5.2.2. Центральна регуляція судинного тонусу

Нервові імпульси, що йдуть по нервах до кровоносних судин і підтримують їх тонус, виникають не в симпатичних нервах чи нейронах, а в судиноруховому центрі, вивчення локалізації та

165

функціонування якого має більш як столітню історію. Впродовж тривалого періоду вчені досліджували роль різних відділів центральної нервової системи в регуляції кровоообігу.

5.2.2.1. Судиноруховий центр

У більшості відділів ЦНС є скупчення нейронів, котрі в той або інший спосіб беруть участь в регуляції діяльності серцево-судинної системи. Проте до судинорухового центру (СРЦ) прийнято відносити лише ті структури ЦНС, які необхідні для здійснення контролю кровообігу. До них належать довгастий і спинний мозок.

Довгастий мозок. Про те, що СРЦ знаходиться в довгастому мозку, стало відомо завдяки дослідам В.Ф.Овсянникова (1871), проведеним у лабораторії знаменитого німецького фізіолога К.Людвіга. В.Ф.Овсянников робив послідовні фронтальні пе-рерізки стовбура мозку в кроля, слідкуючи при цьому за рівнем артеріального тиску і встановив, що перерізка мозку нижче чотири-горбикових тіл починає знижувати тиск крові. Подальші пе-рерізки ще більше знижували тиск, аж поки перерізки не досягай задньої межі ромбовидної ямки. Перерізка на цьому рівні вже не змінювала тиск, який упав до 40-50 мм рт.ст. На підставі одержаних результатів було зроблено висновок, що СРЦ знаходиться в довгастому мозку у ділянці дна IV шлуночка, він тонічно активний і через симпатичну нервову систему підтримує судинний тонус. Подальші експерименти показали, що на дорзальній частині довгастого мозку (дно IV шлуночка і 3-4 мм глибше) знаходяться ділянки, локальне електричне подразнення одних спричиняє підвищення кров’яного тиску, а інших — зниження. Такі ділянки були названі відповідно пресорною і депресорною зонами і вони розглядались як складові частини СРЦ (рис. 5.7, А). Проте руйнування цих ділянок довгастого мозку, хоча і призводило до зниження тиску, але не до такого низького рівня, як перерізка спинного мозку. Це означає, що судиноруховий центр розташований десь в іншому місці довгастого мозку, а згадані структури пресорної та депресорної зон є його складовими або допоміжними частинами.

Інший підхід до розв’язання проблеми локалізації СРЦ, який полягав у реєстрації за допомогою мікроелектродної техніки електричної активності нейронів довгастого мозку, теж не дав відповіді на питання, де знаходиться СРЦ. Лише невелика кількість нейронів дорзальної частини довгастого мозку реагува-

166

Рис. 5.7. Локалізація судинорухового центру в довгастому мозку:

А — дорсальна поверхня довгастого мозку (перехресною итриховюю позначено пресорну область, горизонтальною — депресорну); Б — вентральна поверхня довгастого мозку. М, LmaS—хемочутливі зони. ВМ— варалієвміст, ЧГ — чотиригорбикові тіла, IV— четвертий шлуночок мозку, СІ — перший шийний корінець спинного мозку, V— XII—пари черепномозкових нервів.

ла на зміни артеріального тиску та частоти скорочень серця і до того ж чіткого зв’язку між ними як за характером відповіді нейронів, так за їх локалізацією встановити не вдалось (Calaresu et al, 1975).

І лише коли дослідники звернули увагу на вентральну частину довгастого мозку, вони впритул підійшли до з’сування проблеми локалізації СРЦ (Mitchell, Loeschcke, Schlafke, 1963-1967.) (детальніше див. Лебедев, 1986, Кульчицкий, 1993). Так, на вентральному боці стовбура мозку було виявлено скупчення нейронів, розташованих дуже близько над його поверхнею. Вони утворювали три невеликі ділянки — зони М, S та L (рис. 5.7, Б). Кожна з цих зон займає дуже обмежену ділянку (1,5-2 мм2) вентральної поверхні довгастого мозку і складається із скупчення нейронів, що лежать безпосоредньо над м’якою мозковою оболонкою. В товщу мозку ці скупчення заходять на 200-600 мкм. Наприклад, у найбільшій серед інших зоні S знаходиться всього 180-200 нейронів, причому 90% клітин розташовано на глибині до 500 мкм від вентральної поверхні мозку.

