятельные рецепторы, спали по 20-23 ч в сутки. Пробуждались они только под влиянием внутренних потребностей или энергичного воздействия на кожные рецепторы. Следовательно, центральная нервная система работает по принципу рефлекса, отражения, по принцмпу стимул - реакция.

Рефлекторный принцип нервной деятельности был открыт великим французским философом, физиком и математиком Рене Декартом более 300 лет назад.

Время, прошедшее от момента нанесения раздражения до ответа на него, называется временем рефлекса. Оно слогается из времени, необходимово для возбуждения рецепторов, проведения возбуждения по чувствительным волокнам, по центральной нервной системе, по двигательным волокнам, и, наконец, латентного (скрытого) периода возбуждения рабочего органа. Большая часть времени уходит на проведение возбуждения через нервные центры - центральное время рефлекса.

Время рефлекса зависит от силы раздражения и от возбудимости центральной нервной системы. При сильном раздражении оно короче, при снижении возбудимости, вызванном, например, утомлением, время рефлекса увеличивается, приповышении возбудимости значительно уменьшается.

Каждый рефлекс можно вызвать только с определенного рецептивного поля. Например, рефлекс сосания возникает при раздражении губ ребенка; рефлекс сужения зрачка - при ярком свете (освещении сетчатки глаза) и т.д.

Каждый рефлекс имеет свою локализацию (место расположения) в центральной нервной системе, т.е. тот ее участок, который необходим для его осуществления. Например, центр расширения зрачка - в верхнем грудном сегменте спинного мозга. При разрушении соответствующего отдела рефлекс отсутствует.

Только при целостности центральной нервной системы сохраняется все совершенство нервной деятельности. Нервным центром называется совокупность нервных клеток, расположенных в различных отделах центральной нервной системы, необходимая для осуществления рефлекса и достаточная для его регуляции.

Казалось бы, что возбуждение, возникшее в центральной нервной системе, может беспрепятственно распространяться во всех направлениях и охватывать все нервные центры. В действительности, этого не происходит. В центральной нервной системе, кроме процесса возбуждения, одновременно возникает процесс торможения, выключающий те нервные центры, которые могли бы мешать или препятствовать осуществлению какого-либо вида деятельности организма, например сгибанию ноги.

Возбуждением называют нервный процесс, который либо вызывает деятельность органа, либо усиливает существующую.

Под торможением понимают такой нервный процесс, который ослабляет либо прекращает деятельность или препятствует ее возникновению. Взаимодействие этих двух активных процессов лежит в основе нервной деятельности.

Процесс торможения в центральной нервной системе был открыт в 1862 г. И. М. Сеченовым. В опытах на лягушках он делал поперечные разрезы головного мозга на различных уровнях и раздражал нервные центры, накладывая на разрез кристаллик поваренной соли. При этом обнаруживалось, что при раздражении промежуточного мозга наступает угнетение или полное торможение спинномозговых рефлексов: лапка лягушки, погруженная в слабый раствор серной кислоты, не отдергивалась.

Значительно позже английский физиолог Шеррингтон открыл, что процессы возбуждения и торможения участвуют в любом рефлекторном акте. При сокращении группы мышц тормозятся центры мышц-антагонистов. При сгибании руки или ноги центры мышц-разгибателей затормаживаются. Рефлекторный акт возможен только при сопряженном, так называемом реципрокном торможении мышц- антагонистов. При ходьбе сгибание ноги сопровождается расслаблением разгибателей и, наоборот, при разгибании тормозятся мышцы-сгибатели. Если бы этого не происходило, то возникла бы механическая борьба мышц, судороги, а не приспособительные двигательные акты.

При раздражении чувствительного нерва, вызывающего сгибательный рефлекс, импульсы направляются к центрам мышц-сгибателей и через тормозные клетки Реншоу - к центрам мышц-разгибателей. В первых вызывают процесс возбуждения, а во вторых - торможения. В ответ возникает координированный, согласованный рефлекторный акт - сгибательный рефлекс.

