Нарушения регуляции, потребления и расходования энергии. Открыт новый механизм контроля аппетита Системы, регулирующие аппетит
— вентральная часть промежуточного мозга (имеет около 50 пар ядер), получающая импульсы практически от всех внутренних органов и регулирующая деятельность этих органов посредством нервных и гуморальных влияний, в связи с чем его рассматривают как высший вегетативный центр или «мозг вегетативной жизни».
Гипоталамус: строение и функции
— структура , входящая в , организующая эмоциональные, поведенческие, гомеостатические реакции организма.
В состав гипоталамуса входит около 50 пар ядер, которые имеют мощное кровоснабжение. На 1 мм 2 площади гипоталамуса приходится до 2600 капилляров, в то время как на той же площади моторной коры их 440, в гиппокампе — 350, в бледном шаре — 550, в зрительной коре — 900. Капилляры гипоталамуса высокопроницаемы для крупномолекулярных белковых соединений, к которым относятся нуклеопротсиды, что объясняет высокую чувствительность гипоталамуса к нейровирусным инфекциям, интоксикациям, гуморальным сдвигам.
Функции гипоталамуса:
- высший центр вегетативной нервной деятельности. При раздражении одних ядер возникают реакции, характерные для симпатической нервной системы, а других ядер — парасимпатической;
- высший центр регуляции эндокринных функции. Ядра гипоталамуса вырабатывают рилизинг-факторы — либерины и статины, которые регулируют работу аденогипофиза. Аденогипофиз, в свою очередь, вырабатывает ряд гормонов (СТГ, ТТГ, АКТГ, ФСГ, ЛГ), контролирующих работу желез внутренней секреции. Супраоптические и паравентрикулярные ядра продуцируют вазопрессин (АДГ) и окситоцин, которые по аксонам попадают в нейрогипофиз;
- главный подкорковый центр регуляции внутренней среды организма (гомеостатический центр);
- центр терморегуляции. При повреждении происходит нарушение отдачи или сохранения тепла за счет изменения просвета сосудов и обмена веществ;
- центр жажды. При раздражении резко усиливается потребление воды (полидипсия), а разрушение центра приводит к отказу от воды (адипсия);
- центр голода и насыщения. При раздражении центра голода наступает усиленное потребление пиши («волчий аппетит»), а при раздражении центра насыщения наблюдается отказ от пищи;
- центр сна и бодрствования. Повреждение центра бодрствования вызывает так называемый летаргический сон;
- центр удовольствия - связан с регуляцией полового поведения. Опыты с вживлением электродов в этот центр показали, что при предоставлении животному возможности самораздражения (путем нажатия педали, включающей ток, проходящий через вживленные электроды) оно может проводить самораздражение с высокой частотой в течение длительного времени до полного истощения;
- центр страха и ярости. При раздражении этого центра возникает реакция ярости: при этом кошка рычит, фыркает, бьет хвостом, шерсть у нее становится дыбом, расширяются зрачки.
В гипоталамусе и гипофизе образуются энкефалины и эндорфины, обладающие морфиноподобным действием. Они способствуют снижению стресса и оказывают обезболивающий эффект.
Таблица. Основные функции гипоталамуса.
Строение гипоталамуса
Небольшая часть промежуточного мозга массой 4-5 г, занимает его вентральный отдел, располагается ниже таламуса, образуя стенки нижней части III желудочка.
Нижняя часть гипоталамуса ограничена средним мозгом, передневерхняя — передней спайкой, терминальной пластинкой и зрительным перекрестом. В гипоталамусе выделяют медиальную и латеральную части, в которых располагается около 50 различных ядер. В медиальной части выделяют переднюю, среднюю (бугровую), заднюю (мамиллярную) ядерные группы. Среди важнейших передних ядер имеются два больших ядра: паравентрикулярное — у стенки III желудочка и супраоптическое — над зрительным перекрестом. В средней группе ядер различают вентромедиальное, дорсомедиальное и аркуатное (воронковое) ядра. В задней группе выделяют заднее ядро и мамиллярные ядра, формирующие мамиллярнос тело. Между ядрами гипоталамуса имеются множество внутри гипоталамических активирующих, тормозных и реципрокных связей.
