О формировании головного мозга, черепных нервах и дыхательном центре продолговатого мозга рассказывает в своей лекции Вячеслав Дубынин, доктор биологических наук, профессор кафедры физиологии человека и животных биологического факультета МГУ, специалист в области физиологии мозга.
Когда наступает второй месяц эмбрионального развития, нервная трубка в своей передней части начинает давать вздутия, которые называются мозговыми пузырями. Эти мозговые пузыри постепенно формируют наш головной мозг. Поначалу образуется три мозговых пузыря — их называют первичный задний мозг, первичный средний мозг и первичный передний мозг. Дальше начинается более тонкое разделение этих пузырей на части, и первичный задний мозг делится в конце концов на целых три структуры: продолговатый мозг, мост и мозжечок. Продолговатый мозг и мост — это зоны, которые выстроены по центральной части нашего головного мозга, и они образуют то, что называется ствол. Стволовые структуры являются непосредственным продолжением спинного мозга, то есть нервная трубка становится более широкой и толстой, и возникают продолговатый мозг и мост. Еще к стволовым структурам относится средний мозг, иногда к ним даже относят промежуточный мозг, то есть те непарные конструкции, из которых во многом складывается наша центральная нервная система.
Помимо стволовых структур, в состав головного мозга входят парные конструкции — большие полушария и мозжечок, поскольку мозжечок тоже состоит из двух полушарий. Анатомы противопоставляют ствол и на этом стволе две кроны — большие полушария и полушария мозжечка. Продолговатый мозг и мост — это зоны, которые ближе всего к спинному мозгу, и это означает, что они занимаются самыми древними и базовыми функциями нашей нервной системы. Если коротко характеризовать то, что они делают, можно сказать, что они занимаются жизненно важными функциями, то есть функциями, без которых вообще невозможно существовать — организм почти сразу погибает. Конечно, самая жизненно важная функция — это дыхательная, именно в продолговатом мозге и мосту находится наш дыхательный центр, а еще здесь находятся центры управления сердцем, тонусом сосудов, центры сна и бодрствования и ряд других очень важных скоплений нервных клеток.
Если мы начинаем рассматривать продолговатый мозг и мост на анатомическом уровне, то мы видим, что то, что было в спинном мозге, постепенно превращается в стволовые структуры, а, например, передние, боковые и задние рога серого вещества спинного мозга превращаются в ядра черепных нервов. Промежуточное ядро, которое было в спинном мозге, превращается в ретикулярную формацию, то есть центральную интегративную зону продолговатого мозга и моста, которая просчитывает разные потоки сигналов и принимает решения по запуску тех или иных реакций.
Сначала несколько слов о черепных нервах. Спинной мозг соединяется с нашим телом через 31 пару спинномозговых нервов, а головной мозг — через 12 пар черепных нервов. Все эти 12 пар очень индивидуальны. В спинном мозге спинномозговые нервы довольно стереотипны, их просто обозначают номерами от 1 до 31, а в головном мозге каждый нерв имеет свой характер, свои функции и заслуживает не только номер, но и собственное название. Продолговатый мозг и мост наиболее богаты ядрами черепных нервов. Черепные нервы с 5-го до 12-й начинаются именно в структурах продолговатого мозга и моста.
Первая пара черепных нервов — обонятельные нервы — связана с большими полушариями. Вторая пара связана с промежуточным мозгом. Третья и четвертая пары — это пары среднего мозга, а нервы с 5-го по 12-й — это нервы продолговатого мозга и моста. С мостом связаны нервы с 5-го по 8-й, а с 9-го по 12-й — это нервы, которые выходят из продолговатого мозга.
Тройничный нерв, пятый, называется так потому, что складывается из трех веточек: одна веточка идет от лобной зоны, вторая — от зоны верхней челюсти, третья — от зоны нижней челюсти. С тройничным нервом связаны кожная, болевая и мышечная чувствительности головы. Например, когда у нас болят зубы, это тройничный нерв. Шестой нерв, отводящий, входит в состав глазодвигательной системы. Эта система базируется в основном в среднем мозге. Седьмой нерв, лицевой, называется так потому, что его основной функцией является управление мимическими мышцами: мышцами лба, щек, губ. Кроме того, лицевой нерв еще управляет, например, частью слюнных желез, он управляет слезными железами, то есть мы плачем тогда, когда активируются волокна лицевого нерва. С лицевым нервом связана вкусовая чувствительность от передней части языка, и он очень богат своими функциями.
