Мудрость тела человека и сердечно

Мудрость тела человека
и сердечно-сосудистая система
Тарасова О.С.
Кафедра физиологии человека и животных биологического факультета МГУ
О чем сегодня пойдет речь
1.
Мудрость тела человека: в чем она
состоит и на чем базируется
2.
Система кровообращения: роль в
регуляции гомеостаза
3.
Новости регуляции кровообращения
4.
Нарушения кровообращения: почему
они возникают и как с ними бороться
5.
В здоровом теле – здоровый дух!
1932 г.
Мудрость нашего тела заключается в поддержании постоянства
внутренней среды организма
Клод Бернар (Claude Bernard) (1813-1878)
“Постоянство внутренней среды есть условие свободной,
независимой жизни.”
Внутренняя среда организма:
кровь, тканевая жидкость,
лимфа.
Уолтер Кэннон
(Walter Bradford Cannon) (1871-1945)
Гомеостаз - поддержание относительного
постоянства внутренней среды организма
(homeo – такой же, сходный; stasis – стабильность,
равновесие).
Утюг: поддержание постоянства
температуры
•
•
•
•
•
•
Установка температуры (в зависимости от типа ткани)
Нагрев
Отключение нагрева при достижении установочного значения
Охлаждение
Опять - включение нагрева
и т.д.
Главный принцип регуляции – принцип отрицательной обратной связи
«Установочное» значение
температуры
(в зависимости
от типа ткани)
Сравнение показаний детектора
с установочным значением
РЕГУЛЯТОР
Контрольный
сигнал
ИСПОЛНИТЕЛЬ
(нагревательный
элемент)
ДЕТЕКТОР
температуры
Температура
Контролируемый параметр
Включение
или
отключение
по команде
регулятора
Регуляция по принципу отрицательной обратной связи
в нашем организме
ГИПОТАЛАМУС
задает установочные точки для многих
параметров внутренней среды
Сравнивает
показания
рецепторов
с установочным
значением
Если они различаются –
Регулятор
дает команды
регуляторным механизмам
Сам же гипоталамус или один из
центров ствола головного мозга
Быстрые
Медленные
Интерорецепторы
химический состав, насыщение О2 и СО2, осмотическое давление,
температура, давление крови в сосудах
Регуляция по принципу отрицательной обратной связи
в нашем организме
ГИПОТАЛАМУС
задает установочные точки для многих
параметров внутренней среды
Сравнивает
показания
рецепторов
с установочным
значением
Если они различаются –
Регулятор
дает команды
регуляторным механизмам
Сам же гипоталамус или один из
центров ствола головного мозга
Быстрые
Медленные
Интерорецепторы
химический состав, насыщение О2 и СО2, осмотическое давление,
температура, давление крови в сосудах
Принцип
дублирования
регуляторных
механизмов
Регуляция по принципу отрицательной обратной связи
в нашем организме
ГИПОТАЛАМУС
задает установочные точки для многих
параметров внутренней среды
Сравнивает
показания
рецепторов
с установочным
значением
Если они различаются –
Регулятор
дает команды
регуляторным механизмам
Сам же гипоталамус или один из
центров ствола головного мозга
Быстрые
Медленные
Интерорецепторы
химический состав, насыщение О2 и СО2, осмотическое давление,
температура, давление крови в сосудах
Вегетативная (автономная) нервная система
регулирует работу внутренних органов
Парасимпатический
отдел
Симпатический
отдел
Сужение зрачка
Расширение зрачка
Обильное слюноотделение
Выделение небольшого кол-ва слюны
Сужение
бронхов
Расширение
бронхов
Торможение
сердца
Стимуляция
сердца
Превращение
гликогена в
глюкозу
Стимуляция
перистальтики
и секреции
пищеварительных
соков
Сокращение
Подавление
перистальтики
и секреции
Сужение
кровеносных
сосудов
Подавление
сокращений
Преобладает симпатическая регуляция
Борьба или бегство
Преобладает парасимпатическая регуляция
Покой и возобновление
ресурсов организма
Почему эффекты двух отделов так сильно различаются?
Парасимпатический
отдел
Симпатический
отдел
Сужение зрачка
Расширение зрачка
Обильное слюноотделение
Выделение небольшого кол-ва слюны
Сужение
бронхов
Расширение
бронхов
Торможение
сердца
Стимуляция
сердца
Превращение
гликогена в
глюкозу
Стимуляция
перистальтики
и секреции
пищеварительных
соков
Сокращение
Регуляторные
сигналы
передаются с
помощью
веществнейромедиаторов
Подавление
перистальтики
и секреции
Сужение
кровеносных
сосудов
Подавление
сокращений
Симпатические нервные волокна
сосудах
В этих расширениях
содержатся пузырьки
с нейромедиаторами
А
В
1 μm
На постганглионарных
волокнах есть
расширения (варикозы)
Нобелевская премия 1936 г
в области физиологии и медицины
«за открытия, связанные с химической
передачей нервных импульсов».
