Где находятся афферентные и эфферентные нейроны в схеме коленного рефлекса

Схема коленного рефлекса представляет собой простую рефлексорную дугу, в которой афферентный нейрон передает информацию от рецепторов (например, в мышцах) в спинной мозг. Этот нейрон активируется при растяжении мышцы и обеспечивает восприятие сенсорной информации.

Эфферентный нейрон, находящийся в спинном мозге, получает сигнал от афферентного нейрона и передает команды обратно к мышцам, вызывая их сокращение. В результате этого процесса происходит характерный коленный рефлекс, который защищает тело от возможных повреждений.

Как это происходит

При прямом воздействии на сухожилия чувствительные рецепторы активируются, передавая сигнал к задним рогам спинного мозга. Траекторию, по которой движется нервный сигнал, называют рефлекторной дугой.

Рефлекторная дуга, также известная как нейронный импульсный путь, может касаться как соматической, так и вегетативной (автономной) нервной системы. Соматическая система отвечает за иннервацию мышц, тогда как автономная нервная система управляет функционированием внутренних органов, включая кровеносные сосуды и различные железы как внутренней, так и внешней секреции.

Нейронный путь простейшего мышечного рефлекса является непрерывным и состоит в передаче возбуждения между двумя нейронами. Вегетативные рефлекторные дуги обязательно прерываются в вегетативных узлах (нервных ганглиях).

Импульсный путь соматической нервной системы предельно прост, в вегетативной нервной системе передача сигналов несколько усложняется: здесь присутствуют дополнительные нервные клетки, преобразовывающие импульс с чувствительного рецептора в импульс для эффекторного органа.

Нервный импульс движется от сенсорного нейрона к двигательному нейрону через спинной мозг.

Этот путь импульса включает следующие компоненты:

• Рецептор, который обнаруживает первичное раздражение или внешний стимул. Это чувствительное нервное окончание, преобразующее внешний фактор в нервный импульс. В организме человека существует множество рецепторов, играющих разные роли. Рецепторы, находящиеся близко к поверхности кожи, именуются экстерорецепторами.
• Чувствительное нервное волокно представляет собой длинный отросток нейрона, располагающегося в ганглиях спинного мозга.
• Эффекторные нейроны – это центры, принимающие возбуждающие сигналы от чувствительных волокон. Простые рефлексы имеют свои центры в ганглиях спинного мозга, в то время как сложные рефлексы обрабатываются в нейронах головного мозга.
• Моторные нервные волокна, которые ведут к исполнительному органу.
• Эффекторный орган завершает рефлекторную дугу и представлен мышечной тканью, сосудами или органами внутренней секреции.

Схема рефлекторной дуги коленного рефлекса

Одним из примеров нейронного пути в соматической нервной системе является сухожильный коленный рефлекс, который есть у всех людей. При неврологических патологиях коленный рефлекс может быть снижен или, напротив, повышен, поэтому данную реакцию невропатолог проверяет в первую очередь. Рефлекторная дуга коленного рефлекса начинается с кожного рецептора, который реагирует на удар неврологического молотка.

Коленный рефлекс можно проверить даже у пациента, находящегося в лежачем положении. Для этого врач немного поднимает ногу и ударяет молоточком по подколенному сухожилию.

Возникший импульс передается к нейронам спинного мозга, затем направляется в соответствующий центр к эффекторным нейронам. Длинный отросток эффекторного нейрона выходит из спинного мозга вместе с двигательными нервными волокнами, которые заканчиваются в мышцах. Таким образом, импульс достигает эффекторного органа — подколенной мышцы, в результате чего нога человека резко поднимается вверх: коленный рефлекс завершен.

Схему коленного рефлекса где будут располагаться афферентный и эфферентный нейроны

Простая рефлекторная дуга состоит по крайней мере из двух нейронов, из которых один связан с какой-нибудь чувствительной поверхностью (например, кожей), а другой с помощью своего нейрита оканчивается в мышце (или железе). При раздражении чувствительной поверхности возбуждение идет по связанному с ней нейрону в центростремительном направлении (центрипетально) к рефлекторному центру, где находится соединение (синапс) обоих нейронов. Здесь возбуждение переходит на другой нейрон и идет уже центробежно (центрифугально) к мышце или железе. В результате происходит сокращение мышцы или изменение секреции железы. Часто в состав простой рефлекторной дуги входит третий вставочный нейрон, который служит передаточной станцией с чувствительного пути на двигательный.