1G7

Нейрони цих зон виявляють високу хімічну чутливість. їх електричне або хімічне (аплікація Н:С05, гліцину, глутамінової. гомоцистеінової та деяких інших амінокислот) подразнення викликало значні зміни дихання і артеріального тиску. Вважають, що в природних умовах нейрони згаданих структур довгастого мозку реагують на зміни хімічного складу ліквору і беруть участь у регуляції дихання і кровообігу, причому найбільш поверхнево розташовані нейрони відповідають за регуляцію дихання, а нейрони, розташовані глибше — за регуляцію серцево-судинної системи.

Було встановлено, що над зоною S знаходиться група нейронів. аксони яких виявлені пероксидазним методом у спинному мозку, де вони закінчуються на прегангліонарних симпатичних нейронах, які дають початок судинозвужувальним нервам. Це так звана передня, або ростральна веитролатеральна область (РВЛО). Електричне чи хімічне (аплікація глутамату) подразнення цієї зони, а також зони М призводить до збільшення частоти імпульсів у симпатичних волокнах, звуження кровоносних судин і підвищення артеріального тиску Після зруйнування цієї зони чи аплікації до неї гальмівної гамма-аміномасляної кислоти (ГАМК) тиск різко знижуєтеся до рівня, що спостерігається в спінальних тварин.

Все викладене вище дає підстави вважати, що РВЛО, в якій знаходяться симпатоактивуючі нейрони групи С-1 (вони синтезують і виділяють адреналін) є головною, ведучою частиною судинорухового центру, вона тонічно активна, генерує імпульси з частотою 14-20 с-‘ без помітної пульсової ритміки (Лебедєв, 1986). Нейрони цієї зони, ймовірно, підтримують судинний тонус. Зона М виконує допоміжну, модулюючу функцію щодо зони S.

Трохи каудальніше перших двох зон на рівні виходу XII пари нервів знаходиться зона L, над нею теж є скупчення нейронів, яке утворює каудаїьну аеитролатерачьну область (КВЛО). її нейрони, що містять норадреналін, не мають виходів до спинного мозку і здійснюють свій вплив переважно через РВЛО (рис. 5.8). Електричне або хімічне (глутамат) подразнення цієї області викликає зниження кров’яного тиску, а її виключення руйнуванням, охолодженням чи аплікацією гальмівних амінокислот призводить до підвищення артеріального тиску. Отже, нейрони КВЛО є симпатогальмівними щодо нейронів РВЛО. вони отримують імпульси від барорецепторів дуги аорти та каротидних синусів через ядро солітарного тракту, а свій вплив на кровоносні судини здійснюють через РВЛО (див. Розділ 5.2.3.1).

168

Рис. 5.8. Структура та головні зв’язки судинорухового центру:

І — спиниш) мозок; 2 — довгастий мозок; 3 — мозочок; 4 — гіпоталамус; 5 — гіпо<])із; IXt X -аферентні волокна від барорецепторів дуги аорти і ка-ротидного синуса в складі язикоглопікового та біукаючого нервів; IML — інтермедіолатерачьне ядро спинного мозку-; СН — симпатична іннервація серця і кровоносних су’дин; A VP — аргінін-ваозпресин; CVL — каудаїьна вен-тро-латерольна область; RVL — ростраіьна вентролатераіьна обіасть; NTS — ядро одиночного тракту; PVN — паравентрикулярне ядро; SON — супраоптичне ядро, («‘+» та позначають відповідно збуджуваїьний і

гальмівний впливи).

Таким чином, нейрони РВЛ і КВЛ областей довгастого мозку є складовими частинами судинорухового центру. Перші з них є симпатоактивуючими, їх збудження підвищує артеріальний тиск, а другі, навпаки, знижують тиск крові шляхом гальмування симпатоактивуючих нейронів. Завдяки взаємодії цих двох груп нейронів судиноруховий центр довгастого мозку виконує дві ос

16S

новні функції: тонічну — забезпечує судинний тонус,— і рефлекторну — за допомогою ряду рефлексів підтримує артеріальний тиск на відносно постійному оптимальному рівні.