Нейроны ядер гипоталамуса получают и интегрируют многочисленные сигналы от нейронов многих, если не большинства, частей мозга. К гипоталамусу поступают и обрабатываются сигналы от нейронов лобной и других отделов коры, структур лимбической системы, гиппокампа. В гипоталамус поступает и анализируется информация от сетчатки (по ретиногипоталамическому пути), обонятельной луковицы, вкусовой коры и путей проведения болевых сигналов; о давлении крови, состоянии органов желудочно-кишечного тракта и другие виды информации.
В самом гипоталамусе расположены специализированные чувствительные нейроны, реагирующие на изменения важнейших показателей крови, как части внутренней среды организма. Это термочувствительные, осмочувствительные, глюкочувствительные нейроны. Некоторые из таких нейронов обладают полисенсорной чувствительностью — одновременно реагируют на изменения температуры и осмотического давления или температуры и уровня глюкозы.
Нейроны ядер гипоталамуса являются клетками-мишенями гормонов и цитокинов. В них имеются рецепторы глюкокортикоидных, половых, тиреоидных гормонов, некоторых гормонов аденогипофиза, ангиотензина II. В нейронах гипоталамуса имеются рецепторы ИЛ1, ИЛ2, ИЛ6, ФНО-а, интерферона и других цитокинов.
Поступающая в гипоталамус информация обрабатывается как в отдельных специализированных ядрах, так и в группах ядер, контролирующих сопряженные процессы и функции организма. Результаты ее обработки используются для реализации ряда функций и ответных реакций гипоталамуса, используемых для регуляции многих процессов организма.
Влияние гипоталамуса на процессы и функции ряда систем организма оказывается через секрецию гормонов, изменение тонуса симпатического и парасимпатического отделов ЦНС, влияние на многие структуры мозга, в том числе структуры соматической нервной системы через эфферентные связи с ними. Гипоталамус оказывает влияние на активность коры мозга, работу сердца, давление крови, пищеварение, температуру тела, водно-солевой обмен и многие другие жизненно важные функции организма.
Одной из важнейших функций гипоталамуса является его эндокринная функция, заключающаяся в секреции антидиуретического гормона, окситоцина, рилизинг-гормонов, статинов и регуляции процессов, контролируемых этими гормонами.
Важнейшие центры гипоталамуса
Высшие центры АНС, функция которых заключается в контроле тонуса АНС и процессов, регулируемых АНС. Эти центры и их функции подробно рассмотрены в статье, посвященной автономной нервной системе.
Центры регуляции кровообращенияПредставлены совокупностью нейронов ядер медиального и латерального гипоталамуса. У экспериментальных животных стимуляция нейронов среднего (туберального) и заднего ядер гипоталамуса вызывает понижение крови и частоты сокращений сердца. Повышение артериального давления крови, ЧСС наблюдается при стимуляции нейронов, прилежащих к форниксу и перифорникальной области латерального гипоталамуса. Влияние гипоталамуса на кровообращение может осуществляться через его нисходящие связи с преганглионарными нейронами ядер ПСНС и СНС спинного мозга, а также через его связи с диэнцефальными, лобными и корковыми структурами мозга.
Гипоталамус участвует в интеграции влияний СНС и АНС на функции организма , в том числе в вегетативном обеспечении соматических функций. Повышение активности гипоталамических центров регуляции кровообращения при физическом или психоэмоциональном напряжении сопровождается активацией симпатоадреналовой системы, повышением в крови уровня катехоламинов, увеличением минутного объема и скорости кровотока, активацией клеточного метаболизма. Эти изменения, инициируемые гипоталамусом, создают основу для более эффективного выполнения функций мышечной системы и ЦНС.
Центр терморегуляцииПредставлен совокупностью термочувствительных нейронов преоптической области и переднего гипоталамуса и нейронов, контролирующих процессы теплопродукции и теплоотдачи . Без центра терморегуляции невозможно поддержание постоянной температуры тела человека. Подробно его функции рассмотрены в главе, посвященной терморегуляции.
