Крушельницька Я. В. Фізіологія і психологія праці (2000)
2.2. Нервові процеси та їх динаміка
Людина відчуває на собі вплив факторів зовнішнього середовища. У самому організмі відбуваються зміни, на які вона також реагує. Фактори зовнішнього і внутрішнього середовища є матеріальною причиною всіх процесів і явищ, які виникають в організмі, оскільки є для нього подразниками. Всі подразнення, що сприймаються організмом, несуть різноманітну інформацію, яка переробляється на різних рівнях нервової системи і втілюється в одному й тому самому фізіологічному процесі — збудженні.
Збудження — це біологічний процес, який складається з нервових імпульсів і приводить в дію той чи інший орган або елемент. Процес збудження виникає в усіх органах, які складаються з нервової і м’язової тканини, та в залозах. Специфічною ознакою збудження м’яза є його скорочення. У нервових клітинах під час збудження генеруються нервові імпульси, залозові клітини виділяють секрет.
Специфічною властивістю збудження є здатність передаватися по нервових волокнах, що забезпечує фізіологічний зв’язок між усіма системами та елементами організму, їх функціональну єдність.
Процес збудження супроводжується витратами енергетичних ресурсів тканини. Тому неспецифічні ознаки збудження такі:
● прискорення обміну речовин у клітині;
● посилення теплопродукції;
● зміни електричного стану.
Чим більше навантаження у вигляді процесу збудження здатні витримати елементи мозку або нервова тканина, тим вищою є їх працездатність.
Для виникнення збудження мають значення сила подразника, швидкість наростання подразнення і час дії. За силою подразники поділяються на підпорогові, порогові і надпорогові. Підпорогові подразники характеризуються силою, якої недостатньо для збудження. Пороговою називається мінімальна сила подразника, достатня для виникнення збудження. Надпорогові подразники мають велику силу і призводять до значніших функціональних змін.
Між силою подразника і тривалістю його дії існує обернено пропорційна залежність: чим більша сила подразника, тим меншою є тривалість його дії, що необхідна для виникнення збудження, і навпаки.
Діяльність нервової системи, за висловом І. П. Павлова, характеризується процесом збудження і гальмування.
Гальмування — складний біологічний процес, який послаблює або припиняє діяльність того чи іншого органа, знижує рівень активності фізіологічних систем. На відміну від збудження, гальмування відбувається переважно усередині клітин і не поширюється по нервових провідниках до інших органів.
У фізіологічних системах, які працюють, процеси збудження і гальмування тісно пов’язані з процесами виснаження і відновлення. Під виснаженням розуміють витрати матеріальних ресурсів клітин, насамперед клітин центральної нервової системи, під час їх активного стану, тобто під час збудження. Гальмування забезпечує відновлення нормального стану протоплазми клітини та її функціональних ресурсів. Коли виснаження матеріальних ресурсів клітини досягає певного кількісного значення, включається процес гальмування, який припиняє подальше використання функціональних ресурсів. Отже, виснаження є подразником гальмівного процесу, а гальмування — подразником відновлювальних процесів у клітинах.
У стані гальмування нервова клітина не відповідає на імпульси, що надходять, і активно відновлює свої ресурси.
В кожній нервовій клітині процеси збудження і гальмування закономірно змінюються, являючи собою різні фази її діяльності. При дії подразника надмірної сили або багаторазового його повторення у нервових клітинах замість збудження виникає процес гальмування. Таке гальмування отримало назву охоронного, біологічного за суттю і безумовного за походженням.
Закономірності взаємодії процесів збудження і гальмування такі:
● іррадіація;
● індукція.
Іррадіація — це поширення нервового процесу з місця, де він виник, на навколишні нервові центри.
Індукція — це наведення протилежного процесу на навколишні нервові центри за умови концентрації збудження чи гальмування на місці свого виникнення.
Концентрація збудження в нервових клітинах, що працюють, та індукція гальмування на навколишні нервові центри у процесі праці виключають непотрібні дії та зайві рухи працівника.
Отже, гальмування у процесі праці:
● виключає реакції працівника на побічні подразники;
● захищає нервову систему від перенапруження та функціонального виснаження.
Основними властивостями нервових процесів є їх сила, врівноваженість і рухливість.
Силою нервових процесів називають здатність нервових клітин розвивати і тривалий час витримувати значні напруження збудження і гальмування. Врівноваженість нервових процесів — це їх співвідношення за силою. Рухливість нервових процесів — це швидкість переходу збудження у гальмування, і навпаки.
Рівень збудливості характеризує функціональний стан тканини. Мірою збудливості є мінімальна сила подразника, яка викликає збудження.
М. Є. Введенський сформулював поняття про функціональну рухливість, або лабільність, збудливої тканини (нерва, м’яза).
