Нормальная физиология
Физиология нервной системы
Основные функции ЦНС

Центральная нервная система (ЦНС) — это главный регулятор организма, обеспечивающий координацию всех органов и систем.

Основные функции ЦНС

  • Интегративная функция: Объединение работы всех органов и систем в единое целое. Например, при физической нагрузке ЦНС координирует работу сердца, дыхания и мышц.
  • Регуляторная функция: Управление деятельностью отдельных органов. Например, регуляция частоты сердечных сокращений.
  • Адаптационная функция: Приспособление организма к изменениям внешней среды. Например, при холоде ЦНС запускает механизмы терморегуляции.
  • Трофическая функция: Регуляция роста, обмена веществ и дифференцировки клеток. Например, ЦНС влияет на рост тканей через нейротрофические факторы.
  • Организация психических процессов: Мышление, память, речь. Например, кора головного мозга отвечает за высшие психические функции.
  • Сенсорная функция: Формирование ощущений. Например, восприятие боли, температуры, света.
  • Моторная функция: Регуляция движений и поведения. Например, управление движениями рук и ног.
  • Продолжение рода: Контроль полового поведения и гормонов. Например, гипоталамус регулирует выработку половых гормонов.
Нейрон — структурная единица ЦНС

Нейрон — это основная клетка ЦНС, способная передавать и обрабатывать информацию.

Нейрон состоит из:

  • Тела (сомы): Содержит ядро и органеллы, отвечает за синтез белков и поддержание жизнедеятельности клетки.
  • Дендритов: Короткие отростки, принимающие сигналы от других нейронов.
  • Аксона: Длинный отросток, передающий сигналы другим нейронам или эффекторам (мышцам, железам).

Типы нейронов

По количеству отростков:

  • Униполярные: Один отросток (у человека практически не встречаются).
  • Биполярные: Два отростка (аксон и дендрит), например, нейроны сетчатки.
  • Мультиполярные: Много дендритов и один аксон (наиболее распространены).

По функции:

  • Афферентные (чувствительные): Передают информацию от рецепторов в ЦНС.
  • Эфферентные (двигательные): Передают сигналы от ЦНС к мышцам и железам.
  • Вставочные (интернейроны): Обрабатывают информацию внутри ЦНС.

По медиаторам:

  • Холинергические: Используют ацетилхолин.
  • Адренергические: Используют норадреналин.
  • Серотонинергические: Используют серотонин.

Мнемоника: УБМ — Униполярные, Биполярные, Мультиполярные.

Виды нервных волокон

В нервной системе выделяют несколько типов нервных волокон, которые классифицируют по разным критериям: структуре, скорости проведения импульса, функции и типу передаваемых сигналов.

1. Классификация по наличию миелина

(А) Миелинизированные (мякотные) волокна

  • Покрыты миелиновой оболочкой (шванновские клетки в ПНС, олигодендроциты в ЦНС).
  • Импульс передаётся быстро (за счёт сальтаторного проведения – перескоком между перехватами Ранвье).
  • Примеры:
  • Двигательные волокна скелетных мышц.
  • Чувствительные волокна от рецепторов (проприоцепция, тактильная чувствительность).

(Б) Немиелинизированные (безмякотные) волокна

  • Нет миелина, импульс распространяется медленно (непрерывно вдоль волокна).
  • Примеры:
  • Вегетативные волокна (симпатические и парасимпатические).
  • Болевые и температурные волокна (тонкие волокна типа C).

Тип волокна

Диаметр (мкм)

Скорость (м/с)

Функция

Aα (I)

12–20

70–120

Двигательные волокна мышц, проприоцепция

Aβ (II)

5–12

30–70

Тактильная чувствительность, давление

3–6

15–30

Иннервация мышечных веретён (γ-мотонейроны)

Aδ (III)

2–5

5–30

Быстрая боль, температурная чувствительность

B

<3

3–15

Преганглионарные вегетативные волокна

C (IV)

0,2–1,5

0,5–2

Медленная боль, симпатические постганглионарные волокна

3. Классификация по функции

(А) Афферентные (чувствительные) волокна

  • Передают сигналы от рецепторов в ЦНС.
  • Примеры:
  • Соматические (кожа, мышцы, суставы – боль, прикосновение, проприоцепция).
  • Висцеральные (внутренние органы – растяжение, химические сигналы).

(Б) Эфферентные (двигательные) волокна

  • Передают сигналы от ЦНС к органам и мышцам.
  • Примеры:
  • Соматические (скелетные мышцы – быстрые, миелинизированные, тип Aα).
  • Вегетативные (гладкие мышцы, железы – медленные, немиелинизированные, типы B и C).