Центры голода и насыщенияПредставлены совокупностью нейронов латерального ядра гипоталамуса (центр голода) и вентромедиального ядра (центр насыщения). Центры голода и насыщения являются частью структур мозга, которые контролируют пищевое поведение, аппетит и влияют на массу тела человека . Подробнее их функции рассмотрены в главе, посвященной физиологии пищеварения.
Центры сна и пробужденияПовреждения гипоталамуса у экспериментальных животных и при заболеваниях у человека сопровождаются различными нарушениями сна (изменением продолжительности, бессонницей, нарушением ритма сон — бодрствование). Экспериментальные данные свидетельствуют, о том, что в передней части гипоталамуса располагается центр сна, а в задней — часть нейронов ретикулярной формации, активация которых сопровождается пробуждением (центр пробуждения).
Центр циркадианных ритмовНейроны центра располагаются в супрахиазматическом ядре. На нейронах этого ядра заканчиваются аксоны фоточувствительных ганглиозных клеток сетчатки. Повреждение ядра у экспериментальных животных или при заболеваниях у человека сопровождается нарушениями суточных ритмов изменения температуры тела, давления крови, секреции стероидных гормонов . Поскольку нейроны ядра имеют широкие связи с другими ядрами гипоталамуса, то предполагают, что они являются необходимыми для синхронизации функций, контролируемых различными ядрами гипоталамуса. Однако супрахиазматическое ядро скорее всего нс является единственным центром циркадианных ритмов, а частью структур ЦНС, синхронизирующих функции организма. В синхронизации функций принимают участие также эпиталамус и шишковидная железа.
Гипоталамус и половое поведениеРезультаты экспериментальных исследований привели к заключению о том, что структуры гипоталамуса имеют важное значение в координации функций АНС, эндокринной и соматической нервной систем , влияющих на половое поведение. Введение в вентромедиальное ядро гипоталамуса половых гормонов инициирует половое поведение экспериментальных животных. Наоборот, при повреждении вентромедиального ядра половое поведение тормозится. Имеется половое различие в строении промежуточного ядра у мужчин и женщин. У мужчин оно в два раза больше, чем у женщин.
Одним из механизмов влияния гипоталамуса на половое поведение является регуляция им секреции гонадотропинов гипофизом. Кроме того, аксоны нейронов паравентрикулярного ядра нисходят к моторным нейронам спинного мозга, иннервирующим бульбокавернозную мышцу.
Гипоталамус и иммунная системаПроницаемость ГЭБ в области гипоталамуса выше, чем в других областях мозга. Через него в гипоталамус свободно проникают ряд цитокинов, образующихся лейкоцитами, кунферовскими клетками и тканевыми макрофагами. Цитокины стимулируют на нейронах гипоталамических ядер специфические рецепторы, и в результате повышения нейронной активности гипоталамус отвечает рядом эффектов. Среди них — усиление секреции субстанции Р, гормона роста, пролактина и кортикотропин рилизинг- гормона, активирующих иммунную систему.
Гипоталамус может оказывать влияние на состояние иммунной системы через регуляцию секреции гормонов гипофизом и прежде всего АКТГ и глюкокортикоидов корой надпочечников. При этом повышение уровня глюкокортикоидов способствует снижению активности процессов воспаления и повышению устойчивости к инфекции. Однако повышение уровня АКТГ на протяжении длительного времени может, наоборот, сопровождаться снижением неспецифической защиты от инфекции, возникновением аллергических реакций, и развитием аутоиммунных процессов.
Цитокины способствуют повышению тонуса центра симпатической нервной системы, внося свой вклад в формирование стрессорной реакции. Кроме того, повышение активности симпатической нервной системы сопровождается повышением количества и активацией Т-лимфоцитов.
Действие цитокинов на нейроны преоптической области и переднего гипоталамуса вызывает повышение уровня установочной точки терморегуляции. Это влечет за собой развитие лихорадочного состояния, одним из проявлений которого является повышение температуры тела и повышение неспецифической защиты организма от инфекции.
