自主性功能活动的自动控制
自动控制是体内自主性活动调节的普遍规律。如血压、体温、月经周期、血中PO2和PCO2、血糖和血钙的水平、血中电解质的浓度、各种激素的浓度等,在维持其相对稳定的调节中,都存在自动控制机制(见机体血压的稳定机制、内分泌和外分泌的作用及调节)。
体内的功能活动一旦发起,就循其自身的规律自动地进行,如心的射血、血液凝固和食物在消化管内的消化和营养物质的吸收等。糖、脂肪和蛋白质在体内的合成或氧化分解的过程,DNA和RNA的合成以及DNA的重组和自身修复,体内各种生命活动过程中涉及的信息传递等,都是在相应的自动控制机制下进行和完成的。
(一)自身调节
1.脑血流量和肾血流量的自身调节 实验表明,颈内静脉压已接近右心房内压。因此,脑血流量主要取决于平均动脉压。当平均动脉压在8.0~18.6kPa(60~140mmHg)范围内变化时,脑血流量保持相对稳定,约750ml/min。这是因为在此血压变化范围内,随血压升高或降低,可分别引起脑内微动脉收缩或舒张,脑血流阻力增大或减小,使血流量相对不变。
在整体不同的功能状态下,脑组织的代谢水平始终较高。脑血流量保持稳定,使脑组织代谢所需的O2得以充足的供应,脑组织代谢和活动所需的内环境理化性质稳定,保证了脑对机体各种功能活动调节的正常进行。
安静状态下,动脉血压在10.7~24.0kPa(80~180mmHg)范围,肾血流量能保持稳定,其机制和上述相同。肾血流量保持相对稳定,有利于肾泌尿功能的进行(见尿生成和排出的过程及其调节)。
2.心室搏出量的自身调节 在一定范围内,随舒张期回流入心室的静脉血量增多,心室舒张末期的容积增大和压力增高,心室壁扩张度增大,心肌纤维的初长度增加,收缩力加强,搏出量增加,使搏出量同回心血量间保持平衡。这种通过改变心肌纤维的初长度来调节心搏出量的能力,称为心室功能的自身调节。
(二)内脏器官活动中的自主性反射
体内各内脏器官活动过程中发生的反射,称为自主性反射(autonomic reflex)。自主性反射同上述神经和体液性调节因素相互配合,构成对内脏器官活动的立体调节机制。该机制一方面使内脏器官活动同所处的环境相适应,同时使其与他器官的活动相联系和协调,更重要的是使所有内脏器官的功能始终同整体的状态保持一致。
内脏器官活动中存在大量的自主性反射,有的已在相关内容叙述,在此仅作简要介绍。
1.特殊感觉过程中的自主性反射
(1)瞳孔对光反射(pupillary light reflex):瞳孔对光反射是视觉过程中的自主性反射。该反射可调节入眼的光量,既维持正常的视觉功能,又对视网膜实施保护。
瞳孔是虹膜中间的开孔、光线入眼的门户。一般人瞳孔直径在1.5~8.0mm变动。瞳孔周围的环形肌层,受动眼神经中的副交感神经支配,后者的传出冲动使其收缩,瞳孔缩小,故又被称为瞳孔括约肌。虹膜的外周部分是辐射状肌纤维,受交感神经支配,后者的传出冲动使其收缩,瞳孔散大,故又被称为瞳孔散大肌。可见瞳孔的大小取决于交感神经和副交感神经的相对活动程度。
副交感神经与交感神经共同作用,使瞳孔保持一定的大小。通常情况下,括约肌的紧张性比散大肌的紧张性高一些。凡引起交感神经或副交感神经兴奋的内、外环境变化,都可引起瞳孔的扩大或缩小。在弱光下,瞳孔扩大以增加入眼的光量,使之能看清楚物体。在强光下,瞳孔缩小以减少入眼的光量,避免过强的光线对视网膜的损伤。瞳孔大小随光照强度而变化的现象称瞳孔对光反射。反射途径是:光照使视网膜的感光细胞兴奋后,冲动沿视神经、视束,再经上丘臂到达顶盖前核,换元后大部分交叉到两侧动眼神经缩瞳核,由此发出纤维(节前纤维)至动眼神经睫状神经节,在节内换元后,发出的节后纤维(睫状短神经)至瞳孔括约肌,引起瞳孔缩小。瞳孔对光反射的效应是双侧性的,当光照一侧瞳孔时,不仅被照侧瞳孔缩小,未照侧瞳孔也缩小,称为互感性对光反射(consensual light reflex)。
瞳孔对光反射和瞳孔大小的变化是临床上判断某些脑部病变部位、中毒的程度、麻醉深浅及患者病情变化的指征。如左右瞳孔大小不等,或对光反射消失,是中脑发生病变的征象;瞳孔过分缩小,是吗啡、有机磷中毒的表现;瞳孔散大可揭示患者垂危。