4. Классификация по типу иннервируемых структур

(А) Соматические волокна

  • Контролируют скелетные мышцы и кожу.
  • Быстрые, миелинизированные (Aα, Aβ).

(Б) Вегетативные (автономные) волокна

  • Регулируют внутренние органы, сосуды, железы.
  • Симпатические (B и C) – активируются при стрессе.
  • Парасимпатические (B и C) – отвечают за покой и пищеварение.

Вывод

Нервные волокна различаются по:

Строению (миелинизированные / немиелинизированные).

Скорости проведения (A, B, C).

Функции (чувствительные / двигательные).

Типу иннервации (соматические / вегетативные).

Синапсы

Синапс — это место контакта между нейронами или между нейроном и эффектором, где происходит передача сигнала.

Строение синапса

В строение синапса выделяют:

  1. Пресинаптическую мембрану - это часть нейрона, выделяющая медиатор.
  2. Синаптическую щель - это пространство между пре- и постсинаптической мембраной.
  3. Постсинаптическую мембрану - это часть нейрона или эффектора, воспринимающая сигнал.

Типы синапсов

По месту контакта:

  • Аксодендритические: Аксон контактирует с дендритом.
  • Аксосоматические: Аксон контактирует с телом нейрона.
  • Аксо-аксонные: Аксон контактирует с другим аксоном.

По эффекту:

  • Возбуждающие: Вызывают деполяризацию постсинаптической мембраны.
  • Тормозные: Вызывают гиперполяризацию постсинаптической мембраны.

По способу передачи:

  • Химические: Передача сигнала через медиаторы.
  • Электрические: Передача сигнала через ионные каналы.
  • Смешанные: Сочетание химической и электрической передачи.

Мнемоника: ААА — Аксодендритические, Аксосоматические, Аксо-аксонные.

Функции нервных волокон

Нервные волокна выполняют ключевые функции в передаче информации по организму, обеспечивая связь между рецепторами, центральной нервной системой (ЦНС) и эффекторами (мышцами, железами). Их функции можно разделить на несколько категорий:

1. Проведение нервных импульсов

  • Быстрое проведение (миелинизированные волокна типа Aα, Aβ) – например, сигналы от мышц в ЦНС и обратно.
  • Медленное проведение (немиелинизированные волокна типа C) – например, болевые сигналы или вегетативная регуляция.

2. Передача сенсорной информации (афферентные волокна)

  • Соматическая чувствительность:
  • Тактильные ощущения (Aβ).
  • Проприоцепция (положение тела, Aα).
  • Быстрая боль и температура (Aδ).
  • Медленная, тупая боль (C).
  • Висцеральная чувствительность:
  • Сигналы от внутренних органов (растяжение, химические изменения – волокна типа B и C).

3. Двигательная регуляция (эфферентные волокна)

  • Соматические волокна (Aα):
  • Контроль скелетных мышц (произвольные движения).
  • Вегетативные волокна (B и C):
  • Симпатические – реакция на стресс (учащение сердцебиения, расширение зрачков).
  • Парасимпатические – восстановление (замедление пульса, пищеварение).

4. Интеграция и обработка сигналов

  • Синаптическая передача – передача импульса между нейронами или на эффектор через медиаторы (ацетилхолин, норадреналин и др.).
  • Торможение/возбуждение – баланс между активацией и подавлением сигналов (например, реципрокное торможение мышц-антагонистов).

5. Пластичность и адаптация

  • Нейропластичность – способность волокон изменять силу проведения (например, при обучении или после травм).
  • Адаптация к раздражению (например, рецепторы кожи могут снижать чувствительность при длительном воздействии).

Система

Тип волокна

Функция

Двигательная

Сокращение мышц

Тактильная

Осязание, вибрация

Болевая

Aδ, C

Острая и хроническая боль

Сердечно-сосудистая

B (симпатические)

Ускорение пульса

Пищеварительная

C (парасимпатические)

Стимуляция перистальтики

Нарушения при повреждении волокон

  • Демиелинизация (рассеянный склероз) → замедление или блокировка сигналов.
  • Повреждение Aα → паралич мышц.
  • Поражение C-волокон → потеря болевой чувствительности или автономной регуляции.

Функции нервных волокон зависят от их типа, но в целом они обеспечивают быструю связь, координацию движений, чувствительность и гомеостаз.

Рефлекторный принцип работы ЦНС

Рефлекс — это автоматическая ответная реакция организма на раздражение, осуществляемая через ЦНС.

Рефлекторная дуга состоит из:

  1. Рецептора: Воспринимает раздражение (например, рецепторы кожи).
  2. Афферентного звена: Чувствительный нейрон передает сигнал в ЦНС.
  3. Центрального звена: Вставочные нейроны обрабатывают информацию.
  4. Эфферентного звена: Двигательный нейрон передает сигнал к эффектору.
  5. Эффектора: Мышца или железа, выполняющая ответную реакцию.