Гипоталамус и психические функцииГипоталамус получает сигналы от коры лобной доли, других областей и от структур . Изменение психического состояния, примером которого может быть состояние психоэмоционального стресса, сопровождается увеличением секреции гипоталамусом кортикотропин рилизинг-гормона и повышением тонуса симпатической нервной системы . Изменение психического состояния может через активацию оси гипоталамус — гипофиз — кора надпочечников и симпатоадреналовой системы оказать существенное влияние на функции и процессы организма, контролируемые этими системами.
Будучи непосредственно связанным двухсторонними связями со структурами лимбической системы, гипоталамус напрямую вовлечен в развитие вегетативного и соматического компонента эмоциональных реакций. Психоэмоциональное возбуждение сопровождается активацией высших гипоталамических центров АНС, под влиянием которых у человека развиваются такие вегетативные проявления эмоций, как учащенное сердцебиение, сухость во рту, покраснение или побледнение лица, усиление потоотделения, увеличение диуреза. Активация гипоталамусом стволовых моторных центров вызывает учащение дыхания, изменение выражения лица, повышение тонуса мышц.
Натюрморт с фруктами и омаром, Ян Давидс де Хем, 2-я четверть XVII в.
Wallace Collection
Корейские
ученые на модели плодовой мушки Drosophila
melanogaster
обнаружили новый
механизм регуляции пищевого поведения
с участием хорошо известной молекулы.
Выяснилось, что кофермент тетрагидробиоптерин
(BH4), который участвует в
метаболизме ароматических аминокислот
и биосинтезе нейромедиаторов дофамина
и серотонина, необходим для предотвращения
переедания. Мушки с нарушенным синтезом
этого вещества ели больше своих здоровых
сородичей и накапливали больше жира, а
добавление в пищу BH4
возвращало их аппетит к нормальному.
BH4 оказался задействован
в контроле аппетита на уровне центральной
нервной системы, блокируя выброс
нейронами регуляторных молекул. Статья
опубликована в журнале PLOS
Biology
.
У млекопитающих центр контроля аппетита расположен в гипоталамусе. Вышестоящий центр - дугообразное ядро - содержит две группы нейронов, выделяющих факторы, которые действуют на нижележащие центр голода и центр насыщения. Нейропептид Y подавляет центр насыщения и вызывает чувство голода, а другой ключевой пептид, продукт расщепления проопиомеланокортина, наоборот, подавляет центр голода и стимулирует центр насыщения. Сигналы о достаточном количестве энергии в гипоталамус приходят «снизу», от пищеварительной системы и жировой ткани. Ключевым регулятором энергетического баланса в организме является небольшой белковый гормон лептин . Этот гормон вырабатывается клетками жировой ткани, когда запасы жира достигают определенного критического значения. Синтез лептина определяет долговременный контроль аппетита (в отличие от кратковременных стимулов в течение дня, которые определяются другими гормонами). Когда жировые запасы иссякают, лептин перестает синтезироваться, и стимулируется пищевое поведение, направленное на их пополнение. Обе группы нейронов дугообразного ядра гипоталамуса имеют рецепторы лептина. Связываясь с ними, лептин ингибирует синтез нейропептида Y и стимулирует синтез проопиомеланокортина, таким образом, подавляя аппетит непосредственно через центральную нервную систему. Однако далеко не всегда у людей с избыточным весом встречается недостаток лептина, и скорее всего, это не единственный механизм, по которому жировая ткань может регулировать собственное пополнение.
Система контроля аппетита довольно консервативна, и аналоги лептиновой системы и ключевых нейропептидов есть даже у дрозофилы. В поисках обратной связи между жировой тканью и мозгом, исследователи из Института науки и технологии в Южной Корее выбрали плодовую мушку в качестве объекта исследований, - с ней можно легко и быстро проводить различные генетические манипуляции, не спрашивая при этом разрешения у этического комитета.