Цікаво відмітити, що описане вище явище диференційованого контролю кровоносних судин різних органів симпатичними нервами (див. Розділ 5.2.1.1.) виявлено і на рівні судинорухового центру. Хімічне подразнення мікроінґєкцією глутамату різних ділянок РВЛО в кішок викликало неоднакові зміни електричної активності в симпатичних судинозвужувальних нервах, що прямують до скелетних мґязів, вісцеральних органів чи нирок (McAllen. May, 1994). Ці дані вказують на те, що вже на рівні довгастого мозку відбувається спеціалізація нейронів, які регулюють кровопостачання різних органів і систем.

Вже зазначалось, що судиноруховий центр тонічно активний. Однак природа постійної тонічної активності його нейронів довгий час не була з’ясованою. Зараз ми знаємо, що вона значною мірою обумовлена здатністю цих нейронів реагувати на зміни хімічного складу омиваючої їх спиномозкової рідини (ліквору), а також їх розташуванням на самій вентральній поверхні довгастого мозку безпосередньо над м’якою мозковою оболонкою. Остання обставина якнайкраще сприяє нейронам судинорухового центру сприймати зміни хімічного складу ліквору і реагувати на них збудженням. Крім того, до складу судинорухового центру включають ще деякі ядра ретикулярної формації, яка отримує аферентні сигнали майже від усіх рецепторів тіла. Завдяки численним відросткам нейрони ретикулярної формації зв’язані між собою і під впливом різноманітних аферентних нервових та хімічних сигналів майже постійно перебувають в стані збудження. Це збудження передається і на симпатоактивуючі нейрони судинорухового центру довгастого мозку, підтримуючи їх тонічну активність.

Спинний мозок. Цей відділ ЦНС необхідний для регуляції серцевосудинної системи як проміжна ланка, що передає сигнали від судинорухового центру до кровоносних судин і серця. Відомо, що перерізка спинного мозку на шийному рівні спричиняє глибоке падіння артеріального тиску. Одночасно зникають усі судинорухові рефлекси. На цій підставі робили висновки, що в спинному мозку немає центрів, які регулюють судинний тонус, і що він виконує лише функцію проведення сигналів від головного мозку до симпатичних нервів. Проте ще в середині XIX ст. Ф.

170

Гольцу вдалось виходити собаку з перерізаним спинним мозком на межі між шийним і грудним відділами і спостерігати за ним протягом кількох тижнів. У таког о собаки одразу після перерізки спинного мозку артеріальний тиск упав до 40 мм рт.ст., але через кілька днів поступово підвищився до нижньої границі норми. З часом відновились і деякі судинні рефлекси.

Отже, нейрони спинного мозку здатні принаймні частково підтримувати судинний тонус і здійснювати замикання судинорухових рефлексів, але роблять це вони досить недосконало: кров’яний тиск у спінальних тварин істотно нижчий, ніж в інтактних, а рефлекси мають генералізований і погано координований характер. Гостра травматична перерізка спинного мозку пригнічує роботу його центрів у результаті розвитку спінального шоку. З часом в міру виходу із шокового стану центри спинного мозку поступово відновлюють свою активність. Головним чинником активації нейронів спинного мозку в цих умовах є гіпоксія — нестача кисню, яка розвивається внаслідок зниження артеріального тиску, і недостатнього кровопостачання спинного мозку. Багато вчених схиляється до думки, що спінальні нейрони беруть на себе функцію регуляції тонусу кровоносних судин лише в патологічних умовах, коли зв’язок спинного і головного мозку розірвано. Але на сьогоднішній день отримано факти, які дозволяють думати, що і в нормі, при неушкодженій нервовій системі, центри спинного мозку беруть участь в підтриманні судинного тонусу і замиканні ряду судинорухових рефлексів (Хаютін, 1977).