Пример: Коленный рефлекс — удар по сухожилию вызывает разгибание ноги.

Мнемоника: РАЦЭЭ — Рецептор, Афферент, Центр, Эфферент, Эффектор.

Рефлекторная дуга

Рефлекторная дуга — это путь, по которому проходит нервный импульс от момента восприятия раздражения до ответной реакции организма. Она является основным механизмом работы нервной системы и лежит в основе всех рефлексов. Рефлекторная дуга состоит из нескольких последовательно связанных элементов:

  1. Рецептор — специализированная клетка или структура, которая воспринимает раздражение (например, болевые, температурные или тактильные рецепторы).
  2. Афферентный (чувствительный) нейрон — передает сигнал от рецептора в центральную нервную систему (ЦНС).
  3. Центральная нервная система (ЦНС) — здесь происходит обработка информации. В простейших случаях это может быть один синапс в спинном мозге, в более сложных — участие головного мозга.
  4. Эфферентный (двигательный) нейрон — передает сигнал от ЦНС к исполнительному органу.
  5. Эффектор — орган или ткань, который выполняет ответную реакцию (например, мышца сокращается, железа выделяет секрет).

Рефлекторные дуги делятся на:

  • Моносинаптические — состоят из двух нейронов (афферентного и эфферентного) и одного синапса (например, коленный рефлекс).
  • Полисинаптические — включают несколько нейронов и синапсов, что делает их более сложными (например, сгибательный рефлекс).

Законы нервной системы

  1. Закон силы — сила ответной реакции зависит от силы раздражения. Чем сильнее раздражитель, тем сильнее ответ.
  2. Закон "все или ничего" — нервное волокно или клетка либо генерируют потенциал действия (полный ответ), либо не генерируют его вовсе, если раздражитель ниже порогового значения.
  3. Закон иррадиации — при сильном раздражении возбуждение может распространяться на соседние участки нервной системы.
  4. Закон индукции — возбуждение в одном участке нервной системы может вызывать торможение в соседних участках (отрицательная индукция) и наоборот (положительная индукция).
  5. Закон доминанты — наличие в нервной системе очага повышенного возбуждения, который подчиняет себе другие центры.

Поляризация и деполяризация

  1. Поляризация — это состояние мембраны нейрона в покое, когда внутренняя сторона мембраны заряжена отрицательно относительно внешней. Это связано с неравномерным распределением ионов (Na⁺, K⁺, Cl⁻) и работой Na⁺/K⁺-АТФазы (натрий-калиевого насоса), который выкачивает 3 иона Na⁺ наружу и закачивает 2 иона K⁺ внутрь клетки.
  2. Деполяризация — это процесс уменьшения разности потенциалов на мембране нейрона. Когда нейрон получает стимул, натриевые каналы открываются, и ионы Na⁺ быстро поступают внутрь клетки, что приводит к изменению заряда мембраны (внутренняя сторона становится положительной). Это ключевой этап генерации потенциала действия.
  3. Реполяризация — процесс восстановления исходного заряда мембраны после деполяризации. После открытия калиевых каналов ионы K⁺ выходят из клетки, что возвращает мембранный потенциал к исходному уровню.
  4. Гиперполяризация — временное увеличение разности потенциалов на мембране (внутренняя сторона становится более отрицательной, чем в покое). Это происходит из-за избыточного выхода ионов K⁺ или входа ионов Cl⁻.
Свойства нервных центров

Нервные центры — это группы нейронов, выполняющие определенные функции.

Свойства нервных центров

  1. Одностороннее проведение: сигнал идет только от афферентных к эфферентным нейронам.
  2. Суммация возбуждений: усиление рефлекса при увеличении частоты или количества раздражений.
  3. Временная суммация: частые подпороговые раздражения вызывают рефлекс.
  4. Пространственная суммация: одновременное раздражение нескольких рецепторов вызывает рефлекс.
  5. Тонус нервных центров: постоянная фоновая активность, поддерживающая работу органов.
  6. Утомление: снижение активности при длительном возбуждении из-за истощения медиаторов.
  7. Пластичность: способность изменять функции при изменении условий (например, восстановление после травмы).

Мнемоника: ОСТУП — Одностороннее, Суммация, Тонус, Утомление, Пластичность.

Торможение в ЦНС

Торможение — это активный процесс, подавляющий возбуждение.

Виды торможения в ЦНС

  1. Первичное торможение - возникает через тормозные нейроны (например, клетки Реншоу).
  2. Возвратное торможение - самоторможение через обратную связь.
  3. Латеральное торможение - торможение соседних нейронов.
  4. Реципрокное торможение - торможение антагонистических центров (например, сгибателей и разгибателей).
  5. Вторичное торможение - возникает без участия тормозных структур (например, пессимальное торможение при высокой частоте раздражений).