На первом этапе исследования ученые провели широкомасштабный поиск молекулярных мишеней, «выключение» которых с помощью регуляторных РНК вызывало бы изменения в пищевом поведении. Они обнаружили, что снижение активности генов, кодирующих ферменты синтеза тетрагидробиоптерина (BH4) в жировой ткани у мушек, привело к тому, что мушки стали потреблять больше сладкой воды и запасать больше жира. Добавление BH4 привело к возвращению аппетита в норму. Подавление активности фермента, участвующего в биосинтезе BH4 в мозге, также приводило к повышению потребления сладкой воды, однако выключение рецепторов пептида F, аналогичного человеческому нейропептиду Y возвращало мухам нормальный аппетит.
Ферменты, отвечающие за синтез BH4 обозначаются Pr - Purple и Pu - Punch. Они выполняют и другие функции, например Pr участвует в синтезе пигмента в глазу дрозофилы. Из-за этого авторам пришлось подтвердить, что именно недостаток BH4 приводит к повышению аппетита. Для этого мухам в корм добавили BH4, предварительно убедившись, что само по себе это вещество не является токсичным (или просто невкусным), что могло бы вызвать снижение потребления пищи с его содержанием. Несмотря на то, что Purple и Punch участвуют в синтезе BH4 в жировой ткани, финальный этап его синтеза оказался локализован в мозге дрозофилы, в нейронах, выделяющих нейропептид F. Также как и у нас с вами, эта молекула стимулирует чувство голода.
Проведя еще несколько контрольных экспериментов, ученые сделали вывод, что BH4 контролирует тягу к еде путем блокирования выброса нейропептида F соответствующими нейронами в мозге дрозофилы. Проще говоря, BH4 не дает мозгу подать сигнал о том, что ему хочется есть, а синтез BH4 обеспечивается жировой тканью. Как именно контролируется последний, авторы работы не выяснили, однако они показали, что снижение калорийности пищи приводит к повышению ее потребления и снижению экспрессии ферментов биосинтеза BH4 в жировой ткани, т.е. система сбалансирована и чутко реагирует на поступление энергии.
Нарушения центральной регуляции. Регуляция аппетита представляет собой сложный, многокомпонентный механизм, одним из важнейших звеньев которого являются центры насыщения и центры голода, располагающиеся в гипоталамусе . Общепризнана локализация центра насыщения в вентромедиальных ядрах гипоталамуса, так как разрушение этих образований или соседних проводящих путей у животных и человека приводит к гиперфагии . Разрушение вентролатеральных ядер гипоталамуса вызывает анорексию, что позволяет локализовать центр голода . Электростимуляция вентролатеральных ядер гипоталамуса приводит к гиперфагии . Этот механизм регуляции аппетита часто называют «аппестатом».
Аппетит у отдельных людей очень различается, что может быть обусловлено генетически.
Больные ожирением чаще, чем лица контрольной группы, едят в промежутках между завтраком, обедом и ужином и очень любят сладкое . Кроме того, лица с ожирением едят быстро, откусывают большие куски и поглощают больше пищи в единицу времени. Можно предположить, что при ожирении гиперфагия обусловлена запоздалыми и ослабленными реакциями центра насыщения, в норме тормозящего центр голода.
Возможно, что наследственный дефект, обусловливающий дисфункцию центров насыщения и голода, связан с нарушением синтеза нейротрансмиттеров (моноаминов и пептидов), которые могут вовлекаться в процессы контроля потребления пищи. Так, инъекции норадреналина в различные отделы гипоталамуса усиливают или уменьшают прием пищи , снижение серотонина повышает аппетит . Такие пептиды, как холецистокинин, бомбезин, тиреолиберин, кальцитонин, субстанция Р, панкреатический полипептид, соматостатин [Климов П. К., 1983; Полак Дж. М., Блум С. Р., 1981; Johnston, 1981], в большинстве случаев уменьшают прием пищи. Особенно выражено действие холецистокинина, что доказано в опытах на животных; содержание этого пептида снижено в мозге мышей с генетическим ожирением (линия ob/ob) ; содержание панкреатического полипептида снижено у больных ожирением .