Восьмой нерв называется вестибуло-слуховой, он входит в стволовые структуры на границе продолговатого мозга и моста и идет от нашего внутреннего уха. Само название «вестибуло-слуховой» говорит о том, что часть волокон проводит информацию от органа равновесия, а часть — от органа слуха, то есть от нашей улитки.
Девятый нерв называется языкоглоточным. (Название каждого нерва подсказывает, что нерв делает.) У языкоглоточного нерва разделение функций примерно такое: первая функция — вкусовая чувствительность, языкоглоточный нерв вместе с лицевым обеспечивает вкусовую чувствительность. К языкоглоточному нерву относится задняя часть языка, он участвует в глотании и управляет мышцами глотки — начальной части нашего пищеварительного тракта. Это, конечно, тоже очень важная функция, и она должна работать сразу при появлении ребенка на свет. Кроме того, языкоглоточный нерв управляет частью слюнных желез, то есть опять-таки работает вместе с лицевым нервом. Два этих нерва образуют тандем и многие функции реализуют совместно.
Десятый нерв называется блуждающим. У каждого нерва, конечно, есть латинские названия, у блуждающего нерва оно особенно известно — nervus vagus, поэтому часто пишут «вагусные влияния». Блуждающий нерв является самым главным парасимпатическим нервом нашего организма. Он связан с управлением органами грудной и брюшной полостей. Большинство наших внутренних органов одновременно испытывают и симпатические, и парасимпатические влияния. Львиная доля парасимпатических влияний — это именно блуждающий нерв. Парасимпатика гнездится в основном в головном мозге, в области продолговатого мозга и моста, в отличие от симпатических нейронов, которые находятся в основном в спинном мозге, в боковых рогах грудных сегментов. Блуждающий нерв потому и называется блуждающим, что в свое время, когда анатомы его описывали, они были поражены, насколько широко он ветвится по нашему телу — он как бы заблудился. Он спускается по пищеводу, дальше проходит через грудную полость и ветвится, давая свои волокна к бронхам и сердцу, потом проходит через специальное отверстие в диафрагме вместе с пищеводом, идет по стенке желудка и дальше очень широко ветвится в брюшной полости. То есть это огромный нерв, который управляет очень многими нашими функциями. Кроме того, что он парасимпатический, там есть еще двигательные и сенсорные волокна. Сенсорные волокна нужны для того, чтобы считывать информацию от внутренних органов — например, степень растяжения кишечника или желудка. Один из очень известных рефлексов — когда человек икает — связан с избыточным растяжением желудка и с реакцией блуждающего нерва на то, что желудок чем-то переполнен. Двигательные волокна, которые входят в состав блуждающего нерва, связаны с гортанью, то есть с управлением голосовыми связками. Получается, что говорим мы во многом за счет работы блуждающего нерва.
Остались простые нервы — 11-й и 12-й, первый из которых называется добавочным, а второй — подъязычным. Оба этих нерва чисто двигательные, они управляют мышцами. При этом добавочный нерв — это нерв, который управляет движениями головы. Есть такая мышца, которая называется грудино-ключично-сосцевидная, и она обеспечивает повороты головы. Еще 11-й нерв управляет частью волокон трапециевидной мышцы. Когда мы пожимаем плечами, эта мышца сокращается. Подъязычный нерв, 12-й, управляет мышцами языка. Обратите внимание, как сложно управляется именно язык: в языке сходятся волокна 12-го, 7-го, 9-го, а еще 5-го нерва, тройничного. Например, прикосновение к языку и температура пищи — это функции тройничного нерва.