Помимо простой (трехчленной) рефлекторной дуги, существуют более сложные многонейронные рефлекторные дуги, которые проходят через различные уровни головного мозга, включая его кору. У высших животных и человека наряду с простыми и сложными рефлексами также образуются временные рефлекторные связи более высокого уровня, известные как условные рефлексы (И. П. Павлов).

Таким образом, нервную систему можно рассматривать как состоящую из трех видов функциональных элементов.

1. Рецептор (воспринимающий элемент), который преобразует энергию внешних стимулов в нервный процесс; он соединен с афферентным (центростремительным, или рецепторным) нейроном, который передает возникшее возбуждение (нервный импульс) к центральной системе; с этого момента начинается анализ (И. П. Павлов).

2. Кондуктор (проводник), вставочный, или ассоциативный, нейрон, осуществляющий замыкание, т. е. переключение возбуждения с центростремительного нейрона на центробежный. Это явление есть синтез, который представляет, «очевидно, явление нервного замыкания» (И. П. Павлов). Поэтому И. П. Павлов называет этот нейрон контактором, замыкателем.

3. Эфферентный (центробежный) нейрон, который отвечает за реакцию (двигательную или секреторную) посредством передачи нервного импульса от центральной нервной системы к периферии, к эффектору. Эффектором называют нервное окончание эфферентного нейрона, которое передает нервный сигнал к рабочему органу (мышце или железе). В связи с этим, данный нейрон также называется эффекторным. Рецепторы активируются с трех чувствительных зон, или рецепторных полей, тела: 1) с наружной, кожной поверхности (экстероцептивное поле), которая связана с определенными органами чувств, улавливающими раздражения из окружающей среды; 2) с внутренней поверхности тела (интероцептивное поле), которая воспринимает раздражения, в основном, от химических веществ, поступающих в полости внутренних органов; и 3) из глубины стенок самого тела (проприоцептивное поле), где находятся кости, мышцы и другие органы, создающие раздражения, воспринимаемые специализированными рецепторами.

Рецепторы указанных полей соединены с афферентными нейронами, которые направляются в центральную нервную систему и переключаются там через порой довольно сложную сеть проводников на различные эфферентные пути; эти пути, в свою очередь, взаимодействуют с исполнительными органами, создавая определённый эффект.

Резюме по рефлекторной дуге

Деятельность нервной системы носит рефлекторный характер, а сама нервная система построена по принципу рефлекторных дуг. Рефлекс — это реакция организма на то или иное раздражение, которая происходит при участии нервной системы. В ней нервные клетки, контактируя друг с другом при помощи синапсов, образуют цепи различной длины и сложности. Цепь нейронов, обязательно включающую первый нейрон (чувствительный) и последний нейрон (двигательный или секреторный), называют рефлекторной дугой.

Рефлекторная дуга включает в себя афферентный нейрон с его чувствительными окончаниями, называемыми рецепторами, один или несколько вставочных нейронов, расположенных в центральной нервной системе, а также эфферентный нейрон, чьи эффекторные окончания осуществляют связь с рабочими органами (например, мышцами). Основная форма рефлекторной дуги состоит из трех нейронов: чувствительного, вставочного и двигательного (или секреторного).

Тело первого нейрона (афферентного) располагается в спинномозговом узле (или чувствительном узле черепного нерва). Дендриты этих нейронов протягиваются через соответствующий спинномозговой или черепной нерв к периферийным участкам, где заканчиваются рецепторами, которые улавливают раздражение. В рецепторе энергия внешних или внутренних сигналов преобразуется в нервный импульс, который передается по нервному волокну к телу нервной клетки, а затем по аксону, который в составе заднего (чувствительного) корешка спинномозгового или черепного нерва направляется в спинной или головной мозг к соответствующему чувствительному ядру.