В отличие от вышеназванных пептидов дейс?6ие так называемых эндорфинов зависит от места их введения. Введенный в латеральный желудочек мозга β-эндорфин уменьшает потребление пищи , а при введении в вентральный отдел гипоталамуса он повышает аппетит . Морфин, как и героин, уменьшает поглощение пищи и массу тела животных . На основе этих данных предполагают существование в мозге «пищевознаграждающей» системы, содержащей опиоидные рецепторы, с которой взаимодействует морфин.
Блокада опиоидных рецепторов центра насыщения требует больших количеств эндогенных стимуляторов, и для насыщения потребляется больше пищи.
Повреждения в области гипоталамуса могут обусловливать ожирение не только из-за повышения аппетита. При стимуляции вентромедиальных ядер в крови снижается содержание инсулина на фоне гиперглюкагонемии и гипергликемии . При повреждении вентромедиальных ядер, по данным А. К. Шимкуса с соавт. (1983), наоборот, отмечаются гиперинсулинемия, гиперфагии, гипергликемия и ожирение. Гиперинсулинемия и гипергликемия отмечались и у еще не кормленных животных, т. е. не были связаны с гиперфагией, а обусловливались гипоталамическими нарушениями. Раннее появление гиперинсулинемии отмечено и другими авторами . Она ответственна за большинство метаболических нарушений при ожирении и может обусловливаться сдвигами взаимоотношений ЦНС и поджелудочной железы (рис. 13).
Рис. 13. Схема регуляции энергетического баланса в организме. Объяснение в тексте.
Цереброинтестинальные гормоны . Многие из перечисленных выше моноаминов и пептидов относятся к так называемым цереброинтестинальным гормонам, так как идентифицированы не только в ЦНС, но и в кишечнике. В зависимости от места синтеза они могут быть нейро- или энтерогормонами и участвовать в образовании скоординированной системы регуляции APUD (Amine Precursor Uptake and Decarboxylation) - основы нейрогуморальной связи ЦНС и эндокринной системы. Впервые концепция системы APUD сформулирована Pearse (1966) и расширена в 70-е годы. К цереброинтестинальным гормонам в настоящее время относят гастрин, вещество Р, соматостатин, вазоактивный кишечный пептид, нейротензин, бомбезин, энкефалин, холецистокинин [Климов П. К., 1983; Полак Дж. М„ Блум С. Р., 1981; Johnston, 1981]. В желудочно-кишечном тракте они синтезируются в специализированных клетках и действуют непосредственно, а также выделяются в кровь. Кроме цереброинтестинальных гормонов, клетки желудка и кишечника синтезируют и ряд других соединений, тоже относящихся к энтерогормонам, но не идентифицированных в ЦНС (желудочный ингибирую-щий пептид, мотилин, секретин и др.). Обе эти группы энтерогормонов действуют как единый интегрированный механизм.
Целенаправленное изучение роли энтерогормонов при ожирении началось с доказательства снижения индуцированного диетой термогенеза (специфическое динамическое действие пищи) у животных при нарушении продукции «энтеропептида». Он был выделен и непосредственно действовал на пищевой центр [Уголев А. М., 1966, 1976, 1978]. К настоящему времени накоплено много данных о непосредственном действии энтерогормонов не только на функциональное состояние желудочно-кишечного тракта, но и на содержание инсулина, глюкозы и ряда гормонов и пептидов в крови и ЦНС. Как указывалось выше, некоторые из цереброинтестинальных гормонов непосредственно влияют на центры насыщения и голода.
Однако не исключено, что энтерогормоны - основа промежуточного звена регуляции потребления пищи, так называемой энтероинсулярной оси. Ее физиологическая роль, возможно, заключается в определении энергетической ценности пищи на уровне желудочно-кишечного тракта. Энтероинсулярная ось может быть тем высокочувствительным «калориметром», который регулирует количество пищи [Вгау, 1981]. Поступающая пища механически растягивает желудок и кишечник, стимулирует выработку энтерогормонов, в свою очередь влияющих на секрецию пищеварительных ферментов и перистальтику. При определенном уровне нутриентов и энтерогормонов по принципу обратной связи угнетается дальнейшее потребление пищи и при необходимости включается термогенез.