Лабільність — це здатність збудливої тканини до відтворення нервових імпульсів відповідно до ритму подразнення. Мірою лабільності є найбільша кількість імпульсів, що їх тканина здатна відтворити за 1 с відповідно до частоти дії подразника, тобто без трансформації ритму. Для кожної тканини характерний певний максимальний ритм збудження, що характеризує її функціональну рухливість. Так, для нерва він становить 500—800, а для м’яза — 200—300 імпульсів за секунду.
Лабільність — величина непостійна. Її можна підвищити тренуваннями. Здатність збудливої тканини підвищувати свою лабільність О. О. Ухтомський назвав засвоєнням ритму. За несприятливих умов лабільність тканини знижується, зменшується кількість відтворюваних імпульсів, порушується ритм збуджень. Цей стан зниження функціональної рухливості (лабільності) отримав назву парабіозу.
М. Є. Введенський відкрив у нервових структурах під час подразнення дві фази зрушень:
● продромічну, що характеризується зниженням збудливості, підвищенням лабільності й працездатності;
● парабіотичну, що характеризується підвищенням збудливості, зниженням лабільності й працездатності.
Він експериментально довів, що подразнення надмірної сили і частоти викликають у нервово-м’язовому з’єднанні особливий вид збудження, яке не здатне поширюватися і з подальшим поглибленням переходить у гальмування. Скорочення м’яза при цьому спочатку зменшується, а зі збільшенням сили і частоти дії подразника м’яз починає розслаблятися. Це означає, за висловом М. Є. Введенського, що існують оптимум і песимум частоти і сили подразника. Оптимальними (найкращими) є такі частота і сила подразнення, які викликають максимальне скорочення м’яза. Оптимальний ритм збудження у 2—3 рази менший за максимальний.
Частота і сила подразнення, які призводять до послаблення відповідної реакції тканини, називаються песимальними (найгіршими).
Песимум виникає в синапсах, оскільки нерв проводить значно більшу кількість імпульсів, ніж дозволяє лабільність нервово-м’язового з’єднання. Внаслідок цього змінюється провідність ділянки нерва, тобто виникає парабіоз.
Парабіоз — це особливий стан стійкого збудження в певній ділянці збудливої тканини, який змінює її провідність. Виявляється як гальмування.
Перехід збудження в гальмування під час дії подразнень надмірної сили і частоти є загальним законом життєдіяльності збудливих клітин і тканин, законом парабіозу. Парабіоз має три фази:
● рівноважну, яка характеризується тим, що і сильні і слабкі подразники викликають однакову реакцію (наприклад, м’язове скорочення однакової сили);
● парадоксальну, коли сильні подразники викликають слабку реакцію, а слабкі, навпаки, — сильне збудження;
● гальмівну (ультрапарадоксальну), коли немає чіткої реакції ні на слабкі, ні на сильні подразнення.
Виникнення і розвиток усіх фаз парабіозу характеризує зниження лабільності і працездатності. У процесі роботи парабіоз виявляється в неадекватних діях працівника або у їх відсутності тоді, коли особливо необхідні активні дії. Отже, парабіоз може призводити до помилок та аварій на виробництві.
Збудження — це біологічний процес, який складається з нервових імпульсів і приводить в дію той чи інший орган або елемент. Процес збудження виникає в усіх органах, які складаються з нервової і м’язової тканини, та в залозах. Специфічною ознакою збудження м’яза є його скорочення. У нервових клітинах під час збудження генеруються нервові імпульси, залозові клітини виділяють секрет.
Специфічною властивістю збудження є здатність передаватися по нервових волокнах, що забезпечує фізіологічний зв’язок між усіма системами та елементами організму, їх функціональну єдність.
Процес збудження супроводжується витратами енергетичних ресурсів тканини. Тому неспецифічні ознаки збудження такі:
● прискорення обміну речовин у клітині;
● посилення теплопродукції;
● зміни електричного стану.
Чим більше навантаження у вигляді процесу збудження здатні витримати елементи мозку або нервова тканина, тим вищою є їх працездатність.
Для виникнення збудження мають значення сила подразника, швидкість наростання подразнення і час дії. За силою подразники поділяються на підпорогові, порогові і надпорогові. Підпорогові подразники характеризуються силою, якої недостатньо для збудження. Пороговою називається мінімальна сила подразника, достатня для виникнення збудження. Надпорогові подразники мають велику силу і призводять до значніших функціональних змін.
Між силою подразника і тривалістю його дії існує обернено пропорційна залежність: чим більша сила подразника, тим меншою є тривалість його дії, що необхідна для виникнення збудження, і навпаки.
Гальмування — складний біологічний процес, який послаблює або припиняє діяльність того чи іншого органа, знижує рівень активності фізіологічних систем. На відміну від збудження, гальмування відбувається переважно усередині клітин і не поширюється по нервових провідниках до інших органів.