В сером веществе заднего рога спинного мозга или чувствительных ядрах головного мозга окончания образуют синапсы с телами второго вставочного нейрона. Аксон этого нейрона в пределах спинного или головного мозга заканчивается на клетках третьего (двигательного) нейрона. Отростки клеток третьего нейрона выходят из мозга в составе спинномозгового или соответствующего черепного нерва и направляются к органу.

Моносинаптическая рефлекторная дуга образуется из нескольких нейронов: афферентного, одного или нескольких вставочных и эфферентного. Данный рефлекторный путь обычно включает в себя множество нейронов. Между афферентным (сенсорным) и эфферентным (моторным или секреторным) нейронами находятся несколько вставочных нейронов. В такой рефлекторной структуре возбуждение передается от сенсорного нейрона по центральному отростку к последовательно расположенным вставочным нейронам. Основная часть рефлексов осуществляется с помощью «многоуровневых» рефлекторных дуг, где задействованы нервные центры разнообразных отделов центральной нервной системы.

Как они работают вместе и чем отличаются

Афферентные нейроны зачастую обладают двумя аксонами, которые передают электрохимические импульсы в спинной мозг или головной мозг. Попадая туда, сигнал проходит через сеть интернейронов и достигает эфферентного нейрона. Пары афферентных и эфферентных нейронов, расположенные в спинном мозге, контролируют рефлексы, например, рефлекс колена.

Афферентные нейроны отвечают за восприятие различных раздражений. К примеру, афферентный нейрон, реагирующий на тепло, фиксирует повышенную температуру и передает сигнал через центральную нервную систему. Затем эфферентный нейрон вызывает сокращение мышц, чтобы отвести тело от источника тепла. На коже располагаются сенсорные рецепторы, которые реагируют на тепло, холод, комфорт, боль и давление.

Афферентные нейроны имеют круглые и гладкие тела клеток, в то время как эфферентные нейроны характеризуются наличием спутниковых тел. Афферентные нейроны локализованы в периферической нервной системе, а эфферентные — в центральной. Аксоны афферентных нейронов направлены от ганглиев (скоплений нервных клеток, включающих в себя афферентные и эфферентные нейроны) к спинному мозгу. Длинные аксоны непосредственно соединяются с эфферентными нейронами.

Афферентные нейроны имеют один длинный миелинизированный дендрит, тогда как эфферентные нейроны имеют более короткие дендриты. Дендрит в афферентном нейроне — это то, что отвечает за передачу нервных импульсов от рецепторов к телу клетки, в то время как в эфферентном нейроне импульсы проходят через дендрит и выходят через нервно-мышечное соединение, которое образуется между эффекторами и аксоном.

Значимость нейронов

Пациенты с травмой спинного мозга имеют дефицит двигательной и сенсорной систем. Что именно это означает с биологической точки зрения?

Центральная нервная система состоит из головного и спинного мозга. Периферическая нервная система представляет собой сеть нейронов, охватывающую органы, мышцы и всё тело. Нейроны этих систем взаимодействуют, позволяя нам мыслить, выживать и влиять на окружающий нас мир.

Нервная система работает по принципу ввода и вывода, восприятия и (пере) действия. Живые существа способны чувствовать, что происходит в их окружении, и что-то делать в ответ на это. Давайте рассмотрим простой пример: если машина собирается ударить вас, вы прыгаете с дороги. Это простое действие сложнее, чем кажется.

Взгляд заметил автомобиль, разум осознал угрозу и отдал ногам команду убраться с дороги. Вот еще один пример: когда пламя свечи касается кожи, человек моментально отдергивает руку. Это значит, что сначала он ощущает боль, а потом начинает действовать.

Следует понимать, что нервная система играет ключевую роль в функционировании всего организма. К примеру, она всегда отслеживает точное расположение конечностей, не полагаясь на зрение, анализируя сгибания и выпрямления суставов и мышц. Это восприятие имеет большую значимость для движений тела, особенно во время физической активности, и зачастую его называют шестым чувством. Опираясь на эту постоянную обратную связь, нервная система способна управлять действиями организма как сознательно (движение мышц), так и рефлекторно (сердцебиение).