Энтерогормоны влияют на потребление пищи не только непосредственно через пищевой центр, но и через концентрацию в крови (и в ЦНС?) инсулина и глюкозы. Основная роль в непосредственной регуляции чувства сытости отводится, как указывалось выше, холецистокинину, который при введении животным и человеку эффективно снижает потребление пищи. Остальные энтерогормоны оказывают разнонаправленное влияние на содержание инсулина и глюкозы, но результирующим действием можно считать стимуляцию секреции инсулина. Особенно выраженным инсулинотропным действием обладает желудочный ингибирующий пептид [Браун Дж. с соавт., 1981]. Поскольку поступление глюкозы с пищей заметно увеличивает продукцию этого пептида с последующей стимуляцией секреции инсулина, предложено новое название энтерогормона: глюкозозависимый инсулинотропный полипептид. Гиперинсулинемия стимулирует транспорт глюкозы в клетки, липогенез в жировой ткани и печени. В норме эта фаза транзиторная, она сменяется снижением уровня инсулина и усилением липолиза под влиянием соответствующих контринсулярных гормонов. Смена фаз может регулироваться, по-видимому, на уровне энтероинсулярной оси по принципу обратной связи. Однако основная роль принадлежит скорее всего центральным механизмам регуляции (гипоталамус и другие отделы ЦНС), которые обеспечивают гармоничное взаимодействие всех звеньев. Это взаимодействие и обеспечивается цереброинтестинальными гормонами (см. рис. 13).
Важное место в регуляции занимают также инсулин и глюкоза , изменение их концентрации в крови и ЦНС непосредственно действует на гипоталамические центры. Рецепторы к инсулину и глюкозе выявлены в различных отделах ЦНС [Шимкус А. К. и др., 1983]. Содержание инсулина в ЦНС в 10 раз превышает таковое в плазме, что позволяет предположить синтез этого гормона в самом мозге. Важность рецепторов вентромедиальных ядер гипоталамуса подтверждается развитием ожирения и гиперинсулинемии при его изоляции от окружающих проводящих путей. Из гипоталамуса выделены факторы, влияющие на углеводный обмен, они угнетают секрецию инсулина и стимулируют выделение глюкагона. Возможно, гипоталамус осуществляет парагипофизарную регуляцию секреции инсулина.
Таким образом, в ответ на пищевые раздражители непосредственно из гипоталамуса (быстрая реакция) и опосредованно через энтероинсулярную ось и цереброинтестинальные гормоны (медленная корригирующая реакция) поступают сигналы, стимулирующие продукцию инсулина и активирующие липогенез из циркулирующих в крови нутриентов. При достижении определенного уровня инсулина, продуктов углеводного и жирового обмена (глюкоза, СЖК, кетоновые тела и др.) гипоталамус подавляет гиперинсулинемию (см. рис. 13). Наследственный дефект регуляции может заключаться в снижении чувствительности рецепторов вентромедиальных и вентролатеральных ядер гипоталамуса к продуктам обмена и гормонам.
В отличие от активирующей ретикулярной системы стволовой части мозга, реакции гипоталамуса (от достаточно чётких висцеральных рефлексов до комплексных поведенческих и эмоциональных актов) всегда имеют специфический характер, т.е. возникают как реакции на специфические стимулы. Гипоталамус контролирует множество висцеральных (в том числе эндокринных) и поведенческих функций.
Висцеральные функции гипоталамуса . В реализации многих висцеральных функций принимают участие конкретные структуры гипоталамуса, во многих случаях выступая в качестве главного регулятора или интегрирующего центра. Так, заднее ядро гипоталамуса ответственно за повышение АД и расширение зрачков, вентромедиальное ядро контролирует насыщение, пpедсосцевидные ядpа - голод, сосцевидное тело - пищедобывательные рефлексы, дугообразное ядро осуществляет нейроэндокринный контроль, надперекрестное ядро ответственно за сокращение мочевого пузыря, снижение ЧСС, уменьшение АД, супраоптическое ядро синтезирует вазопрессин. Предзрительное поле ответственно за регуляцию температуры тела, одышку, потоотделение, а также тормозит выделение тиреотропного гормона, паравентрикулярное ядро синтезирует окситоцин и регистрирует задержку воды в организме.