В центральной нервной системе под влиянием тех или иных причин может возникнуть очаг повышенной возбудимости, который обладает свойством притягивать к себе возбуждения с других рефлекторных дуг и тем самым усиливать свою активность и тормозить другие нервные центры. Это явление носит название доминанты.

Доминанта относится к числу основных закономерностей в деятельности центральной нервной системы. Она может возникнуть под влиянием различных причин: голода, жажды, инстинкта самосохранения, размножения. Состояние пищевой доминанты хорошо сформулировано в русской пословице: "Голодной куме все хлеб на уме". У человека причиной доминанты может быть увлеченность работой, любовь, родительский инстинкт. Бсли студент занят подготовкой к экзамену или читает увлекательную книгу, то посторонние шумы не мешают ему, а даже углубляют его сосредоточенность, внимание.

Весьма важным фактором координации рефлексов является наличие в центральной нервной системе известной функциональной субординации, т. е. определенного соподчинения между ее отделами, возникающего в процессе длительной эволюции. Нервные центры и рецепторы головы как "авангардной" части тела, прокладывающей путь организму в окружающей среде, развиваются быстрее. Высшие отделы центральной нервной системы приобретают способность изменять активность и направление деятельности нижележащих отделов.

Важно отметить: чем выше уровень животного, тем сильнее власть самых высших отделов центральной нервной системы, "тем в большей степени высший отдел является распорядителем и распределителем деятельности организма" (И. П. Павлов).

У человека таким "распорядителем и распределителем" является кора больших полушарий головного мозга. Нет функций в организме, которые бы не поддавались решающему регулирующему влиянию коры.

Схема 1. Распространение (направление показано стрелками) нервных импульсов по простой рефлекторной дуге (увеличить рисунок)

1 - чувствительный (афферентный) нейрон; 2 - вставочный (кондукторный) нейрон; 3 - двигательный (эфферентный) нейрон; 4 - нервные волокна тонкого и клиновидного пучков; 5 - волокна корково-спинномозгового пути.

Нервная система выполняет две основные функции:

1. Обеспечение адекватных реакций организма на постоянно меняющиеся условия внешней среды.

2. Регуляция и координация работы внутренних органов.

Понятно, что для осуществления рефлекса в первую очередь необходимо, чтобы нервное возбуждение, которое возникает в ЦНС в ответ на какое-либо раздражение, дошло до исполнительного органа. Структурной основой осуществления этого процесса служит рефлекторная дуга.

Рефлекторная дуга – путь, по которому проходит нервный импульс в ходе реализации рефлекса. Она состоит из пяти отделов: 1) рецептор; 2) чувствительный нейрон, передающий импульс в ЦНС; 3) нервный центр; 4) двигательный нейрон; 5) рабочий орган, реагирующий на полученное раздражение.

Рецептор – чувствительное образование, которое трансформирует энергию раздражителя в нервный процесс (как правило, электрическое возбуждение). За рецептором идет чувствительный нейрон, находящийся в периферической нервной системе. Периферические отростки (дендриты) таких нейронов образуют чувствительный нерв и идут к рецепторам, а центральные (аксоны) входят в ЦНС и формируют синапсы на ее вставочных нейронах. В некоторых случаях (кожная чувствительность, обоняние) рецепторами являются окончания периферических отростков чувствительных нейронов. В этом случае первые два отдела рефлекторной дуги образованы одним и тем же нейроном. Вставочный нейрон ЦНС (или, точнее, нейроны, т.к. их обычно несколько) являются нервным центром каждого конкретного рефлекса. Аксоны вставочных нейронов образуют синапсы на двигательных нейронах, по аксонам которых нервный импульс в свою очередь доходит до исполнительного органа, вызывая соответствующую деятельность. Аксоны двигательных нейронов образуют двигательные нервы.