Для здійснення як провідникової, так і тонічної та рефлекторної функцій серцево-судинної системи спинний мозок має достатньо складно організований апарат. Вище відзначалось, що аксони симпатоактивуючих нейронів РВЛО прямують у спинний мозок, де проходять у складі дорсолатеральних канатиків до нейронів інтермедіолатеральних ядер. Там через кілька переключень на вставних нейронах сигнали від судинорухового центру надходять до прегангліонарних симпатичних нейронів групи В2 цих же ядер. Останні беруть участь у підтриманні судинного тонусу і звуженні кровоносних судин. Вони проводять збудження зі швидкістю 3-6 м/с Сукупність нейронів інтермедіолатерального ядра являє собою своєрідний спінальний вазомоторний центр, здатний обробляти інформацію і здійснювати взаємодію між сегментами спинного мозку. Є підстави вважати, що гальмування симпатичної вазомоторної активності здійснюється не стільки на

171

рівні довгастого мозку (РВЛО-КВЛО), скільки в спинному мозку — на вставних нейронах інтермедіолатерального ядра. До того ж ці нейрони виявляють виражену хімічну чутливість до речовин, що містяться в спинномозковій рідині центрального каналу спинного мозку.

Крім інтермедіолатерального ядра симпатичні пре-гангліонарні нейрони знайдені також у вентральних рогах сірої речовини спинного мозку. Вони утворюють групу В,, нейрони якої з швидкістю 24-29 м/с передають судинорозширювальні сигнали від гіпоталамічного центру захисних реакцій через симпатичні холінергічні нервові волокна до кровоносних судин скелетної мускулатури (Лебєдєв, 1981).

S.2.2.2. Роль супрабульбарних структур ЦНС в регуляції серцево-судинної системи

До структур ЦНС, що не є конче необхідними для функціонування серцево-судинної системи, належать відділ проміжного мозку гіпоталамус і кора великих півкуль. Якщо судино- та серце-ворухові центри довгастого і спинного мозку регулюють функції своїх органів-мішеней роздільно, хоча і цілком координовано, то вищі рівні ЦНС в процесі інтегративного контролю кровообігу охоплюють серце і судини як єдину систему. Крім того, вони відіграють істотну роль у залученні серця і кровоносних судин до здійснення складних інтегрованих реакцій всього організму.

Гіпоталамічний контроль серцево-судинної системи. Гіпоталамус — відділ проміжного мозку, який є вищии вегетативним центром. Він розташований в основі мозку, займає вентральну ділянку мозкової частини черепа і включає в себе структури, що утворюють дно і бічні стінки III мозкового шлуночка. Тут знаходяться скупчення нейронів, збудження яких впливає на роботу всієї серцево-судинної системи.

Починаючи від серії робіт Дж.Карплюса і А.Крейдля (1909-1927) і до нашого часу одержано величезний об’єм інформації про участь гіпоталамічних структур у регуляції кровоносної системи. Так, електричне або хімічне подразнення різних ділянок гіпоталамуса викликає значні зміни артеріального тиску, роботи серця, серцевого викиду і судинного тонусу, призводить до перерозподілу кровотоку між різними органами. Одночасно із серцево-судинними виникають реакції інших систем організму:

172

дихальної, травної, видільної, терморегуляторні та інші реакції. Наведені факти вказують на те, що в гіпоталамусі немає окремих центрів для кожного органа чи системи органів і що різні його структури виконують різні функції, тобто гіпоталамус є функціонально диференційованим відділом головного мозку. Як вищий вегетативний центр, гіпоталамус через симпатичну і парасимпатичну нервові системи та через залози внутрішньої секреції координує, узгоджує діяльність серцево-судинної системи і інших вісцеральних систем організму між собою та з соматичними і по-ведінковими реакціями.

Прикладом такої інтеграції функцій можуть бути захисні та терморегуляторні реакції, центри регуляції яких знаходяться саме в гіпоталамусі. В першому випадку, коли організм бореться за життя, йде мобілізація всіх ресурсів організму на боротьбу, в скелетних м’язах значно зростає кровотік за рахунок посилення роботи серця і збільшення серцевого викиду, підвищується артеріальний тиск зменшується кровопостачання органів травного тракту і нирок, зростає концентрація адреналіну та глюкози в крові, посилюється вентиляція легень тощо.

У другому випадку зміна температури тіла чи оточуючого середовища через гіпоталамічні центри викликає терморегуляторні реакції, направлені на посилення тепловіддачі і зменшення теплопродукції або, навпаки, на посилення теплоутворення і зменшення тепловіддачі. В цих реакціях беруть участь печінка та скелетні м’язи—як органи теплопродукції, — потові залози, волосяний покрив тварин, дихальна і кровоносна системи, — як органи та системи тепловіддачі. Всі ці зміни завдяки гіпоталамічному контролю відбуваються узгоджено і забезпечують найбільш ефективне здійснення згаданих гомеостатичних та поведінкових реакцій.