Таким образом, если разрушены двигательные (эфферентные) волокна, человек не сможет поднять ногу, поскольку сигнал не будет передаваться от мозга к мышцам в ноге. Если страдают сенсорные (афферентные) волокна, органы чувств не смогут сообщить мозгу о внешних воздействиях, например, если кто-то ударит вас по ноге. На практике, после травмы спинного мозга обычно повреждается комбинация как эфферентных, так и афферентных волокон.

Замечание 1

Как уже упоминалось, нервная система может рассматриваться как «замкнутая система» взаимодействий между ощущениями, решениями и ответными реакциями. Уровни центральной нервной системы задействуются в зависимости от сложности реакции и вовлеченных групп мышц (частей тела).

В некоторых ситуациях замкнутый цикл не требует привлечения более высоких уровней, таких как уровень коры головного мозга. Афферентные волокна имеют прямую связь с эфферентными волокнами. Коленный рефлекс, давно известный как рефлекс колена, служит отличным примером. Этот простой тест, который многие проходили во время медицинского обследования, позволяет определить рефлекс, необходимый для поддержания правильной осанки и равновесия, благодаря чему человек может передвигаться, не задумываясь о каждом шаге.

Когда реакция является более сложной, требуется вмешательство более высоких уровней центральной нервной системы. Например, выход из машины: глаз обнаруживает автомобиль и передает эту информацию в мозг. Затем мозг вырабатывает соответствующий ответ (выпрыгивая в сторону) и посылает соответствующее двигательное действие мышцам.

Следует отметить, что уровень повреждения афферентных и эфферентных волокон после травмы спинного мозга влияет на наличие у пациентов дефицита в ощущениях, удерживании позы или управлении мышцами.

Анатомические особенности

Коленный рефлекс представляет собой реакцию организма, которая возникает при незначительном растяжении мышц бедра. Сокращение мышц осуществляется при легком ударе по надколеннику, где расположено сухожилие. Под влиянием внешнего воздействия сухожилие растягивается, что активирует мышцу-разгибатель. Этот рефлекс имеет большое значение для диагностики множества заболеваний. Однако провести данную процедуру невозможно без рефлекторной дуги. Работа организма зависит от реакции на раздражающие сигналы, поступающие от центральной нервной системы. Рефлекторная дуга служит структурной основой рефлекса. Она представляет собой путь передачи сигнала от рецептора к соответствующему органу, реагирующему на этот сигнал. Её также принято называть нервной дугой, что объясняется тем, что рефлекс колена инициируется нервными импульсами, следящими по определённому пути. Эта дуга расположена в клетках спинного мозга, которые способны передавать импульс к мышцам после возбуждения. Схема рефлекторной дуги проста, и ознакомиться с процессом её функционирования можно с помощью иллюстраций. Нервная дуга состоит из следующих элементов:

• Центральные, эфферентные и афферентные звенья;
• Рецепторные элементы;
• Эффектор (орган, который может изменяться в процессе рефлекторной реакции).

Рефлекторные дуги бывают двух типов: простые и сложные. Простые или моносинаптические рефлекторные дуги состоят из 2 нейронов (эфферентного и афферентного) и синапса. Имеют следующие особенности:

• Краткое время реакции рефлекса;
• Близкое расположение эффектора и рецептора;
• Дуга состоит из двух нейронов;
• Мышцы обладают единичными сокращениями;
• Нейронные волокна относятся к группе А.

Сложные или полисинаптические дуги включают три нейрона (эффекторный, рецепторный и, возможно, пара вставочных). Особенности такой нервной дуги:

• Дуга состоит из трех нейронов;
• Нервные волокна относятся к группам В и С;
• Эффектор и рецептор расположены на расстоянии;
• Сокращение мышц осуществляется в зависимости от типа тетануса.

Роль и функции в организме

Нервная дуга, упрощенно говоря, представляет собой маршрут, по которому проходит импульс, возникающий от рецептора и направляющийся к органу или мышце. Исходя из этого, рефлекторная дуга предназначена для передачи нервных сигналов. Процесс передачи импульсов строится на том, что сигнал от рецептора поступает к чувствительным нейронам. Далее возбуждение передается в клетки серого вещества спинного мозга. В результате происходит сокращение двигательных нейронов, что может привести к тому, что нога дернется или поднимется.