Нобелевская премия 1936 г
в области физиологии и медицины
«за открытия, связанные с химической
передачей нервных импульсов».
"The night before Easter Sunday of
that year I awoke, turned on the
light, and jotted down a few notes
on a tiny slip of thin paper. Then I
felt asleep again. It occurred to me
at six o'clock in the morning that I
had written down something most
important, but I was unable to
decipher the scrawl. The next
night, at three o'clock, the idea
returned. It was the design of an
experiment to determine whether
or not the hypothesis of chemical
transmission that I had uttered
seventeen years ago was correct. I
got up immediately, went to the
laboratory, and performed a simple
experiment on a frog heart
according to the nocturnal design."
Опыт О.Леви
Раздражение
блуждающего
парасимпатического
нерва
А
Б
А
Б
Ко второму сердцу влияние передается через раствор
(т.е. с помощью химического посредника)!
Медиаторы вегетативной нервной системы
Вегетативная нервная система
Cимпатическая
Парасимпатическая
Преганглионарные волокна
Ацетилхолин
Симпатический ганглий
Парасимпатический ганглий
Норадреналин
Постганглионарные волокна
Ацетилхолин
Сердце, гладкие мышцы, железы
Симпатическая система + надпочечники =
= СИМПАТОАДРЕНАЛОВАЯ система
Расширение зрачка
Когда человек боится –
выделяет адреналин.
Это знают собаки
и лая, бегут за ним...
(А. Вознесенский)
Выделение небольшого
кол-ва слюны
Расширение
бронхов
Торможение
сердца
Стимуляция
сердца
Превращение
гликогена в
глюкозу
Подавление
перистальтики
и секреции
Сокращение
Сужение
кровеносных
сосудов
Подавление
сокращений
НАДПОЧЕЧНИКИ:
Секреция ГОРМОНА
адреналина
в кровь
Эффекты адреналина
очень сходны с
эффектами
симпатических нервов,
но более медленные и
длительные
Гипоталамус и гипофиз:
регуляция других желез внутренней секреции
Гипоталамус
Передняя
доля
гипофиза
Вторичная
капиллярная
сеть
Задняя доля
гипофиза
Тиреотропный гормон
(стимуляция работы
щитовидной железы)
Пролактин
(стимулирует
продукцию молока и
инстинкты ухода за
потомством )
Кортикотропный
гормон
(стимулирует
продукцию гормонов
коры надпочечников )
Тропные
гормоны
Гормон роста
(соматотропный
гормон)
стимулирует рост
скелета и мышц, а
также расщепление
жира)
Гонадотропные
гормоны
(стимулируют
продукцию половых
гормонов)
Гипоталамус: интеграция вегетативных, гормональных
и соматических регуляторных механизмов
Рассмотрим это на примере регуляции температуры тела
Гипоталамус: интеграция вегетативных, гормональных
и соматических регуляторных механизмов
Рассмотрим это на примере регуляции температуры тела
Обратная связь
Обратная связь
Нормализация температуры тела
Система кровообращения:
роль в регуляции гомеостаза
Функции кровеносной
системы
Транспортная:
переносит питательные вещества
и продукты жизнедеятельности
клеток, дыхательные газы
(O2 и CO2), витамины, гормоны,
ферменты и др.
Терморегуляторная:
распределение тепла в организме
Защитные:
- свертывание крови
(предотвращение кровопотери);
- иммунитет.
Интегральный показатель
функционального состояния:
уровень артериального
давления
Составные
элементы:
сердце и
сосуды
Revd
Stephen
Hales 1733 г.
Измерение артериального давления в плечевой артерии
Нормальные значения:
систолическое – до 130 мм рт.ст.
диастолическое – до 85 мм рт.ст.
Прослушивание
«тонов Короткова»
(1905)
Николай Сергеевич
Коротков
Тоны Короткова
Давление
воздуха в
манжете
(мм рт.ст.)
Измерение с
использованием
автоматических
тонометров
Непрерывная регистрация артериального давления
у человека методом разгруженной артерии
(«volume clamp», J. Penaz, 1973)
Прибор
PORTAPES
Уровень давления
изменяется
в течение суток
(в зависимости от
активности):
ИЗМЕНЕНИЕ
ЗНАЧЕНИЯ
«УСТАНОВОЧНОЙ
ТОЧКИ»
Математическая модель регуляции сердечно-сосудистой системы
(А. Гайтон и сотр.)