Помимо ядер черепных нервов в продолговатом мозге и мосту огромное место занимает ретикулярная формация. Именно здесь находятся нервные клетки, которые собирают вместе сенсорные сигналы, запускают реакции, учитывают влияние, скажем, высших отделов, коры больших полушарий, гипоталамуса. Важнейшее место здесь занимает дыхательный центр. Каждый наш вдох и выдох запускается из продолговатого мозга и моста. Здесь находятся нервные клетки, так называемые водители дыхательного ритма, иначе — дыхательные пейсмейкеры. У спящего человека примерно один раз в пять секунд они выдают электрические импульсы, и эти импульсы запускают вдох. При этом, чтобы пошел вдох, сигнал должен сначала уйти в спинной мозг, потом быть передан на межреберные мышцы и диафрагму. Начинается вдох, легкие растягиваются — появляется информация о том, что они растянулись и объем грудной клетки увеличился, и эта информация в конце концов останавливает вдох и запускает выдох. Мы вдохнули, выдохнули — пауза, потом опять работает пейсмейкер, и новый вдох, а затем новый выдох. Эта система обладает автоматией, то есть не нужно произвольное управление, не нужно каждый раз думать, что уже пора вдохнуть, хотя, поскольку это движение, возможность произвольного контроля существует, конечно, и мы можем изменить ритм своего дыхания. Это очень важно, для того чтобы говорить, потому что наша речь в основном идет на выдохе. Тонкая работа с дыхательными центрами — это очень важная функция.
Дыхательный центр должен учитывать массу дополнительных сигналов: концентрацию кислорода и углекислого газа в крови, температуру тела и так далее. Когда концентрация углекислого газа растет, а кислорода понижается, то пейсмейкеры начинают работать чаще, дыхание становится чаще. Рядом с дыхательным центром находится так называемый сосудодвигательный центр, который управляет работой сердца и тонусом кровеносных сосудов. Когда углекислого газа в крови становится больше, а кислорода меньше, сердце начинает биться чаще. Эти две функции — управление дыханием и управление сердцем — сопряжены, потому что наиболее актуальны они тогда, когда была физическая нагрузка, и нужно срочно загонять в организм дополнительный кислород и убирать накопившийся углекислый газ.
Кроме того, здесь расположены центры врожденного пищевого поведения, то есть продолговатый мозг и мост сопрягают вкусовые сигналы и сигналы, которые связаны с сосанием, глотанием, выделением слюны, выделением желудочного сока, то есть врожденные пищевые рефлексы. Они ужасно важны, они должны работать сразу. Младенец появился на свет, и у него уже эти рефлексы функционируют, иначе как он будет питаться и получать энергию и «строительные материалы», для того чтобы рос его организм?
Для ретикулярной формации моста характерно наличие центров бодрствования. Здесь находятся нервные клетки, аксоны которых очень широко ветвятся по центральной нервной системе и задают ее тонус. Для ретикулярных ядер продолговатого мозга характерно наличие центров сна. Кроме ядер черепных нервов и ретикулярных формаций в продолговатом мозге и мосту есть еще ядра, которые выполняют совсем отдельные функции. Например, голубое пятно — зона, которая находится в передней верхней части моста. Здесь расположены нейроны, которые вырабатывают в качестве медиатора норадреналин, и норадреналин обеспечивает психическое сопровождение стресса, повышение уровня бодрствования, изменение обучения, изменение болевой чувствительности. Это очень важная функция, в том числе связанная с обучением. Когда мы учимся на фоне стресса, это тоже реакции голубого пятна.
Есть и другие центры — например, нижняя олива, которая работает вместе с мозжечком и участвует в двигательном обучении. Есть так называемые бугорки тонкого и клиновидного пучков, которые участвуют в передаче кожной и мышечной чувствительности от спинного мозга в таламус и большие полушария. В связи с тем, что практически все нейроны продолговатого мозга и моста имеют врожденно заданные функции, любое повреждение в этой зоне очень опасно и практически не компенсируется. К счастью, во-первых, эволюция очень хорошо отладила эти зоны, они работают очень надежно, а во-вторых, продолговатый мозг и мост спрятаны в самую глубину нашей головы, и их повреждения происходят очень редко. Если они происходят, то тогда, конечно, нарушаются многие важнейшие функции нашего организма или вообще мозг впадает в коматозное состояние.