Таким образом, в дуги даже простых рефлексов входит обычно около 5-10 последовательно расположенных нейронов. В самом простом случае в рефлекторную дугу входит только два нейрона – чувствительный и двигательный. Примерами таких рефлексов могут быть коленный, возникающий в ответ на удар по сухожилию четырехглавой мышцы бедра, или ахиллов, возникающий в ответ на удар по сухожилию икроножной мышцы (см. рис. 18).

У беспозвоночных животных нервный центр может состоять только из нескольких нейронов. Так, у морского моллюска аплизии работой сердца управляют только четыре нейрона. У позвоночных нервные центры входят в состав ЦНС и могут включать тысячи и даже миллионы нейронов.

Каждый нервный центр находится в определенном месте нервной системы. Например, дыхательный центр, регулирующий работу дыхательных мышц, находится в продолговатом мозгу. При разрушении этого центра дыхание прекращается. Но на самом деле в дыхании принимают участие многие другие нейроны. Так, нервные волокна от дыхательного центра в продолговатом мозгу идут к группам двигательных нейронов спинного мозга, непосредственно управляющих дыхательными мышцами. В варолиевом мосту есть нервный центр, регулирующий правильное чередование вдоха и выдоха. Высший центр головного мозга – кора больших полушарий – тоже принимает участие в дыхании, благодаря чему дыхание можно регулировать произвольно. То же самое можно сказать о большинстве других функций организма (перемещение в пространстве, движения глаз, реакции на боль и т.д.). Поэтому в широком смысле слова нервный центр – это все структуры, согласованно влияющие на выполнение той или иной функции.

Именно благодаря рефлекторному принципу нервная система обеспечивает процессы саморегуляции. Если какой-либо физиологический параметр чрезмерно уменьшается, то автоматически (рефлекторно) включаются механизмы, обеспечивающие его увеличение. И наоборот, если какой-либо параметр увеличивается, включаются механизмы его уменьшения. Например, при повышении температуры тела ВНС обеспечивает расширение сосудов кожи и потоотделение, благодаря чему удаляются избытки тепла. Такой принцип функционирования называется еще механизмом отрицательной обратной связи.

В некоторых физиологических системах обнаружен также механизм положительной обратной связи, благодаря которой процесс, возникнув, некоторое время усиливает и поддерживает себя сам.

Функциональная система – временное или постоянное объединение различных элементов нервной системы (от рецепторов до исполнительных органов), возникшее или существующее для выполнения какой-либо конкретной физиологической задачи. Очень важным в этой концепции является идея о том, что при выполнении любого действия информация о его результатах поступает в ЦНС (в форме импульсов от соответствующих рецепторов). Это звено функциональной системы замыкает рефлекторную дугу в кольцо. Если результат действий частично или полностью не соответствует ожидаемому, то ЦНС по механизму обратной связи направляет протекание реакций в необходимую сторону. Таким образом, поведение строится по принципу непрерывного кольцевого взаимодействия организма и среды, постоянной оценки результатов деятельности – принципу рефлекторного кольца. Этот принцип существенно дополняет представление о рефлекторной дуге, известное еще со времен Р.Декарта.

1 февраля 2017 г. Александр Есин Новая работа

Авторы: Есин Александр, Вольнов Сергей, 6А класс

Научный руководитель: Буланов Р.А.

Куратор: Игнатов Ф.С.

Цель исследования: определить время прохождения нервного импульса по рефлекторной дуге на примере коленного T-рефлекса и сравнить это время с реакцией, требующей осознанного вмешательства человека, а именно, с реакцией на световой и звуковой стимулы. Оценить влияние на время реакции различных физических факторов.

Изучить теоретический материал по строению, функциям и работе нервной системы человека;
Создать скетчи в среде Arduino (язык программирования C/C++) для определения времени прохождения нервного импульса: по рефлекторной дуге коленного T-рефлекса с помощью модуля ЭМГ (модуль электромиографии), для определения времени реакции на световой и звуковой стимулы с использованием модуля ЭМГ.
Собрать экспериментальные установки для исследования коленного рефлекса, схемы для измерения времени реакции на световой и звуковой стимулы.
Зарегистрировать время прохождения нервного импульса по рефлекторной дуге коленного T-рефлекса с помощью модуля ЭМГ, время реакции между поступлением внешнего светового/звукового импульса и напряжением икроножной мышцы ноги и мышцы руки в различных физических состояниях и при отвлекающих факторах.