Мнемоника: ВЛР — Возвратное, Латеральное, Реципрокное.

Принципы координации ЦНС
  1. Принцип общего конечного пути. Разные рефлексы могут сходиться на одном эфферентном нейроне. Например, один и тот же мотонейрон может участвовать в разных рефлексах.
  2. Принцип доминанты. Наиболее важный рефлекс подавляет другие. Например, при сильной боли все внимание сосредоточено на ней.
  3. Принцип обратной связи. Коррекция рефлексов через обратную информацию. Например, при ходьбе мозг получает информацию о положении тела.
  4. Принцип субординации. Низшие отделы подчиняются высшим (например, спинной мозг подчиняется головному).

Мнемоника: ОДОС — Общий путь, Доминанта, Обратная связь, Субординация.

Вегетативная нервная система (ВНС)

Вегетативная нервная система (ВНС) — это часть нервной системы, которая регулирует работу внутренних органов, желез, сосудов и других структур, обеспечивая поддержание гомеостаза и адаптацию организма к изменяющимся условиям окружающей среды. ВНС функционирует автономно, то есть независимо от сознательного контроля человека.

Основные функции ВНС

  • Регуляция деятельности внутренних органов (сердце, легкие, желудочно-кишечный тракт и др.).
  • Контроль тонуса сосудов и артериального давления.
  • Управление обменом веществ и терморегуляцией.
  • Регуляция работы желез внутренней и внешней секреции (потовые, слюнные, пищеварительные и др.).

Структура ВНС

ВНС состоит из двух отделов:

  1. Симпатическая нервная система — активируется в условиях стресса, физической нагрузки или опасности ("бей или беги").
  2. Парасимпатическая нервная система — отвечает за восстановление и сохранение энергии ("отдых и переваривание").

Оба отдела работают антагонистически, но их взаимодействие обеспечивает баланс в работе органов.

Ганглии ВНС

Ганглии — это скопления тел нейронов вне центральной нервной системы (ЦНС). В ВНС выделяют два типа ганглиев:

Симпатические ганглии:

  • Расположены рядом с позвоночником (паравертебральные ганглии) или вблизи органов (превертебральные ганглии, например, чревный ганглий).
  • Преганглионарные волокна (от ЦНС к ганглию) короткие, постганглионарные — длинные.

Парасимпатические ганглии:

  • Расположены вблизи или внутри иннервируемых органов (интрамуральные ганглии).
  • Преганглионарные волокна длинные, постганглионарные — короткие.

Вегетативные рефлексы

Вегетативные рефлексы — это автоматические реакции, регулируемые ВНС без участия сознания. Они обеспечивают быструю адаптацию внутренних органов к изменениям внешней или внутренней среды.

Примеры вегетативных рефлексов:

  1. Барорецепторный рефлекс — регулирует артериальное давление. При повышении давления барорецепторы в сосудах активируются, что приводит к снижению сердечного выброса и расширению сосудов.
  2. Рефлекс Геринга-Брейера — контролирует дыхание. При растяжении легких во время вдоха активируются рецепторы, которые тормозят вдох и стимулируют выдох.
  3. Пищеварительные рефлексы — регулируют секрецию желудочного сока, моторику кишечника и другие процессы в ЖКТ.

Характеристика

Симпатическая нервная система

Парасимпатическая нервная система

Общая функция

Активация в условиях стресса, мобилизация ресурсов

Восстановление и сохранение энергии

Локализация ганглиев

Околопозвоночные или превертебральные

Вблизи или внутри органов

Длина волокон

Короткие преганглионарные, длинные постганглионарные

Длинные преганглионарные, короткие постганглионарные

Медиаторы

Преганглионарные: ацетилхолин; постганглионарные: норадреналин

Пре- и постганглионарные: ацетилхолин

Влияние на органы



Сердце

Увеличение частоты и силы сокращений

Уменьшение частоты и силы сокращений

Сосуды

Сужение (вазоконстрикция)

Слабое влияние (расширение в некоторых органах)

Бронхи

Расширение (бронходилатация)

Сужение (бронхоконстрикция)

Желудочно-кишечный тракт

Угнетение моторики и секреции

Усиление моторики и секреции

Зрачки

Расширение (мидриаз)

Сужение (миоз)

Слюнные железы

Уменьшение секреции (густая слюна)

Увеличение секреции (жидкая слюна)

Мочевой пузырь

Расслабление стенок, сокращение сфинктера

Сокращение стенок, расслабление сфинктера

Потовые железы

Активация потоотделения

Нет влияния

Печень

Стимуляция гликогенолиза (высвобождение глюкозы)