Крім того, гіпоталамус як центр, що бере участь у здійсненні емоцій та емоційно-поведінкових реакцій, залучає до цих реакцій і серцево-судинну систему. Всі добре знають, як серце “вистрибує з грудей” від радості та щастя, як воно “завмирає” від страху, як обличчя червоніє від сорому або обурення. Всі емоції людини завдяки інтегративній діяльності гіпоталамуса супроводжуються вегетативними проявами, і серцево-судинна система займає в них чи не найперше місце.

Свої впливи на серцево-судинну систему гіпоталамус здійснює через довгастий мозок, а також безпосередньо через вегетативні нейрони спинного мозку. Важливо відмітити, що гіпо

173

таламус постійно отримує інформацію про рівень артеріального тиску: сигнали від барорецеторів дуги аорти і каротидних синусів через КВЛО прямують до паравентрикулярних і супраоптичних ядер гіпоталамуса (рис. 5.8). А вже останні залучають до відповіді симпатичну нервову систему і гіпофіз, котрий діє на кровоносні судини за допомогою вироблюваного ним вазопреси-на. На рисунку показано як збудження барорецепторів при підвищенні артеріального тиску через аферентні волокна IX і X пар нервів та ядро солітарного тракту досягає каудальної вент-ролатеральної області судинорухового центру. Остання гальмує ростральну вентролатеральну ділянку цього центру та нейросе-креторні ядра гіпоталамуса. В результаті знижується активність симпатичних нейронів спинного мозку і зменшується виділення гіпофізом аргінін-вазопресину (у фізіологічних концентраціях він діє тільки як антидіуретичний гормон). Внаслідок цього кровоносні судини розширюються, діурез, тобто виведення води нирками, зростає, а кров’яний тиск знижується.

На відміну від довгастого мозку гіпоталамус у підтриманні судинного тонусу та артеріального тиску, принаймні в стані спокою організму, участі не бере. Але у випадках фізичного чи емоційного напруження, або здійснення гомеостатичних та деяких поведінкових реакцій гіпоталамічні центри можуть впливати на судиноруховий центр таким чином, що останній починає підтримувати певний час артеріальний тиск на більш високому (захисна реакція) або низькому (сон) рівнях.

Кора великих півкуль, як вищий рівень центральної нервової системи, впливає на роботу серця через гіпоталамус, контролюючи функціональний стан його центрів. Зокрема кора адаптує роботу серця до умов оточуючого середовища, в першу чергу соціального (спілкування з собі подібними), а також пригальмовує реакції серця на різні емоційні чинники. При цьому сповільнення серцевого ритму, спричинене кірковими впливами, є набагато слабшим, ніж його прискорення.

З другого боку, численні повідомлення про довільну зупинку серця людиною виявилися такими, що не відповідають дійсності. За допомогою інструментальних методів до цього часу не вдалося зареєструвати більш-менш помітну зупинку серця навіть у йогів. Правда, шляхом тривалих тренувань декому іноді вдається вольовим зусиллям викликати в себе незначне сповільнення (на 4-6 скорочень/хв.) серцевого ритму. Як з’ясувалось, це

174

досягається шляхом самонавіювання певного емоційного стану або відтворенням на собі рефлексу Гольца довільними сильними скороченнями черевного преса.

Що стосується артеріального тиску, то його реакції на подразнення кори головного мозку собаки вперше описали наприкінці позаминулого сторіччя BJL Данилевський, В.М.Бехте-рев та І.І.Міславський. Згодом було встановлено, що електричне подразнення багатьох ділянок кори великих півкуль спричиняє зміни в роботі серцево-судинної системи: підвищення або зниження артеріального тиску і частоти скорочень серця. Такі реакції спостерігались при подразненні переважно передньої половини мозку (верхівки лобної частки, передньої частини скроневої долі, орбітальної кори), але найбільш виражені ефекти виникали з премоторної та моторної ділянок кори та поясної закрутки. Подразнення рухової кори викликає скорочення певних груп скелетних м’язів, яким передує розширення судин саме в цих м’язах. Наявність представництва серцево-судинної системи в корі великих півкуль була доведена в лабораторії І.П.Павлова його співробітником І.С.Цитовичем, якому вдалося виробити судинорухові умовні рефлекси в собаки. Яскравим прикладом коркових впливів на серцево-судинну систему є значне посилення кровотоку в руці при лічбі в думці (множенні двозначних чисел), хоча фізіологічний сенс такої реакції не зовсім ясний.