Оборудование и материалы:

Набор-конструктор BiTronics Lab для исследования биосигналов человека.
ПК с USB-портом и ПО к набору-конструктору BiTronics Lab.
Резиновая киянка, фольга из меди, гибкие провода (не менее 70 см), скотч.
Светодиод с ограничительным резистором, пьезоизлучатель, модуль ЭМГ/ЭКГ. Методы исследования: сбор информации, изучение теоретического материала, написание компьютерных программ, создание опытных установок, проведение опытов, расчеты.

Организм человека живет и действует во внешней окружающей среде. Быстрота и правильность реакции организма на различные события обеспечивает ему и его виду выживаемость. Регуляцию деятельности всех систем организма человека и реакцию на изменение условий внутренней и внешней среды осуществляет нервная система.

Нервная система состоит из центральной (ЦНС) - головной и спинной мозг, и периферической (ПНС) – нервы, расположенные вне ЦНС.

Передача сигнала от ЦНС к и от органов производится через нервную ткань по нервам. Нервы - скопления длинных отростков нервных клеток. Нейроны - главные клетки нервной ткани, состоят из тела и отростков. В основе работы нервной системы лежит рефлекс - ответная реакция организма на раздражение, осуществляемая при участии нервной системы. Рефлексы осуществляются через рефлекторные дуги – путь по которому проходит нервный импульс при рефлексе.

Рефлекторная дуга коленного Т-рефлекса состоит из двух нейронов и на ее примере мы изучали время прохождения нервного импульса через рефлекторную дугу и реакции на внешние стимулы. Промежуток времени между поступлением стимула (удар молоточком) и реакцией мышцы ноги называется латентным временем рефлекса. Его величина используется для оценки функционального состояния ЦНС.

В нашей работе мы измеряли время простой реакции. Простой реакцией в психологии называют реакцию, которая осуществляется в условиях предъявления одного заранее известного сигнала и получения одного определенного ответа.

Время реакции ЦНС мы измеряли с помощью Arduino – инструмента для проектирования электронных устройств и модуля электромиографии (ЭМГ). Программа, написанная в среде Arduino на языке C/C++, называется скетч. Электромиография - это метод исследования биоэлектрических потенциалов, возникающих в скелетных мышцах человека при возбуждении мышечных волокон.

Перед началом опытов мы определили круг лиц, принимающих участие в экспериментах, и произвели опрос испытуемых, во время которого выяснили пол, возраст, профессию, состояние здоровья, регулярность занятия спортом. В анкетировании принимали участие 22 человека. Из них занимаются спортом на регулярной основе (или имеют занятия, требующей быстроты реакции – водители автомобиля) 10 человек. Распределение испытуемых по половому составу следующее: 12 мужчин и 10 женщин. Возрастные группы: 10-15 лет – 8 чел., 16-30 лет – 4 чел., 31-45 лет – 4 чел., 46-60 лет – 4 чел., более 60 лет – 2 чел.

Для каждого испытуемого проводим следующие измерения времени реакции:

- Определение времени прохождения сигнала (нервного импульса) по рефлекторной дуге коленного T-рефлекса с помощью модуля ЭМГ;

- Определение времени реакции между поступлением внешнего светового сигнала и напряжением мышцы ноги с помощью модуля ЭМГ до и после физической нагрузки;

- Определение времени реакции между поступлением внешнего звукового сигнала и напряжением мышцы ноги с помощью модуля ЭМГ до и после физической нагрузки;

- Определение времени реакции между поступлением внешнего светового сигнала и напряжением мышцы руки с помощью модуля ЭМГ в спокойном состоянии и при воздействии отвлекающих факторов;

- Определение времени реакции между поступлением внешнего звукового сигнала и напряжением мышцы руки с помощью модуля ЭМГ в спокойном состоянии и при воздействии отвлекающих факторов.