Рецепторы артериального давления:
барорецепторы
В этих же участках сосудистой системы находятся
хеморецепторы, которые измеряют концентрацию
кислорода и углекислого газа в крови
Барорефлекс работает по принципу отрицательной обратной связи
Кора больших полушарий
и гипоталамус (задают
установочный уровень
давления)
Чувствительные
нервные
пути
+
Сердечнососудистый центр
продолговатого мозга
Барорецепторы
(детекторы)
+
Сердце и сосуды
(исполнители)
ПОВЫШЕНИЕ
АРТЕРИАЛЬНОГО
ДАВЛЕНИЯ
Барорефлекс работает по принципу отрицательной обратной связи
Кора больших полушарий
и гипоталамус (задают
установочный уровень
давления)
Чувствительные
нервные
пути
+
Сердечнососудистый центр
продолговатого мозга
Барорецепторы
(детекторы)
+
Парасимпатический
отдел
(активация)
+
Симпатический
отдел
(торможение)
Сердце и сосуды
(исполнители)
ПОВЫШЕНИЕ
АРТЕРИАЛЬНОГО
ДАВЛЕНИЯ
Барорефлекс работает по принципу отрицательной обратной связи
Кора больших полушарий
и гипоталамус (задают
установочный уровень
давления)
Чувствительные
нервные
пути
+
Сердечнососудистый центр
продолговатого мозга
Барорецепторы
(детекторы)
+
Парасимпатический
отдел
(активация)
+
Симпатический
отдел
(торможение)
Сердце и сосуды
(исполнители)
ПОВЫШЕНИЕ
АРТЕРИАЛЬНОГО
ДАВЛЕНИЯ
-
Уменьшение частоты и силы
сердечных сокращений,
расширение сосудов,
нормализация
артериального давления
Буферная роль артериального барорефлекса:
уменьшение отклонений АД от среднего уровня
(снижение вариабельности АД)
Гистограмма распределения
значений АД, зарегистрированных
в течение суток
(среднее значение АД не изменяется,
но увеличивается вероятность
отклонений от среднего уровня)
В норме
После денервации
% встречаемости
Артериальное давление (мм рт.ст.)
В норме
После денервации
Примеры регистрации АД у собак с
интактными барорецепторами и через 2-3
недели после денервации барорецепторов дуги
аорты и каротидных синусов
Уровень АД (мм рт.ст.)
Регуляция артериального давления почками
СНИЖЕНИЕ
АРТЕРИАЛЬНОГО
ДАВЛЕНИЯ
+
+
Гормон ренин
+
Ангиотензиноген
Ангиoтензин I
+
Ангиoтензин II
(выделяется из печени
и плавает в крови)
Ангиoтензинпревращающий
фермент
(в капиллярах легких)
Ингибиторы АПФ
(капотен, эналаприл
и др.) используются
для лечения
артериальной
гипертензии
Регуляция артериального давления почками
• Сужение сосудов
СНИЖЕНИЕ
АРТЕРИАЛЬНОГО
ДАВЛЕНИЯ
• Повышение активности
симпатической НС
• Уменьшение выведения
жидкости почками
+
+
Гормон ренин
+
Ангиотензиноген
Ангиoтензин I
+
Ангиoтензин II
(выделяется из печени
и плавает в крови)
Ангиoтензинпревращающий
фермент
(в капиллярах легких)
Регуляция артериального давления почками
Отрицательная обратная связь
-
• Сужение сосудов
СНИЖЕНИЕ
АРТЕРИАЛЬНОГО
ДАВЛЕНИЯ
НОРМАЛИЗАЦИЯ
АРТЕРИАЛЬНОГО
ДАВЛЕНИЯ
+
• Повышение активности
симпатической НС
• Уменьшение выведения
жидкости почками
+
Гормон ренин
+
Ангиотензиноген
Ангиoтензин I
+
Ангиoтензин II
(выделяется из печени
и плавает в крови)
Ангиoтензинпревращающий
фермент
(в капиллярах легких)
Новости регуляции
кровообращения
Лауреаты
Нобелевской премии
в области
физиологии и
медицины 1998 г.
Кровеносный
сосуд
За открытие
роли оксида азота
как сигнальной молекулы
в сердечно-сосудистой
системе
Гладкая
мышца
Эндотелий
Как было доказано, что эндотелий секретирует регуляторные факторы
(начало 80-х гг. XX века)
1. «Сэндвич» - система
Измерение
силы
сокращения
Сосуд с
эндотелием
Препарат сосуда
без эндотелия: сокращение
в ответ на ацетилхолин
«Сэндвич-система»:
при действии ацетилхолина
наблюдается расслабление
Эндотелий – железа внутренней секреции
(суммарная масса клеток – 1,5 – 2 кг)
Механическое
действие потока
крови
Гормоны
Эндотелий
NO (оксид азота)
Расслабление
Эндотелин
Гладкая мышца
Эндотелин
NO
В здоровом организме
Сокращение
Эндотелий – железа внутренней секреции
(суммарная масса клеток – 1,5 – 2 кг)
Механическое
действие потока
крови
Гормоны
Эндотелий
NO (оксид азота)
Эндотелин
Расслабление
Сокращение
Гладкая мышца
Эндотелин
NO
Эндотелин
NO
В здоровом организме
При нарушении эндотелия
(действие вредных веществ,
атеросклероз, сахарный
диабет, ожирение, повышение
артериального давления…)
Пути лекарственной коррекции NO-системы
Экзогенные доноры NO
(нитроглицерин)
Ингибирование фермента, который
«выключает» действие NO
(силденафил = виагра)
Газообразные регуляторы
функций организма
NO
CO
H2S
Продуцируются в небольшом количестве многими
типами клеток, участвуют в регуляции тонус сосудов,
активности нервных клеток и др.