У фізіологічних системах, які працюють, процеси збудження і гальмування тісно пов’язані з процесами виснаження і відновлення. Під виснаженням розуміють витрати матеріальних ресурсів клітин, насамперед клітин центральної нервової системи, під час їх активного стану, тобто під час збудження. Гальмування забезпечує відновлення нормального стану протоплазми клітини та її функціональних ресурсів. Коли виснаження матеріальних ресурсів клітини досягає певного кількісного значення, включається процес гальмування, який припиняє подальше використання функціональних ресурсів. Отже, виснаження є подразником гальмівного процесу, а гальмування — подразником відновлювальних процесів у клітинах.
У стані гальмування нервова клітина не відповідає на імпульси, що надходять, і активно відновлює свої ресурси.
В кожній нервовій клітині процеси збудження і гальмування закономірно змінюються, являючи собою різні фази її діяльності. При дії подразника надмірної сили або багаторазового його повторення у нервових клітинах замість збудження виникає процес гальмування. Таке гальмування отримало назву охоронного, біологічного за суттю і безумовного за походженням.
Закономірності взаємодії процесів збудження і гальмування такі:
● іррадіація;
● індукція.
Іррадіація — це поширення нервового процесу з місця, де він виник, на навколишні нервові центри.
Індукція — це наведення протилежного процесу на навколишні нервові центри за умови концентрації збудження чи гальмування на місці свого виникнення.
Концентрація збудження в нервових клітинах, що працюють, та індукція гальмування на навколишні нервові центри у процесі праці виключають непотрібні дії та зайві рухи працівника.
Отже, гальмування у процесі праці:
● виключає реакції працівника на побічні подразники;
● захищає нервову систему від перенапруження та функціонального виснаження.
Основними властивостями нервових процесів є їх сила, врівноваженість і рухливість.
Рівень збудливості характеризує функціональний стан тканини. Мірою збудливості є мінімальна сила подразника, яка викликає збудження.
М. Є. Введенський сформулював поняття про функціональну рухливість, або лабільність, збудливої тканини (нерва, м’яза).
Лабільність — це здатність збудливої тканини до відтворення нервових імпульсів відповідно до ритму подразнення. Мірою лабільності є найбільша кількість імпульсів, що їх тканина здатна відтворити за 1 с відповідно до частоти дії подразника, тобто без трансформації ритму. Для кожної тканини характерний певний максимальний ритм збудження, що характеризує її функціональну рухливість. Так, для нерва він становить 500—800, а для м’яза — 200—300 імпульсів за секунду.
Лабільність — величина непостійна. Її можна підвищити тренуваннями. Здатність збудливої тканини підвищувати свою лабільність О. О. Ухтомський назвав засвоєнням ритму. За несприятливих умов лабільність тканини знижується, зменшується кількість відтворюваних імпульсів, порушується ритм збуджень. Цей стан зниження функціональної рухливості (лабільності) отримав назву парабіозу.
М. Є. Введенський відкрив у нервових структурах під час подразнення дві фази зрушень:
● продромічну, що характеризується зниженням збудливості, підвищенням лабільності й працездатності;
● парабіотичну, що характеризується підвищенням збудливості, зниженням лабільності й працездатності.
Він експериментально довів, що подразнення надмірної сили і частоти викликають у нервово-м’язовому з’єднанні особливий вид збудження, яке не здатне поширюватися і з подальшим поглибленням переходить у гальмування. Скорочення м’яза при цьому спочатку зменшується, а зі збільшенням сили і частоти дії подразника м’яз починає розслаблятися. Це означає, за висловом М. Є. Введенського, що існують оптимум і песимум частоти і сили подразника. Оптимальними (найкращими) є такі частота і сила подразнення, які викликають максимальне скорочення м’яза. Оптимальний ритм збудження у 2—3 рази менший за максимальний.
Частота і сила подразнення, які призводять до послаблення відповідної реакції тканини, називаються песимальними (найгіршими).
Песимум виникає в синапсах, оскільки нерв проводить значно більшу кількість імпульсів, ніж дозволяє лабільність нервово-м’язового з’єднання. Внаслідок цього змінюється провідність ділянки нерва, тобто виникає парабіоз.
Парабіоз — це особливий стан стійкого збудження в певній ділянці збудливої тканини, який змінює її провідність. Виявляється як гальмування.
Перехід збудження в гальмування під час дії подразнень надмірної сили і частоти є загальним законом життєдіяльності збудливих клітин і тканин, законом парабіозу. Парабіоз має три фази:
● рівноважну, яка характеризується тим, що і сильні і слабкі подразники викликають однакову реакцію (наприклад, м’язове скорочення однакової сили);
● парадоксальну, коли сильні подразники викликають слабку реакцію, а слабкі, навпаки, — сильне збудження;
● гальмівну (ультрапарадоксальну), коли немає чіткої реакції ні на слабкі, ні на сильні подразнення.
Виникнення і розвиток усіх фаз парабіозу характеризує зниження лабільності і працездатності. У процесі роботи парабіоз виявляється в неадекватних діях працівника або у їх відсутності тоді, коли особливо необхідні активні дії. Отже, парабіоз може призводити до помилок та аварій на виробництві.