Для измерения времени прохождения нервного импульса по рефлекторной дуге коленного T-рефлекса мы собрали электронную установку, состоящую из платы Arduino Uno, модуля ЭМГ, киянки с медной обмоткой. На икроножную мышцу ноги наклеили 3 электрода, соединенные с модулем ЭМГ. Под колено поместили медную пластину, соединенную проводом с Arduino Uno. Написанный скетч загрузили в Arduino Uno. Проверили правильность работы установки. Вызываем коленный рефлекс: ударяем киянкой по медной пластине, в результате нога непроизвольно дергается. Время прохождения сигнала по рефлекторной дуге определяется как время между соприкосновением киянки с контактной площадкой и появлением сигнала ЭМГ. Фиксируем по 20 значений времени реакции в миллисекундах у испытуемых людей.

Для измерения времени реакции между поступлением внешнего светового/звукового импульса и напряжением икроножной мышцы/мышцы руки в различных физических состояниях мы собрали электронные установки, состоящие из платы Arduino Uno, модуля ЭМГ, светодиода или пьезоизлучателя. На икроножную мышцу ноги или мышцу руки наклеили 3 электрода, соединенных с модулем ЭМГ. Написанные скетчи загрузили в Arduino Uno. После поступления внешнего стимула – загорание светодиода или появления звука пьезоизлучателя, напрягаем икроножную мышцу ноги или мышцу руки. За время реакции принимается продолжительность интервала между предъявлением стимула и началом ЭМГ-активности мышцы. Фиксируем по 20 значений времени реакции в миллисекундах в различных состояниях – в спокойном сосредоточенном состоянии, при отвлекающих моментах (телефонный разговор и т.п.), после физической нагрузки.

Для каждой выборки значений времени считается среднее арифметическое, среднеквадратическое отклонение, коэффициент вариации.

Анализ проведенных измерений привел к следующим результатам:

Среднее время прохождения сигнала по рефлекторной дуге коленного T-рефлекса составляет 36 мс, а время реакции на световые и звуковые стимулы - от 145мс до 433мс. Это объясняется тем, что время реакции делится на три фазы: время прохождения нервных импульсов от рецептора до коры головного мозга; время, необходимое для переработки нервных импульсов и организации ответной реакции в центральной нервной системе; время ответного действия организма. Между напряжением мышцы и нажатием на кнопку проходит некоторое время. Это время, необходимое мышце для произведения действия.
В ответ на звуковые раздражители время реакции меньше, чем на световые. Это объясняется тем, что при реакции организма на световой стимул значительную долю времени занимает фотохимический процесс, преобразующий световую энергию в нервный импульс.
Время реакции уменьшается начиная с раннего детства вплоть до 30 лет, затем понемногу увеличивается до 60 лет, после этого возраста время реакции стремительно увеличивается. Это связано со становлением нервной системы в детском возрасте, ее тренированности в дальнейшем, и ослаблением физического и психического состояния человека в старости.
У людей, занимающихся спортом и имеющих постоянный опыт вождения машины, время реакции на внешние факторы меньше. У людей, не занимающихся спортом и не имеющих навыки вождения, - время реакции хуже. Поэтому время реакции можно улучшить упражнениями.
Мышечное напряжение способствует увеличению времени реакции, поэтом в утомленном физическом состоянии не стоит заниматься работой, требующей особой точности и быстроты реакции. Например, водители, летчики должны выполнять свою работу отдохнувшими и в хорошем физическом и психоэмоциональном состоянии.
Любое отвлечение внимания, фоновый шум тоже увеличивает время реакции, поэтому, например, за рулем водителю не следует разговаривать по мобильному телефону.
Во всех возрастных группах, время реакции у мужчин меньше чем у женщин того же возраста.