Поведенческие функции гипоталамуса . Участие гипоталамуса во многих поведенческих функциях установлено экспериментально на подопытных животных, наблюдениями за больными с повреждениями гипоталамических структур, а также в ходе нейрохирургичесих операций (эффекты стимуляции и повреждения).
Эффекты стимуляции гипоталамуса
Латеральный гипоталамус: жажда, аппетит, увеличение активности организма, ярость, агрессия.
Вентромедиальное ядро и окружающие его области: чувство насыщения, снижается аппетит, возникает успокоение.
Перивентрикулярные ядра: страх и боязнь наказания.
Некоторые области переднего и заднего гипоталамуса: усиление поиска полового партнёра.
Эффекты разрушения гипоталамуса противоположны эффектам его стимуляции.
Латеральный гипоталамус: потеря аппетита и жажды, пассивность и малоподвижность.
Вентромедиальная область: неукротимые аппетит и жажда, жестокость и ярость.
Центры поощрения и наказания . Личные оценки могут характеризовать ощущения какприятные илинеприятные (поощрительные илинаказывающие , или как приносящиеудовольствие или вызывающиенеудовольствие ). Электрическая стимуляция некоторых лимбических областей доставляет удовольствие, раздражение других зон - боль, страх, защиту, реакции нападения или избегания. Степень стимуляции этих двух противоположно отвечающих систем существенно влияет на поведение животных.
Центры поощрения . В различные области мозга обезьяны вводили электроды, и обезьяна, нажимая на рычаг, включала контакты стимулятора. Если стимуляция выбранной области мозга приносила животному чувство удовольствия, то оно нажимало на рычаг снова и снова, иногда более тысячи раз в час. Более того, если животному предоставляли на выбор самую вкусную пищу или стимуляцию, то животное всё равно выбирало электрическую стимуляцию.Главные (первичные) центры поощрения располагаются по ходу медиального пучка переднего мозга и особенно в латеральном и медиальном ядрах гипоталамуса. Латеральное ядро наиболее реактивно среди всех центров, так как даже небольшое усиление стимула может вызвать ярость. Это положение справедливо для многих областей мозга, где слабые стимулы вызывали чувство поощрения, а более сильные - чувство наказания. Менее реактивные центры поощрения, которые можно назвать вторичными, локализуются в перегородке, миндалевидном теле, некоторых областях таламуса, базальных ганглиях и покрышке среднего мозга.
Центры наказания и реакции избегания расположены в центральном сером веществе, окружающем сильвиев водопровод, в среднем мозге и в околожелудочковых зонах гипоталамуса и таламуса. Менее реактивные центры наказания находятся в миндалевидном теле и гиппокампе. Раздражение центров наказания часто полностью подавляет активность центров поощрения и удовольствия (т.е. наказание и страх могут превышать удовольствие и поощрение?).
Ярость возникает при активации центров наказания. В этом состоянии даже легкая провокация вызывает нападение.
Противоположная эмоциональная реакция наблюдается при стимуляции центров поощрения в виде безмятежности и смирения.
Роль поощрения и наказания в поведении ,обучении и памяти . Всё или почти все, что делает человек, имеет отношение к поощрению и наказанию. Следовательно, центры поощрения и наказания являются одними из наиболее важных контролёров нашей физической активности, побуждений, антипатий, мотиваций. Центры поощрения и наказания лимбической системы существенно влияют на отбор получаемой информации. Обычно около 99% информации удаляется и для закрепления в памяти остаётся не более 1%.
Привыкание . Новые сенсорные стимулы почти всегда возбуждают значительные области коры больших полушарий. Повторение этих же стимулов приводит к почти полному затуханию корковых ответов (если сенсорное научение не вызывает чувства поощрения).
Закрепление . Если стимулы вызывают поощрение или наказание выше индифферентного уровня, то корковые ответы прогрессивно становятся всё более и более интенсивными во время повторной стимуляции и ответ вновь усиливается. Животное прочно запоминает только то, что поощряется или наказывается, и полностью игнорирует индифферентные сенсорные стимулы.