Біологічна роль коркового контролю системи кровообігу полягає в гемодинамічному забезпеченні поведінкових реакцій на біологічно значущі чинники зовнішнього, і в тому числі соціального, середовища. Так, наприклад, у людини постійне спілкування з іншими людьми часто супроводжується позитивними чи негативними психічними переживаннями, нервовим напруженням, що майже завжди відбивається на рівні артеріального тиску і частоті серцевих скорочень. У тварин біологічно важливі поведінкові реакції: захисна (боротьба з ворогом чи за лідерство в зграї, сім’ї), статева, харчова, також призводять до змін у діяльності серцево-судинної системи. Центри цих складних поведінкових рефлексів знаходяться в гіпоталамусі, і відповідно до цього кора великих півкуль свій контроль серцево-судинної системи здійснює не прямо, а через гіпоталамус та стовбурові структури. Гіпоталамус підключає вегетативні компоненти до по-ведінкової реакції, що відбувається. Кора великих півкуль запускає і до певної міри контролює здійснення гіпоталамусом склад-

175

Рис. 5.9. Основні структури головного мозку, які беруть участь у регуляції серцево-судинної системи:

1 — поясна звивина; 2—латеральне ядро перегородки; 3 — преоптичне ядро; 4 — супраоптичне ядро; 5 — паравентрикулярне ядро; 6 — ядро ложа кінцевої пластинки; 7 — переднє таламічне ядро; 8 — дорсо- і вентромеді-альні ядра; 9; 10 — ядра мигдалеподібного комплексу; 11 —ядра вуздечки; 12 — дорсальні ядра шва; 13 —парабрахіальне ядро; 14 — блакитна пляма (Аб); 15 — клітинна група А4; 16, 17, 18, 21 — відповідно групи А7, А5, А1, А2; 19 —ядро солітарного тракту; 20—дорзальне ядро блукаючого нерва.

них безумовно-рефлекторних та емоційно-поведінкових реакцій. Як приклад можна навести розглянуту вище захисну реакцію.

Підсумовуючи викладене вище про центральні механізми регуляції серцево-судинної системи, буде доцільним представити їх як єдину функціональну систему. Основні компоненти такої системи наведені на рисунку 5.9. Видно, що переважна більшість структур, які беруть участь у контролі кровообігу, розташовані в стовбуровій частині головного мозку: довгастому, задньому і середньому мозку, а також у проміжному мозку (таламічні і гіпота-

176

ламічні ядра). Серед коркових структур більш-менш виражений вплив на серцево-судинну систему чинять утворення старої кори, що входять до складу лімбічної системи мозку — поясна закрутка (1), перегородка (2), кінцева пластинка (6) і мигдалеподібний комплекс (9, 10).

Звертають на себе увагу структури, позначені цифрами 14-21. Це скупчення норадренергічних нейронів, які утворюють систему невеликих ядер А1-А7. Майже всі вони мають безпосереднє відношення до регуляції серцево-судинної системи. Так, група нейронів А1, розташована поруч із симпатоактивуючими нейронами групи СІ, входить до складу ростральної вентролате-ральної області довгастого мозку і є одним з компонентів судинорухового центру. Ядро солітарного тракту (19) є аферентною частиною цього центру, а дорзальне ядро блукаючого нерва (20) утворює серцевогальмівний центр. Інші, позначені на рисунку 5.9, структури стовбура мозку також беруть участь у контролі артеріального тиску і роботи серця.

Що стосується проміжного мозку і старої кори головного мозку, то вони, як уже зазначалось, впливають на роботу серцево-судинної системи, залучаючи її до участі в здійсненні складних гомеостатичних та емоційно-поведінкових реакцій.

В.О. ЦИБЕНКО. Фізіологія серцево-судинної системи