Вывод: время реакции человека на внешние стимулы определяется работой нервной системы, зависит от его физического состояния, и увеличивается в усталом, рассеянном состоянии. Человек, регулярно занимающийся спортом и работой, при которой важна высокая скорость реакции (водитель автомобиля), имеет меньшее время реакции, и, следовательно, большую скорость реакции на внешние обстоятельства. Следовательно, регулярными упражнениями можно повысить свою скорость реакции на события и уменьшить время на принятие решений. В критической ситуации это поможет уберечься от неприятностей и спасти жизнь.

В результате данной работы мы изучили работу нервной системы человека и рефлекторной дуги, научились работать с Arduino и программировать на языке C/C++, измерять с их помощью время реакции человека на внешние раздражители.

Время реакции учитывается при разработке и проектировании пультов управления, систем отображения информации, конвейерных линий, рабочих мест операторов. Время реакции широко используется в профессиональном отборе; оно является критерием, по которому можно судить о пригодности человека к таким профессиям, как диспетчер, оператор, водитель и др. Время реакции учитывается также в спортивной и управленческой деятельности, в клинической практике для определения состояния нервной системы.

В дальнейшем мы планируем продолжить работу по данной теме и исследовать время реакции различения (реакция, которая производится в условиях, когда человек должен реагировать только на один из двух или нескольких сигналов, а ответное действие должно совершаться только на один из них) и выбора (реакция при предъявлении двух или нескольких сигналов, но при условии, что нужно отвечать на каждый из них своим определенным действием).

Рефлекс

Рефлекс – это ответная реакция организма на раздражитель, осуществляемая нервной системой. Проявляются они началом или прекращением какой-либо деятельности: движение мышц, секреция желез, изменением сосудистого тонуса. Это позволяет быстро подстраиваться под изменения внешней среды. Значение рефлексов в жизни человека настолько велико, что даже частичное их исключение (удаление во время операции, травма, инсульт, эпилепсия), приводят к стойкой инвалидности.

Изучением центральной и периферической нервной системы занимались И.П. Павлов и И.М. Сеченов. Они оставили после себя много информации для будущих поколений врачей. Раньше не разделяли психиатрию и неврологию, но после их работы невропатологи стали практиковать отдельно, накапливать опыт и анализировать его.

Виды рефлексов

Бессознательные же рефлексы заложены во всех людях одинаково и имеются у нас с момента рождения. Они сохраняются в течение всей жизни, так как именно они поддерживают наше существование. Люди не задумываются о том, что им нужно дышать, сокращать сердечную мышцу, держать свое тело в пространстве в определенной позе, моргать, чихать и т.д. Это происходить автоматически, потому что природа позаботилась о нас.

Классификация рефлексов

Существует несколько классификаций рефлексов, которые отражают их функции или указывают на уровень восприятия. Можно привести некоторые из них.

По биологическому значению выделяют рефлексы:

пищевые;
защитные;
половые;
ориентировочные;
рефлексы определяющие положение тела (позотонические);
рефлексы для движения.

По расположению рецепторов, которые воспринимают раздражитель, можно выделить:

экстерорецепторы, находящиеся на коже и слизистых;
интерорецепторы, располагающиеся во внутренних органах и сосудах;
проприорецепторы, воспринимающие раздражение мышц, суставов и сухожилий.

Зная три представленных классификации можно любой рефлекс охарактеризовать: приобретенный он или врожденный, какую функцию выполняет и как его вызвать.

Уровни рефлекторной дуги

Для невропатологов важно знать уровень, на котором замыкается рефлекс. Это помогает точнее определить область поражения и предсказать ущерб для здоровья. Различают спинальные рефлексы, двигательные нейроны которых располагаются в спинном мозге. Они отвечают за механику тела, сокращение мышц, работу тазовых органов. Поднимаясь на уровень выше - в продолговатый мозг, обнаруживаются бульбарные центры, регулирующие слюнные железы, некоторые мышцы лица, функцию дыхания и сердцебиения. Повреждение этого отдела практически всегда заканчивается смертельным исходом.