Нарушения кровообращения:
почему они возникают
и как с ними бороться
Dead end…
Умение совладать со стрессами помогает
избежать сердечно-сосудистых расстройств
Метаболический синдром
Комплекс нарушений обмена веществ, которые развиваются на фоне ожирения
и часто приводят к развитию сердечно-сосудистых и других заболеваний
Повышение
давления крови
Уменьшение
чувствительности
клеток к инсулину
ОСНОВНОЙ ПРИЗНАК:
ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ТИП
ОЖИРЕНИЯ
(увеличение объема
талии)
Изменение состава
липопротеинов
крови (снижение
полезных и
повышение
вредных)
Повышение уровня
глюкозы в крови
(сахарный диабет 2 типа)
Склонность к
образованию
тромбов в сосудах
Центральное ожирение + 2 др. критерия = метаболический синдром
Вещества, секретируемые жировой тканью
Продукты
расщепления
жира
Медиаторы
воспаления
Гормоны:
адипонектин,
лептин и др.
(регуляция
аппетита и обмена
веществ)
Активные
формы
кислорода
Вещества,
расширяющие
сосуды
(в т.ч. H2S)
Вещества,
суживающие
сосуды
Вещества, секретируемые жировой тканью
Продукты
расщепления
жира
Медиаторы
воспаления
Гормоны:
адипонектин,
лептин и др.
(регуляция
аппетита и обмена
веществ)
Активные
формы
кислорода
Вещества,
расширяющие
сосуды
(в т.ч. H2S)
В здоровом
организме
Вещества,
суживающие
сосуды
При метаболическом
синдроме
Атеросклероз
Атеросклеротическая бляшка
в коронарной артерии
Зона инфаркта
Атеросклероз
Атеросклеротическая бляшка
в коронарной артерии
Зона инфаркта
Ангиопластика: расширение
просвета артерии путем
установки стента
Возможно ли другое решение проблемы?
Полезные эффекты физической тренировки
Уменьшение активности симпатической НС
Повышение активности парасимпатической НС
Нормализация
работы
барорефлекса
Экономичная и
безопасная работа
сердца
Нормализация
функции эндотелия
Повышение
чувствительности
клеток
к инсулину
ТРЕНИРОВКА
Снижение массы тела
Нормализация
артериального давления
Увеличение количества
эритроцитов в крови
(улучшение транспорта О2)
Нормализация водносолевого обмена
В здоровом теле –
здоровый дух!
Мыши в «обогащенной среде» обитания
Активация различных областей мозга
Физическая нагрузка:
стимуляция моторной коры
Рассматривание объектов
стимуляция зрительной коры
Решение пространственных задач,
знакомство с новыми предметами:
активация гиппокампа и др.
областей коры, ответственных за
познавательную деятельность
Выполнение
сложнокоординированных
движений стимуляция
соматосенсорной коры
Nithianantharajah J, Hannan AJ.Enriched environments, experience-dependent plasticity and disorders of the nervous system.
Nat Rev Neurosci. 2006 Sep;7(9):697-709.
Зрелые нейроны
Незрелые нейроны
Погибшие нейроны
До
Без
тренировки
Физическая
тренировка
«Умственная
тренировка»
В
СОЧЕТАНИИ
В течение
После
Нейроны
гибнут
Нейронов становится
больше, но они все
равно гибнут гибнут
Гибнет меньше
нейронов
Нейронов становится
больше и они не гибнут!!
Заключение
1.
Мудрость тела человека заключается в поддержании
гомеостаза и базируется на принципе отрицательной
обратной связи
2.
Нормальная работа системы кровообращения
необходима для поддержания гомеостаза
3.
Новости регуляции кровообращения: газообразные
регуляторы
4.
Активный образ жизни и мудрое отношение к жизненным
трудностям помогают избежать нарушений
кровообращения и умственных расстройств
5.
Мудрость нашего тела позволяет сохранить нашу
мудрость на долгие годы
Спасибо за внимание!