Удар служит внешним раздражителем для нервной системы. Процесс осуществляется благодаря взаимодействию спинного мозга, сенсорной системы и двигательных нейронов. Для наглядного восприятия описанного процесса и понимания маршрута нервного импульса поможет схема, на которой изображена нервная дуга.

Рецепторы дуги принимают сигналы от раздражителя, и в результате обратной связи возбуждаются на них. Звенья выполняют передачу импульса к определенному органу. Они бывают: центральные, эфферентные и афферентные. Эффектор – представляет собой орган, который отвечает на действие рецептора.

Исходя из этих компонентов дуги, она выполняет следующие функции:

• Переносит сигнал к мышцам икроножной области;
• От нейронов передает импульс на двигательные мускулы;
• В зависимости от стимула инициирует нейронный импульс, отправляющийся к эффектору (органы);
• Отражает воздействие на передвижение конечности и сокращение мышц ноги.

Как ее определить?

Для корректной оценки наличия коленного рефлекса необходимо пройти такие этапы:

1. Пациента располагают на стуле так, чтобы он мог удобно закинуть одну ногу на другую или чтобы его конечности не касались пола.
2. После этого врач наносит удар неврологическим молотком по коленной чашечке, провоцируя ее реакцию. Эти действия позволят специалисту оценить работу рефлекторной дуги колена.

Существует также альтернатива для диагностики нервной дуги коленного сустава. Пациент располагается на спине, согнув ноги под углом так, чтобы ступни надежно упирались в поверхность кушетки. Затем по сухожилию производится удар молоточком. Этот способ помогает в оценке и анализе пателлярного (коленного) рефлекса.

Отсутствие и снижение дуги

Корешки серого вещества могут соприкасаться с иными нейронами. После чего они вступают в контакт с центральными нейронами, формируя звенья проводящего пути. Рефлекторная дуга при этом может давать сбой, в результате присоединения нейронов к спинному рефлексу. Стремительные возбуждения нервной системы могут передаваться к коре головного мозга и спровоцировать новые рефлексы. Вследствие, раздражение может возвратиться к периферическому нейрону, результатом чего окажется полное отсутствие коленного рефлекса (арефлексия).

Рефлекс может ослабевать из-за интоксикации организма, инфекционных заболеваний или эпилептических припадков. В состоянии покоя дуга коленного рефлекса может изменяться из-за патологий нервной системы или индивидуальных особенностей пациента. Патологические изменения в нервной системе, касающиеся коленного рефлекса, могут проявляться в форме: гипорефлексии, гиперрефлексии или арефлексии.

Гипорефлексия

• При данной патологии реакция на раздражители будет снижена. Особенностью этой ситуации является слабая реакция колена на стимулы. Отклонение возникает вследствие нарушения проводимости и целостности рефлекторной дуги при передаче импульса по нейронным путям.
• Отсутствие рефлекса может указывать на проблемы в областях головного мозга. Уменьшение массы тела и инфекции ведут к истощению нейронов и нарушению работы клеток. Реакция может пропадать после наложения жгута или применения анестезии.

Гиперрефлексия

• Небольшое воздействие на конечность вызывает усиленный коленный рефлекс. Чаще всего это наблюдается при патологиях спинного мозга, так как данные структуры тормозят импульсы, вызывая усиление реакции на стимуляцию.
• Существует у людей с невротическими чертами, при таких состояниях, как неврит, плексит или радикулит. В дополнение к этому, атипичные движения, сопровождающиеся быстрым сокращением мышц натянутого сухожилия, проявляются в усилении рефлекса. Чаще всего они затрагивают стопу и коленную чашечку.

Арефлексия

• Данная патология представляет собой специфический вид нарушения коленного рефлекса, который возникает вследствие серьезных заболеваний центральной нервной системы. В данном случае отсутствует реакция на стимулы.
• Арефлексия может развиться при наличии неврита, полиомиелита, полиневрита или табеса. Это связано с повреждением проводниковых или моторных нейронов, а также чувствительных волокон. В результате нарушаются рефлекторные функции, связанные с повреждениями участков головного и спинного мозга, и угасают мышечные рефлексы.

Измерить отклонение от нормы и определить степень патологии сможет опытный специалист с помощью различных методов исследований, осмотров и дополнительных процедур.