В среднем мозге замыкаются мезэнцефальные рефлексы. В основном это рефлекторные дуги черепных нервов. Различают так же диэнцефальные рефлексы, конечный нейрон которых располагается в промежуточном мозге. И кортикальные рефлексы, которые управляются корой головного мозга. Как правило, это приобретенные навыки.

Следует учитывать, что строение рефлекторной дуги с участием высших координирующих центров нервной системы всегда включает в себя и нижние уровни. То есть кортикоспинальный путь будет проходить через промежуточный, средний, продолговатый и спинной мозг.

Физиология нервной системы устроена таким образом, что каждый рефлекс дублируется несколькими дугами. Это позволяет сохранять функции организма даже при травмах и болезнях.

Рефлекторная дуга

В физиологии различают моносинаптические, а так же двух- и трехнейронные дуги, иногда встречаются полисинаптические рефлексы, то есть включающие более трех нейронов. Самая простая дуга состоит из двух нейронов: воспринимающего и двигательного. Импульс проходит по длинному отростку нейрона к нервному узлу, который, в свою очередь, передает его к мышце. Такие рефлексы, как правило, безусловные.

Отделы рефлекторной дуги

Строение рефлекторной дуги включает в себя пять отделов.

Первый – это рецептор, который воспринимает информацию. Он может быть расположен как на поверхности тела (кожа, слизистые), так и в его глубине (сетчатка, сухожилья, мышцы). Морфологически рецептор может выглядеть, как длинный отросток нейрона или скопление клеток.

Второй отдел – чувствительное нервное волокно, которое передает возбуждение дальше по дуге. Тела этих нейронов располагаются за пределами центральной нервной системы (ЦНС), в спинномозговых узлах. Их функция подобна стрелке на железнодорожной колее. То есть данные нейроны распределяют информацию, которая к ним поступает, на разные уровни ЦНС.

Третий отдел – место переключения чувствительного волокна на двигательное. Для большинства рефлексов оно находится в спинном мозге, но некоторые сложные дуги проходят сразу через головной мозг, например защитный, ориентировочный, пищевой рефлексы.

Четвертый отдел представлен двигательным волокном, который доставляет нервный импульс от спинного мозга к эффектору или мотонейрону.

Последний, пятый отдел - это орган, который осуществляет рефлекторную деятельность. Как правило, это мышца или железа, например зрачок, сердце, половые или слюнные железы.

Физиологические свойства нервных центров

Физиология нервной системы изменчива на разных ее уровнях. Чем позже сформирован отдел, тем сложнее его работа и гормональная регуляция. Выделяют шесть свойств, которые присущи всем нервным центрам, независимо от их топографии:

Проведение возбуждения только от рецептора к эффекторному нейрону. Физиологически это обусловлено тем, что синапсы (места соединения нейронов) действуют только в одном направлении и не могут изменить его.

Задержку проведения нервного возбуждения тоже связывают с наличием большого количества нейронов в дуге и, как следствие, синапсов. Для того чтобы синтезировать медиатор (химический раздражитель), выпустить его в синаптическую щель и провести, таким образом, возбуждение, требуется больше времени, чем если бы импульс распространялся просто по нервному волокну.

Суммация возбуждений. Такое случается, если раздражитель слабый, но постоянно и ритмично повторяющийся. В этом случае медиатор накапливается в синаптической мембране, пока его не будет значительное количество, и только потом передает импульс. Самый простой пример этого явления – акт чихания.

Трансформация ритма возбуждений. Строение рефлекторной дуги, а так же особенности нервной системы таковы, что даже на медленный ритм раздражителя она отвечает частыми импульсами – от пятидесяти до двухсот раз в секунду. Поэтому мышцы в человеческом организме сокращаются тетанически, то есть прерывисто.