Стимуляция синтеза гликогена

Надпочечники

Стимуляция выброса адреналина и норадреналина

Нет влияния

Взаимодействие симпатической и парасимпатической систем

  • Баланс: В большинстве органов симпатическая и парасимпатическая системы оказывают противоположные эффекты, что позволяет тонко регулировать их функции.
  • Адаптация: Симпатическая система активируется в экстремальных ситуациях, а парасимпатическая — в состоянии покоя.
  • Координация: Оба отдела работают совместно, обеспечивая оптимальную работу организма в разных условиях.
Краткое содержание

ЦНС выполняет множество функций, включая интеграцию, регуляцию и адаптацию. Основной структурной единицей является нейрон, который передает сигналы через синапсы. Рефлексы осуществляются через рефлекторные дуги. Нервные центры обладают свойствами, такими как одностороннее проведение, суммация и пластичность. Торможение в ЦНС может быть первичным или вторичным, а координация осуществляется через принципы общего пути, доминанты и обратной связи.

Вегетативная нервная система играет ключевую роль в поддержании гомеостаза и адаптации организма. Ее симпатический и парасимпатический отделы, действуя антагонистически, обеспечивают баланс в работе внутренних органов. Ганглии ВНС служат важными узлами передачи нервных импульсов, а вегетативные рефлексы позволяют быстро реагировать на изменения внешней и внутренней среды.

Normal physiology
General Physiology of the Central Nervous System (CNS)
Main Functions of the CNS

The central nervous system (CNS) is the main regulator of the body, coordinating all organs and systems. Key functions

  1. Integrative function: Coordination of all organs and systems into a unified whole.
  2. Regulatory function: Control of individual organs.
  3. Adaptive function: Adaptation to environmental changes.
  4. Trophic function: Regulation of growth, metabolism, and cell differentiation.
  5. Organization of mental processes: Thinking, memory, speech.
  6. Sensory function: Formation of sensations.
  7. Motor function: Regulation of movements and behavior.
  8. Reproduction: Control of sexual behavior and hormones.

Mnemonic: IRATOSMP — Integration, Regulation, Adaptation, Trophic, Organization, Sensory, Motor, Reproduction.

Neuron — Structural Unit of the CNS

A neuron is the basic cell of the CNS, capable of transmitting and processing information.

It consists of:

  • Soma (cell body): Contains the nucleus and organelles, responsible for protein synthesis and cell maintenance.
  • Dendrites: Short processes that receive signals from other neurons.
  • Axon: Long process that transmits signals to other neurons or effectors (muscles, glands).

Types of neurons

By number of processes:

  • Unipolar: One process (rare in humans).
  • Bipolar: Two processes (axon and dendrite), e.g., retinal neurons.
  • Multipolar: Multiple dendrites and one axon (most common).

By function:

  • Afferent (sensory): Transmit information from receptors to the CNS.
  • Efferent (motor): Transmit signals from the CNS to muscles and glands.
  • Interneurons: Process information within the CNS.

By neurotransmitters:

  • Cholinergic: Use acetylcholine.
  • Adrenergic: Use norepinephrine.
  • Serotonergic: Use serotonin.

Mnemonic: UBM — Unipolar, Bipolar, Multipolar.

Synapses

A synapse is the site of contact between neurons or between a neuron and an effector, where signal transmission occurs.

It consists of:

  • Presynaptic membrane: Part of the neuron that releases the neurotransmitter.
  • Synaptic cleft: Space between the pre- and postsynaptic membranes.
  • Postsynaptic membrane: Part of the neuron or effector that receives the signal.

Types of synapses

By contact site:

  • Axodendritic: Axon contacts a dendrite.
  • Axosomatic: Axon contacts the soma.
  • Axo-axonic: Axon contacts another axon.

By effect:

  • Excitatory: Cause depolarization of the postsynaptic membrane.
  • Inhibitory: Cause hyperpolarization of the postsynaptic membrane.

By transmission method:

  • Chemical: Signal transmission via neurotransmitters.
  • Electrical: Signal transmission via ion channels.
  • Mixed: Combination of chemical and electrical transmission.

Mnemonic: AAA — Axodendritic, Axosomatic, Axo-axonic.

Types of Nerve Fibers

Nerve fibers play crucial roles in information transmission throughout the organism, establishing connections between receptors, the central nervous system (CNS), and effectors (muscles, glands). Their functions can be categorized as follows:

1. Nerve Impulse Conduction

  • Rapid conduction (myelinated Aα and Aβ fibers) - e.g., signals from muscles to CNS and back
  • Slow conduction (unmyelinated C fibers) - e.g., pain signals or autonomic regulation

2. Sensory Information Transmission (Afferent Fibers)

  • Somatic sensitivity:
  • Tactile sensations (Aβ)
  • Proprioception (body position, Aα)
  • Fast pain and temperature (Aδ)
  • Slow, dull pain (C)
  • Visceral sensitivity:
  • Signals from internal organs (stretching, chemical changes - B and C fibers)

3. Motor Regulation (Efferent Fibers)

  • Somatic fibers (Aα):
  • Skeletal muscle control (voluntary movements)
  • Autonomic fibers (B and C):
  • Sympathetic - stress response (tachycardia, mydriasis)
  • Parasympathetic - restorative functions (bradycardia, digestion)

4. Signal Integration and Processing

  • Synaptic transmission - impulse transfer between neurons or to effectors via neurotransmitters (acetylcholine, norepinephrine, etc.)
  • Excitation/inhibition balance - e.g., reciprocal inhibition of antagonistic muscles

5. Plasticity and Adaptation

  • Neuroplasticity - fibers' ability to modify conduction strength (e.g., during learning or post-injury)
  • Sensory adaptation - e.g., decreased skin receptor sensitivity to prolonged stimulation

System

Fiber Type

Function

Motor

Muscle contraction

Tactile

Touch, vibration perception

Nociceptive

Aδ, C

Acute and chronic pain

Cardiovascular

B (sympathetic)

Heart rate acceleration

Digestive

C (parasympathetic)

Peristalsis stimulation

Pathologies Associated with Fiber Damage

  • Demyelination (e.g., multiple sclerosis) → signal slowing or blockade
  • Aα fiber damage → muscle paralysis
  • C fiber damage → loss of pain sensitivity or autonomic dysfunction

While nerve fiber functions vary by type, they collectively ensure rapid communication, motor coordination, sensory perception, and homeostasis maintenance.

This translation:

  1. Maintains all technical terms (e.g., "proprioception", "mydriasis")
  2. Uses standard medical abbreviations (CNS, Aα, Aβ)
  3. Preserves the original structure while improving readability
  4. Includes proper table formatting for the system examples
  5. Uses precise terminology (e.g., "nociceptive" instead of just "pain")
Functions of Nerve Fibers

Nerve fibers perform key functions in transmitting information throughout the body, providing communication between receptors, the central nervous system (CNS), and effectors (muscles, glands). Their functions can be divided into several categories:

1. Conduction of Nerve Impulses

  • Rapid conduction (myelinated fibers like Aα, Aβ) – e.g., signals from muscles to the CNS and back.
  • Slow conduction (unmyelinated C fibers) – e.g., pain signals or autonomic regulation.

2. Transmission of Sensory Information (Afferent Fibers)

  • Somatic sensitivity:
  • Tactile sensations (Aβ).
  • Proprioception (body position, Aα).
  • Fast pain and temperature (Aδ).
  • Slow, dull pain (C).
  • Visceral sensitivity:
  • Signals from internal organs (stretching, chemical changes – B and C fibers).

3. Motor Regulation (Efferent Fibers)

  • Somatic fibers (Aα):
  • Control of skeletal muscles (voluntary movements).
  • Autonomic fibers (B and C):
  • Sympathetic – stress response (increased heart rate, pupil dilation).
  • Parasympathetic – rest and digestion (slowed heart rate, digestion).

4. Integration and Signal Processing

  • Synaptic transmission – impulse transfer between neurons or effectors via neurotransmitters (acetylcholine, norepinephrine, etc.).
  • Excitation/inhibition – balance between activation and suppression (e.g., reciprocal inhibition of antagonist muscles).

5. Plasticity and Adaptation

  • Neuroplasticity – fibers' ability to modify signal strength (e.g., during learning or after injury).
  • Adaptation to stimuli (e.g., skin receptors may reduce sensitivity under prolonged stimulation).

System

Fiber Type

Function

Motor

Muscle contraction

Tactile

Touch, vibration

Pain

Aδ, C

Acute and chronic pain

Cardiovascular

B (sympathetic)

Increased heart rate

Digestive

C (parasympathetic)

Stimulation of peristalsis

Disorders Caused by Fiber Damage

  • Demyelination (e.g., multiple sclerosis) → slowed or blocked signals.
  • Damage to Aα fibers → muscle paralysis.
  • Damage to C fibers → loss of pain sensitivity or autonomic dysfunction.

The functions of nerve fibers depend on their type, but overall, they ensure rapid communication, motor coordination, sensory perception, and homeostasis.

Reflex Principle of CNS Functioning

A reflex is an automatic response of the body to a stimulus, mediated by the CNS.

The reflex arc consists of:

  1. Receptor: Detects the stimulus (e.g., skin receptors).
  2. Afferent link: Sensory neuron transmits the signal to the CNS.
  3. Central link: Interneurons process the information.
  4. Efferent link: Motor neuron transmits the signal to the effector.
  5. Effector: Muscle or gland that performs the response.

Example: Knee-jerk reflex — tapping the tendon causes leg extension.

Mnemonic: RACEE — Receptor, Afferent, Center, Efferent, Effector.

Reflex Arc

A reflex arc is the pathway through which a nerve impulse travels from the moment a stimulus is perceived to the body's response. It is the fundamental mechanism of the nervous system and underlies all reflexes. The reflex arc consists of several sequentially connected elements:

  1. Receptor — a specialized cell or structure that perceives a stimulus (e.g., pain, temperature, or tactile receptors).
  2. Afferent (sensory) neuron — transmits the signal from the receptor to the central nervous system (CNS).
  3. Central nervous system (CNS) — where information is processed. In the simplest cases, this may involve a single synapse in the spinal cord; in more complex cases, the brain is involved.
  4. Efferent (motor) neuron — transmits the signal from the CNS to the effector organ.
  5. Effector — the organ or tissue that carries out the response (e.g., a muscle contracts, a gland secretes).

Reflex arcs are divided into:

  • Monosynaptic — consist of two neurons (afferent and efferent) and one synapse (e.g., the knee-jerk reflex).
  • Polysynaptic — involve multiple neurons and synapses, making them more complex (e.g., the withdrawal reflex).

Laws of the Nervous System

  1. Law of Strength — the strength of the response depends on the strength of the stimulus. The stronger the stimulus, the stronger the response.
  2. "All or Nothing" Law — a nerve fiber or cell either generates an action potential (full response) or does not generate it at all if the stimulus is below the threshold.
  3. Law of Irradiation — with a strong stimulus, excitation can spread to neighboring areas of the nervous system.
  4. Law of Induction — excitation in one area of the nervous system can cause inhibition in neighboring areas (negative induction) and vice versa (positive induction).
  5. Law of Dominance — the presence of a focus of increased excitation in the nervous system that subordinates other centers.

Polarization and Depolarization

  1. Polarization — the state of a neuron's membrane at rest, where the inside of the membrane is negatively charged relative to the outside. This is due to the uneven distribution of ions (Na⁺, K⁺, Cl⁻) and the work of the Na⁺/K⁺-ATPase (sodium-potassium pump), which pumps 3 Na⁺ ions out and 2 K⁺ ions into the cell.
  2. Depolarization — the process of reducing the membrane potential of a neuron. When a neuron receives a stimulus, sodium channels open, and Na⁺ ions rapidly enter the cell, causing the membrane charge to change (the inside becomes positive). This is a key step in generating an action potential.
  3. Repolarization — the process of restoring the membrane's original charge after depolarization. After potassium channels open, K⁺ ions exit the cell, returning the membrane potential to its original level.
  4. Hyperpolarization — a temporary increase in the membrane potential (the inside becomes more negative than at rest). This occurs due to excessive K⁺ ion exit or Cl⁻ ion entry.
Properties of Nerve Centers

Nerve centers are groups of neurons that perform specific functions.

Their properties include:

  1. Unidirectional conduction: Signal travels only from afferent to efferent neurons.
  2. Summation of excitations: Strengthening of the reflex with increased frequency or number of stimuli.
  3. Temporal summation: Frequent subthreshold stimuli cause a reflex.
  4. Spatial summation: Simultaneous stimulation of multiple receptors causes a reflex.
  5. Tone of nerve centers: Constant background activity maintaining organ function.
  6. Fatigue: Decreased activity with prolonged excitation due to neurotransmitter depletion.
  7. Plasticity: Ability to change functions under new conditions (e.g., recovery after injury).

Mnemonic: OSTUP — Unidirectional, Summation, Tone, Fatigue, Plasticity.

Inhibition in the CNS

Inhibition is an active process that suppresses excitation.

Types include:

  1. Primary inhibition: Occurs through inhibitory neurons (e.g., Renshaw cells).
  2. Recurrent inhibition: Self-inhibition through feedback.
  3. Lateral inhibition: Inhibition of neighboring neurons.
  4. Reciprocal inhibition: Inhibition of antagonistic centers (e.g., flexors and extensors).
  5. Secondary inhibition: Occurs without inhibitory structures (e.g., pessimal inhibition at high stimulation frequencies).

Mnemonic: RLR — Recurrent, Lateral, Reciprocal.

Principles of CNS Coordination
  • Principle of the common final path: Different reflexes can converge on one efferent neuron.
  • Dominance principle: The most important reflex suppresses others.
  • Feedback principle: Reflex correction through feedback.
  • Subordination principle: Lower centers are subordinate to higher ones (e.g., spinal cord to brain).

Mnemonic: ODOS — Common path, Dominance, Feedback, Subordination.

Autonomic Nervous System (ANS)

The Autonomic Nervous System (ANS) is a part of the nervous system that regulates the functioning of internal organs, glands, blood vessels, and other structures, ensuring the maintenance of homeostasis and the body's adaptation to changing environmental conditions. The ANS operates autonomously, meaning it functions independently of conscious control.

Main Functions of the ANS

  • Regulation of internal organ activity (heart, lungs, gastrointestinal tract, etc.).
  • Control of vascular tone and blood pressure.
  • Management of metabolism and thermoregulation.
  • Regulation of the endocrine and exocrine glands (sweat, salivary, digestive glands, etc.).

Structure of the ANS

The ANS consists of two divisions:

  1. Sympathetic Nervous System — activated during stress, physical exertion, or danger ("fight or flight" response).
  2. Parasympathetic Nervous System — responsible for restoration and energy conservation ("rest and digest" response).

Both divisions work antagonistically, but their interaction ensures a balance in organ function.

Ganglia of the ANS

Ganglia are clusters of neuron cell bodies located outside the central nervous system (CNS). The ANS has two types of ganglia:

Sympathetic Ganglia:

  • Located near the spine (paravertebral ganglia) or close to organs (prevertebral ganglia, e.g., celiac ganglion).
  • Preganglionic fibers (from the CNS to the ganglion) are short, while postganglionic fibers are long.

Parasympathetic Ganglia:

  • Located near or within the innervated organs (intramural ganglia).
  • Preganglionic fibers are long, while postganglionic fibers are short.

Autonomic Reflexes

Autonomic reflexes are automatic responses regulated by the ANS without conscious involvement. They ensure rapid adaptation of internal organs to changes in the external or internal environment.

Examples of Autonomic Reflexes:

  1. Baroreceptor Reflex — regulates blood pressure. When pressure increases, baroreceptors in the blood vessels are activated, leading to a decrease in cardiac output and vasodilation.
  2. Hering-Breuer Reflex — controls breathing. When the lungs stretch during inhalation, receptors are activated, inhibiting inhalation and stimulating exhalation.
  3. Digestive Reflexes — regulate gastric secretion, intestinal motility, and other processes in the gastrointestinal tract.

Characteristic

Sympathetic Nervous System

Parasympathetic Nervous System

General Function

Activation during stress, resource mobilization

Restoration and energy conservation

Ganglia Location

Near the spine or prevertebral

Near or within organs

Fiber Length

Short preganglionic, long postganglionic

Long preganglionic, short postganglionic

Neurotransmitters

Preganglionic: acetylcholine; postganglionic: norepinephrine

Pre- and postganglionic: acetylcholine

Effect on Organs



Heart

Increases heart rate and contractility

Decreases heart rate and contractility

Blood Vessels

Vasoconstriction

Minimal effect (vasodilation in some organs)

Bronchi

Bronchodilation

Bronchoconstriction

Gastrointestinal Tract

Inhibits motility and secretion

Enhances motility and secretion

Pupils

Dilation (mydriasis)

Constriction (miosis)

Salivary Glands

Reduces secretion (thick saliva)

Increases secretion (watery saliva)

Bladder

Relaxes walls, contracts sphincter

Contracts walls, relaxes sphincter

Sweat Glands

Activates sweating

No effect

Liver

Stimulates glycogenolysis (glucose release)

Stimulates glycogen synthesis

Adrenal Glands

Stimulates adrenaline and norepinephrine release

No effect

Interaction Between Sympathetic and Parasympathetic Systems

  • Balance: In most organs, the sympathetic and parasympathetic systems exert opposite effects, allowing fine-tuned regulation of their functions.
  • Adaptation: The sympathetic system is activated in extreme situations, while the parasympathetic system is active during rest.
  • Coordination: Both divisions work together to ensure optimal body functioning under different conditions.
Brief Summary

The CNS performs multiple functions, including integration, regulation, and adaptation. The basic structural unit is the neuron, which transmits signals through synapses. Reflexes are carried out through reflex arcs. Nerve centers have properties such as unidirectional conduction, summation, and plasticity. Inhibition in the CNS can be primary or secondary, and coordination is achieved through principles like the common path, dominance, and feedback.

The autonomic nervous system plays a key role in maintaining homeostasis and adapting the body. Its sympathetic and parasympathetic divisions, acting antagonistically, ensure a balance in the functioning of internal organs. The ganglia of the ANS serve as important hubs for nerve impulse transmission, and autonomic reflexes enable rapid responses to changes in the external and internal environment.