(2)味觉-泪反射:当味觉感受器受到持续的和强烈的刺激(如进食辛辣的食物或刺激性强的药物)时,由第Ⅶ、Ⅸ和Ⅹ对脑神经中的味觉纤维传入冲动在延髓孤束核换元后,其中部分纤维经丘脑感觉接替核换元后投射到皮质顶叶(体感Ⅰ区)和岛叶,部分纤维则投射到下丘脑,在产生特定感觉和内脏反应的同时,中枢整合后的信息经三叉神经的泪腺神经传出,使泪腺分泌大量的泪液,该过程称为味觉-泪反射(gustolacrimal reflex)。与此同时,口腔中的痛觉感受器亦可受到刺激,冲动传入大脑皮质引起痛觉。经皮质整合后的信息,一方面可协调味觉-泪反射活动,另一方面还可反射性地引起头颈部汗腺大量分泌汗液,即引起味觉性发汗(gustatory sweating)。
味觉-泪反射使个体对摄入的食物性质有清晰的识别,通常情况下,该反射对摄入刺激性食物有一定的抑制性作用。
2.皮肤活动中的自主性反射 当外界温度升高使机体体温升高时,可反射性地引起大脑皮质和下丘脑等中枢兴奋,尤其是下丘脑发汗中枢兴奋性升高,经交感胆碱能神经传出至汗腺的冲动增多,汗腺分泌活动增强,散热增多,以保持体温的相对稳定,称为发汗反射(sweating reflex)。
3.血液和循环中的自主性反射
(1)止血过程中血管的反射性收缩:血管破损的刺激引发神经反射性(轴突反射)活动使血管收缩,加之受损的血管内皮细胞和黏附于受损血管的血小板释放的5-羟色胺(5-hydroxytryptamine)、血栓烷A2(thromboxaneA2)和内皮素(endothelin)等,亦使血管收缩。血管收缩,管径变小,血流阻力增大,血流速度减慢,既可减少出血,又为血小板的黏附聚集形成止血栓提供了条件。
(2)压力感受器反射:颈动脉窦和主动脉弓压力感受器在受到血压升高或降低的刺激时,通过压力感受器反射,可调整血压回降或回升到正常水平。压力感受器反射是血压稳定的重要机制。(https://www.daowen.com)
(3)化学感受器反射:颈动脉体和主动脉体化学感受器受到血中CO2和H+浓度升高或O2浓度降低的刺激时,可反射性地引起心率加快,外周阻力增大,血压升高。但在正常情况下,化学感受器反射主要是调节呼吸运动。
(4)心-肾反射:在循环血量增多,静脉回心血量增加牵张刺激腔静脉和心房等部位的感受器引起的心-肾反射,除使肾交感神经抑制,肾血流量增多引起原尿增多外,还导致心房钠尿肽分泌释放增多,血管升压素和醛固酮释放减少,进而使肾排Na+排水增多,使循环血量恢复正常(见机体血压的稳定机制)。
(5)其他:寒冷刺激引起的皮肤和黏膜血管反射性收缩,以保存体热,可减少体热的散失(见机体体温的稳定机制)。
4.呼吸运动中的自主性反射 延髓的中枢化学感受器受到脑脊液中H+浓度升高的刺激、外周化学感受器颈动脉体和主动脉体受到血中CO2和H+浓度升高及O2浓度降低的刺激,均可反射性地引起呼吸中枢兴奋,传出冲动增多,呼吸运动加强和呼吸频率加快,导致肺通气量增多。
吸气使气管和支气管扩张,刺激管壁上的牵张感受器,反射性地引起吸气抑制而转为呼气;反之,呼气时气管、支气管和肺缩小,则反射性地引起吸气,整个过程称为肺牵张反射(见呼吸运动的形成及调节)。
5.消化器官活动中的自主性反射
(1)吞咽反射(deglutition reflex):吞咽反射的发生是由于舌的翻卷把食团推入咽部,刺激了咽部的感受器;冲动经舌咽神经和迷走神经的上喉支传入;延髓的吞咽中枢、脑干或更高级中枢对信息进行整合;传出冲动经第Ⅴ、Ⅸ和Ⅻ对脑神经至舌、喉和咽;导致软腭上举,咽后壁向前突出以封闭鼻咽通路,声带内收、喉头升高并向前贴紧会厌以封闭咽与气管的通路,呼吸暂停。由于喉头前移,食管上口张开,食团由咽挤入食管,再经食管蠕动使食团入胃。
吞咽反射使食团由口腔入胃。吞咽反射发生的过程中,在中枢神经系统的调节下,通过交互抑制机制使呼吸活动暂时停止,以保证两种功能活动得以协调地进行。
(2)呕吐反射(vomiting reflex):呕吐反射是指将胃及十二指肠内容物经口腔强力驱出的过程。机械的和化学的刺激作用于舌根、咽部、胃、大小肠、胆总管、泌尿生殖系统的感受器都可引起呕吐,视觉和内耳前庭的位置觉改变,也可引起呕吐。呕吐时,胃和食管下端舒张,膈肌和腹肌强烈收缩,挤压胃内容物通过食管而进入口腔。同时,十二指肠和空肠上端的运动也增强,蠕动加快。由于胃舒张而十二指肠收缩,压力差逆转,使十二指肠内容物倒流入胃内,故呕吐物内常混有胆汁和小肠液。
上述引起呕吐的感受器兴奋后,由迷走神经和交感神经传入冲动到延髓呕吐中枢,经迷走神经、交感神经、膈神经和脊神经等传出至胃、小肠、膈肌和腹壁肌等。呕吐中枢的位置在延髓网状结构的背外侧,颅内压增高(脑水肿、脑瘤等)可直接刺激该中枢而引起呕吐。呕吐中枢在解剖上和功能上与呼吸中枢、心血管中枢均有密切的联系,故在呕吐时常引起心率加快和呼吸急促等功能的变化。
呕吐是一种具有保护意义的防御性反射,它可把胃内有害的物质排出。但长期剧烈的呕吐会影响正常的进食和消化活动,并使大量的消化液丢失,导致体内水、电解质和酸碱的紊乱。如幽门梗阻的患者,呕吐使胃液中HCl丢失,会导致代谢性碱中毒和血中Cl-降低,甚至可引起低血钾(因胃液中富含K+)。
(3)迷走-迷走反射:进食后,胃内容物对胃壁的扩张刺激,经迷走神经传入冲动增多,经延髓消化中枢整合后,迷走神经传出冲动,引起胃壁肌收缩和幽门括约肌舒张,胃内压升高,当高于十二指肠压时,胃内食糜进入十二指肠。由于该反射的传入和传出神经均为迷走神经,故称为迷走-迷走反射(vago-vagal reflex)。
(4)肠-胃反射:胃内容物进入十二指肠,其中的酸、脂肪和高渗液等对肠内化学感受器的刺激以及食糜的扩张性刺激,通过迷走神经传入冲动,经延髓消化中枢整合,冲动经迷走神经和交感神经及壁内神经丛的纤维传出,抑制胃的运动和胃酸的分泌,该过程称为肠-胃反射(enterogastric reflex)。同时,上述刺激亦引起促胰液素和抑胃肽的释放,二者对胃的运动和分泌亦有抑制作用。肠-胃反射使胃排空的速率同十二指肠内的消化吸收活动协调(见消化功能及其协调)。
6.水盐代谢和肾脏活动中的自主性反射
(1)渴反射:血浆晶体渗透压升高和循环血量减少等因素,反射性地引起机体产生渴觉和饮水行为的过程,称为渴反射(thirst reflex)。渴反射由以下因素引起:①机体大量出汗后血钠浓度升高致血浆晶体渗透压上升;②失血失液导致循环血量减少,回心血量减少对左心房和近心大静脉容量感受器的刺激减弱;③血压降低对压力感受器的刺激减弱;④失血失液后交感神经的兴奋性增高;⑤循环血量减少和交感神经兴奋使血管紧张素Ⅱ生成增多;⑥失水引起唾液分泌减少,导致口、咽黏膜干燥等。
上述任何一种因素作用于下丘脑的渴觉中枢(thirst sensation center)后,均可使之兴奋,冲动进一步上传至更高级的中枢,在产生渴觉的同时激发机体的饮水行为。通常情况下,机体通过某种“预测”机制,可限制过多的水摄入,即一旦机体迅速饮水后,尽管水并未完全吸收入血,但渴觉已消失并使饮水活动停止。
(2)膀胱-肾反射:在膀胱充盈、内压升高到一定程度时,通过膀胱-肾反射(vesico-renal reflex)使肾生成尿液减少,一方面可避免膀胱负担进一步加重,另外亦避免了压力的逆行性传递对肾的损害。
7.哺乳活动中的自主性反射
(1)射乳反射(milk ejection reflex):射乳反射是婴儿吸吮乳头反射性地引起垂体后叶释放缩宫素,导致乳腺内乳汁排出的反射。
乳头含有丰富的神经末梢,吸吮乳头的感觉信息传入下丘脑使分泌缩宫素的神经细胞兴奋,继之引起神经垂体释放缩宫素增多。缩宫素作用于乳腺肌上皮细胞使之收缩,导致乳汁排出。在射乳反射的基础上,母亲听到婴儿的哭声、抚摸婴儿或间隔一定的时间,都可能形成条件刺激引起条件反射性的射乳反射。在射乳反射中,催乳素分泌释放也增多,以促进乳汁分泌和为下一次射乳做好准备。
(2)泌乳反射(lactation reflex):婴儿吸吮乳头的信号传至下丘脑,使催乳素释放抑制因子减少,催乳素释放增多,作用于乳腺导致乳汁大量分泌,称为泌乳反射。泌乳反射引起催乳素大量分泌的持续时间可达1h,故该反射主要是为下一次哺乳准备乳汁。