Рефлекторное последействие. Нейроны рефлекторной дуги находятся в возбужденном состоянии еще некоторое время после прекращения действия раздражителя. На этот счет существуют две теории. Первая утверждает, что нервные клетки передают возбуждение на доли секунды дольше, чем действует раздражитель, и тем самым пролонгируют рефлекс. Вторая имеет в своей основе рефлекторное кольцо, которое замыкается между двумя промежуточными нейронами. Они передают возбуждение до тех пор, пока один из них не сможет сгенерировать импульс, либо пока извне не поступит тормозящий сигнал.

Утопление нервных центров возникает при длительном раздражении рецепторов. Проявляется это сначала снижением, а потом и вовсе отсутствием чувствительности.

Вегетативная рефлекторная дуга

По типу нервной системы, которая реализует возбуждение и проводит нервный импульс, выделяют соматические и вегетативные нервные дуги. Особенностью является то, что рефлекс к скелетной мускулатуре не прерывается, а вегетативный обязательно переключается через ганглий. Все нервные узлы могут быть разделены на три группы:

Вертебральные (позвоночные) ганглии имеют отношения к симпатической нервной системе. Они располагаются по обеим сторонам от позвоночника, формируя столбы.
Предпозвоночные узлы располагаются на некотором расстоянии и от позвоночного столба, и от органов. К ним относят ресничный узел, шейные симпатические узлы, солнечное сплетение и брыжеечные узлы.
Внутриорганные узлы, как не сложно догадаться, располагаются во внутренних органах: мышце сердца, бронхов, кишечной трубке, железах внутренней секреции.

Эти различия между соматической и вегетативной системой уходят глубоко в филогенез, и связаны со скоростью распространения рефлексов и их жизненной необходимостью.

Реализация рефлекса

Извне на рецептор рефлекторной дуги поступает раздражение, которое вызывает возбуждение и возникновение нервного импульса. В основе этого процесса лежит изменение концентрации ионов кальция и натрия, которые находятся с обеих сторон мембраны клетки. Изменение количества анионов и катионов вызывает сдвиг электрического потенциала и появление разряда.

От рецептора возбуждение, двигаясь центростремительно, поступает в афферентное звено рефлекторной дуги – спинномозговой узел. Отросток его заходит в спинной мозг к чувствительным ядрам, а затем переключается на моторные нейроны. Это центральное звено рефлекса. Отростки двигательных ядер выходят из спинного мозга вместе с другими корешками и направляются к соответствующему исполнительному органу. В толще мышц волокна заканчиваются двигательной бляшкой.

Скорость передачи импульса зависит от типа нервного волокна и может колебаться от 0,5 до 100 метров в секунду. Возбуждение не переходит на соседние нервы благодаря наличию оболочек, изолирующих отростки друг от друга.

Значение торможения рефлекса

Так как нервное волокно способно долго сохранять возбуждение, то торможение является важным приспособительным механизмом организма. Благодаря ему, нервные клетки не испытывают постоянного перевозбуждения и усталости. Обратная афферентация, благодаря которой и реализуется торможение, участвует в образовании условных рефлексов и снимает с ЦНС необходимость анализировать второстепенные задачи. Это обеспечивает координацию рефлексов, например, движений.

Обратная афферентация так же предотвращает распространение нервных импульсов на другие структуры нервной системы, сохраняя их работоспособность.

Координация работы нервной системы

У здорового человека все органы действуют слажено и согласовано. Они подчиняются единой системе координации. Строение рефлекторной дуги – это частный случай, который подтверждает единое правило. Как и в любой другой системе, в человеке тоже существует ряд принципов или закономерностей, по которым она действует:

конвергенция (импульсы от разных участков могут поступать к одному участку ЦНС);
иррадиация (длительное и сильное раздражение вызывает возбуждение соседних участков);
реципрокность (торможение одних рефлексов другими);
общий конечный путь (основан на несоответствии количества афферентных нейронов к эфферентным);
обратная связь (саморегуляция системы исходя из количества принятых и сгенерированных импульсов);
доминанта (наличие главного очага возбуждения, который перекрывает остальные).

Читайте также: